Земная волна: связь у поверхности Земли
Почему сигнал может уйти за геометрический горизонт — и почему частота, грунт и поляризация решают его судьбу.
У прямой видимости есть геометрический предел: Земля уходит вниз за горизонт. Но на низких частотах часть энергии волны может распространяться вдоль её поверхности дальше этого предела. Такой путь называют земной волной (нем. Bodenwelle, англ. ground wave).
Это не луч, который буквально прилип к земле. Электромагнитное поле волны взаимодействует с проводящей поверхностью, а поверхность непрерывно отнимает часть энергии. Поэтому земная волна способна следовать кривизне Земли, но с расстоянием неизбежно затухает.
Почему частота меняет дальность
Чем выше частота, тем сильнее потери при таком взаимодействии с землёй. Поэтому земная волна особенно важна на длинных и средних волнах, где она может обеспечивать связь на сотни километров. На любительских КВ-диапазонах её значение быстро уменьшается; заметнее всего она остаётся в нижней части диапазона, например около 160 м.
Это даёт практический порядок рассуждения. Если нужна связь на небольшой или средней дистанции на низкой частоте, сначала стоит проверить земную волну. Если нужна дальняя связь на 20 или 10 м, главным кандидатом обычно будет уже ионосферное распространение, а не распространение у поверхности.
Земля — часть линии связи
Грунт не одинаков везде. Морская вода хорошо проводит ток, влажная почва обычно лучше сухой, а каменистый или песчаный грунт хуже. Чем лучше проводимость грунта (нем. Bodenleitfähigkeit, англ. ground conductivity), тем меньше энергии теряет волна на каждом участке пути.
Отсюда важный вывод: одинаковые антенна, частота и мощность могут дать разную дальность над морем, над влажной равниной и над сухой скалистой местностью. Мощность передатчика не заменяет хороший путь: она лишь добавляет энергию в начале пути, а свойства грунта определяют, как быстро эта энергия будет теряться дальше.
Почему нужна вертикальная поляризация
Для классической земной волны поле должно быть вертикально поляризовано (нем. vertikale Polarisation, англ. vertical polarization). Поэтому вертикальные антенны естественно подходят для такого распространения. У горизонтальной поляризации взаимодействие с поверхностью даёт существенно большие потери, и дальний путь у земли быстро исчезает.
Это не означает, что любая вертикальная антенна автоматически даёт хорошую земную волну. Частота, проводимость грунта, рельеф, высота антенны и её противовес всё равно влияют на результат.