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第六章　地面波传播 　6.1　地球表面的电特性　6.2　地波的传播特性　6.3　地表面波场强的计算　6.4　地面不均匀性对电波传播的影响 当发射点和接收点都在地面上，且天线高度比工作波长短得多时，无线电波在两点间有一种沿着地面传播的模式，称为地表面波。所谓地波主要就是指这种传播模式。在这种情况下，大地和空气的交界面成为引导和约束电磁波传播的一种结构。 地球表面的电特性 地波的传播特性 发射地表面波常采用直立式天线，也可采用环天线和其他天线。用直立式天线发射地表面波时，其电场有一个指向传播方向的分量，这一点和通常的波导传播相似，是TM波。在地面附近区域，表面波场的振幅随着离地高度的增加而急剧减小。由于受地面介电系数和电导率的影响，表面波的水平分量和垂直分量大小不同，相位也不同，合成电场为一细长的极化椭圆，椭圆的长轴略倾向于传播方向。这种影响使波的相速比完全在空气中传播时的相速小，因而称为慢波。 如果地面是完全的理想导体，则表面波的辐射场与传播距离成反比；如果地面不是理想导体，则辐射场应为理想导电地面场强乘以衰减因子 F。这个因子取决于地面的电参数、工作频率和传播距离。衰减特性如图，图中表示出不同波长的无线电波沿地表面传播时的振幅变化情况。在同样的距离上，波长越长，则场强的衰减越小。 图中实线表示平地上的电场衰减，虚线表示球面地上的电场衰减。图中是在中等湿度的光滑地面上测得的结果，此时相对介电系数εr=4,电导率σ＝0.01西／米。如果地面的电导率大(如在水面上)，则场强衰减程度便会减轻。此外，地面的介电系数和电导率都比空气的大，因此靠近地面处波的传播速度则会减慢。 不同的介电系数和电导率，使波速减慢的程度不同，从而导致波在传播过程中产生不同的相位延迟。地波传播过程中的振幅衰减，直接影响采用这种传播方式通信时的作用距离，而相位延迟又直接影响采用这种传播方式导航和授时的准确度。此外，地形的起伏迫使波在传播过程中发生绕射。绕射会使地波在传播中有更多的衰减。 电波沿地表面传播时，除在地面上的部分有上述特性外，在地面以下也有一个紧贴着界面随深度而减小的电磁场。表中列出了不同波长的地波能透入地面的深度。“深度”指场强衰减到为界面场强的e分之一时的深度（e为自然对数的底）。波长越长,则透入的深度也越深。因此,采用地波传播方式同水下的潜艇通信时，必须使用极低频率（甚至低到几十赫）。 地面波传播与极化的关系 水平极化衰减因子Ah 垂直极化衰减因子Av 　　实际的地面并不都具有相同的电参数，也不能认为都是光滑而无起伏的。当从陆地到海面传播时，地面性质突变，会使电波的主要传播方向发生偏折；在起伏不平的地面上传播时又会产生散射，使能量转移，而且波长越短散射现象越严重；当传播距离增大时，电波由发射天线斜向投射到电离层，所产生的反射波会在接收点与沿地面传播的表面波相干涉而引起信号强度的起伏变化。  研究地表面波的经典方法，是在给定的边界条件下求解由麦克斯韦方程导出的波动方程。理论计算的主要任务是求出衰减因子F 的表示公式。 地面波传播时场的结构 由上面的分析可知，由于地面是半导体电媒质，底架直立天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量，各分量如图所示，yoz面为地平面，波沿z轴方向传播，下标“1”表示在空气内，下标“2”表示在大地内，利用边界条件，有 地面波传播特性 根据前面的讨论，可以得出地面波传播的一些重要特性。 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输损耗高数十分贝。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。 2. 波前倾斜现象具有很大的使用意义。可以采用相应形式的天线，有效地接收各场强分量。 5. 传播比较稳定。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。 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。 图6.10-图6.12中衰减因子A的值已经计入大地的吸收损耗与球面的绕射损耗，从图中可以看出，对于中波和长波，传播距离超过100km后，场强急剧衰减，这主要是绕射损耗所致。 地面不均匀性对地波传播的影响 　 按照地波传播的规律，在远距离通信时，波长越长越有利。但后来发现，利用电离层可以用较短的波长以较多的信息容量和较小的功率来实现远距离通信。这样，单纯用地表面波进行通信的范围就受到了限制。不过，地表面波信号比较稳定,在长波和中波的广播、导航,以及短波乃至于超短波的近距离通信中仍广泛使用地表面波。 地球磁场-基本概述 地球磁场，简言之是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球