短波通信可以利用地波傳播,但主要是利用天波傳播。地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增,在同樣的地面條件下,頻率越高,衰耗越大。利用地波只適用于近距離通信,其工作頻率一般選在5MHz以下。地波傳播受天氣影響小,比較穩定,信道參數基本不隨時間變化,故地波傳播信道可視為恒參信道。
1、地波傳播形式
當天線架設較低,且其最大輻射方向沿地面時,主要是地波傳播。這種方式特別適用于短波的低端頻率。在討論地面波傳播向題時,電離層的影響不予考慮,而主要考慮地球表面對電波傳播的影響。
地波傳播情況主要取決于地面條件。地面條件的影響主要表現在兩個方面:一是地面的不平坦性,二是地面的地址情況,前者對電波的影響視電波的波長而不同,對長波來說,除了高山都可將地面看成平坦的;而對于分米波、厘米波來說,即使是水面上的波浪或田野上叢生的植物,也應看成是地面有嚴重的不平度,對電波傳播起著不同程度的障礙作用。而后者是從土壤的電氣性質來研究對電波傳播的影響。就地面波傳播情況而言,與地面的電參數有著更密切的關系。描述大地電磁性質的電參數有介電系數ε(或相對介電系數εr)、電導率σ和磁導率μ 。根據實際測量,不同土壤的電參數詳見下表1。
表1:不同土壤的電參數
2、地波傳播的基本特性
對地面波傳播的理論分析是相當復雜的,這里只給出一些基本的結論,并加以定性的說明和分析。地波傳播具有以下基本特性。
1)受到大地的吸收
當電波沿地面傳播時,它在地面要產生感應電流。由于大地不是理想導電體,所以感應電流在地面流動要消耗能量,這個能量是由電磁波供給的。這樣,電波在傳播過程中,就有一部分能量被大地所吸收。
大地對電波能量吸收的大小與下列因素有關:
(1)地面的導電性能愈好,吸收愈小,即電波傳播損耗愈小。因為電導率愈大,地電阻愈小,故電波沿地面傳播的熱損耗愈小。電波在海洋上傳播損耗最小,在濕土和江河湖泊上的損耗次之,在干土和巖石上的損耗最大。
(2)電波頻率愈低,損耗愈小。因為地電阻與電波頻率有關,頻率愈高,由于趨膚效應,感應電流更趨于表面流動,使流過電流的有效面積減小,地電阻增大,故損耗增大。利用地波傳播形式的頻率范圍大約是1.5MHz~5MHz。該范圍內頻率的變化,在一定條件下,對短波通信距離的影響詳見下表2。
表2:頻率的變化對短波通信距離的影響
從上面的結果可以看出,這種傳播方式適用于超長波、長波和中波,軍用短波和超短波小電臺在采用這種傳播方式時,只能進行近距離通信。
(3)垂直極化波較水平極化波衰減小。這是因為水平極化波的電場與地面平行,致使地面感應電流大,故產生較大的衰減。
2)產生波面傾斜
理論分析指出,沿實際半導體表面傳播的垂直極化波是橫磁波(TM波),即沿電波傳播方向有電場縱向分量。地面波傳播過程中的波面傾斜現象具有很大的實用意義。可以采用相應型式的天線以便有效地接收。在某些場合由于受到條件的限制,也可以利用低架水平天線接收,但要注意提高接收天線的有效長度,并且天線附近的地質選擇εr和σ較小的干燥地為宜。
3)具有繞射損失
電波的繞射能力與其波長和地形的起伏有關。波長越長,繞射能力越強;障礙物越高,繞射能力越弱。在地面波通信中,長波的繞射能力最強,中波次之,短波較小,超短波繞射能力最弱。當通信距離較遠時,必須考慮地球曲率的影響,此時此刻到達接收點的地面波是沿著地球弧形表面繞射傳播的,此外,地面的障礙物對電波有一定的阻礙作用,因此有繞射損失。
4)傳播穩定
地波是沿地球表面傳播的,由于地表面的電性能及地貌、地物等并不隨時間很快的變化,所以在傳播路徑上地波傳播基本上可認為不隨時間變化,接收點的場強較穩定。因此短波通信地波傳播稱之為恒參信道。