第11章地波传播

第11章地面波传播11.1地球表面电参数11.2地面波的传播特性（重点）11.3地面波的场强计算11.4地面不均匀性对地面波传播的影响地心地幔地核3460km2850地壳(平均33km)海洋60地球结构示意图平均范围平均范围海水808040.66~6.6淡水808010-310-3~2.4×10-2湿土1010~3010-23×10-3~3×10-2干土42~610-31.1×10-5~2×10-311.1地球表面电参数地质εr电导率(西/米)σλ−ε=ωεσ−ε=ε0060~jjrrrrεσλ=ωεσ/600ε0＝1/36π×10－9法/米海水(εr=80,σ=4)湿土(εr=20,σ=10-2)干土(εr=4,σ=10-3)岩石(εr=6,σ=10-7)频率地质60λ0σ/εr300303300303MHzMHzMHzkHzkHzkHz33×103×1023×1033×1043×1053×10-23×10-133×103×1023×10315×10-315×10-215×10-11515×1015×10210-610-510-410-310-210-1湿地和干地：只在长波段才呈现良导体性质，在短波以上就呈现介质性质；岩石：几乎整个无线电波段都呈现介质性质。海水：在中、长波段甚至短波段都呈现良导体性质，只有到微波波段才呈现介质性质；11.2地面波的传播特性（重点）11.2.1波前倾斜现象11.2.2接收点各场量关系11.2.3地面波传播特性当电场为水平极化时,电场平行地面,传播中在地面上引起较大的感应电流,致使电波产生很大的衰减,因此地面波不宜采用水平极化的电波。对于垂直极化波,电波能量同样要被吸收,但由于电场方向与地面垂直,它在地面上产生的感应电流远小于水平极化波,故地面的吸收小.因此在地面波传播中通常采用垂直极化波。A（dB）中度土壤（εr=15，σ=10-3S⋅m-1）水平极化和垂直极化波的地面波衰减12001008060402010MHz5MHz2MHz10MHz5MHz2MHz020406080100水平极化垂直极化11.2.1波前倾斜现象当电波沿着半导电地面传播，将产生沿传播方向上的电场分量。zxEE1xAE2zE1zS1zS1xS1E1H1yzox从能量角度看波前倾斜现象11.2.2接收点各场量关系H2yE2zE2xxyzE1x已知E1zH1yyzryzHEHE11022~/120~==≈επεμ边界条件E1z=E2zH1y=H2yε0E1x=E2x若1,忽略E2x列翁托维奇条件rε~ε~()242021011101016060~~~φσλ+ε=σλ−ε=ε=εε=εμ=jrxrxrxxyzeEjEEEHE24202220210112)60()60(60~φφσλ+ε=σλ+ε=σλ−ε=ε=jrzjrxrxrxxeEeEjEEErtgεσλ=φ−016011.2.3地波传播特性（重点）1.地面波传播采用垂直极化波。地面波的传播损耗与波的极化形式有很大关系，计算表明，电波沿一般地质传播时，水平极化波比垂直极化波的传播损耗要高数十分贝。所以地面波传播采用垂直极化波，天线则多采用直立天线的形式。rε~2.1rzxrxzzEEEEEε=ε==~~22121，∴E1xE1z，E2zE2x在空气中,电场垂直分量远大于水平分量在地面下,电场水平分量远大于垂直分量地面上接收,采用直立天线,选用湿地；也可低架/水平铺地，选用干地；地面下接收，采用水平埋地天线，不宜过深。地质情况：选用干地。φoE1xE1zE1zxε0,μ0ε,μ0,σ近似：电场是与椭圆长轴方向一致的线极化波。波前倾斜角：()4202160σλ+ε=φ−rtg4．地面导电性越差，λ越短，波前倾斜现象越严重，地对电波的吸收越大。3.平面地上传播椭圆极化波6.有绕射损耗。障碍物越高，波长越短，则绕射损耗越大。长波绕射能力最强，中波次之，短波较弱，而超短波绕射能力最弱。5.传播较稳定。这是由于大地的电特性、地貌地物等不会随时改变，并且地面波基本上不受气候条件的影响，故地面波传播信号稳定。11.3地面波的场强计算－E1x的计算自由空间的有效值：地面对电波有吸收，有效值：)()(1730kmrDkWPEr=毫伏/米AkmrDkWPErx)()(1731=范·德·波尔公式毫伏/米)/()(103)/()(31173)()(17351mVAkmrmmVAkmrAkmrDPErxμ×=×==千瓦查表1.地面光滑，地质均匀；2.发射天线使用短于λ/4的直立天线(D≈3),Pr＝1千瓦；利用布雷默计算曲线,使用条件：传播距离(km)地面波传播曲线1（海水：σ=4s/m，εr=80）10610510410310210110010-112346810234681022346810323468104μV/mdB(μV/m)-20020406080100120300kHz(1000m)200kHz(1500m)150kHz(2000m)1.5MHz(200m)1MHz(300m)700kHz(429m)500kHz(600m)Aε1,σ1r1BCε2，σ2r2不同性质的传播路径示意图)mV/m)(()km()kW(173111rArDPErB=11.4地面不均匀性对地面波传播的影响)(173)(173121'111rArDPrArDPErrB==21211)()('⎥⎦⎤⎢⎣⎡=∴rArAPPrrAε1,σ1r1BCε2，σ2r2)()()()mV/m()()()()km)(()kW(173)()km)(()kW('173122121112212112121221rErrErErArrArArrDPrrArrDPErrC+=++=++=密林顿（Millington）CAACEEE=发海水干土海水收2ar损耗小发干土海水干土收aar损耗大00.20.40.81.00.62a/d海－陆－海0.10.050.010.0050.001陆－海－陆衰减因子孟德斯坦、费因别尔格提出“起飞着陆效应”发收