كتي ب عن انتشار الموجات األرضية طبعة 2014 مكتب االتصاالت الراديوية
كتي ب عن انتشار الموجات األرضية 2014 طبعة مكتب االتصاالت الراديوية
iii كتي ب عن انتشار املوجات األرضية تمهيد يتسم انتشار املوجات األرضية األسلوب ألكثر من 90 عاما. يف االتصاالت ال سيما البث اإلذاعي بأمهية خاصة عند الرتددات املنخفضة حيث اعتمد هذا - - - يقسم الكتي ب إىل أر بعة أقسام رئيسية تتناول ما يلي: - األساسيات والنظرية التغي االعتبارات الرئيسية الواسعة النطاق وطرائق التنبؤ املستخدمة يف عمليات تقييم التوافق وإجراءات التخطيط املستخدمة يف إدارة الطيف وأغراض التغطية عل نطاق أصغر الذي قد يكون ذا أمهية رئيسية يف تقييم جودة اخلدمات القياسات والطور. ومن بني املسامهني يف هذا الكتي ب األشخاص التالية أمساؤهم حبسب الرتتيب األجبدي: Itziar ANGULO Les BARCLAY Yuri CHERNOV Nick DEMINCO Igor FERNÁNDEZ Unai GIL David GUERRA John MILSOM Iván PEÑA David DE LA VEGA. إتزيار أنغولو ليس باركلي يوري تشينوف نيك دمينكو إغور فرنانديز يوناي جيل ديفيد غويرا جون ميلسوم إيفان بينيا ديفيد دي ال فيغا
ةيضرلأا تاجولما راشتنا نع ب يتك v تايوتلمحا لودج ةحفصلا مسقلا 1 - تارابتعا...ةيرظن 1 1 ةمدقم... 1 2 روطت ةيرظن ةجولما ةيحطسلا... 1 3 ةيرظن تاجولما ةيحطسلا... 3 1.3 ةمدقم لىإ...ةيرظنلا 3 2.3 ةيرظن ضرلأا ةمظتنلما ةسناجتلما... 4 3.3 تايثأت فلاغلا يولجا... 7 مسقلا 2 - ةقيرط ؤبنتلا تيلا صوي ابه عاطق تلااصتلاا...ةيويدارلا 9 4 ةيصوتلا ITU-R P.368... 9 5 ةقواعلما ةيحطسلا... 11 6 ةيليصوت ضرلأا... 11 1.6 ةيليصوت...برلا 11 2.6 ةيليصوت...رحبلا 13 مسقلا 3 - تاءارجإ فلتتخ نع ءارجإ ؤبنتلا يسيئرلا... 11 7 ضرلأا ةمظتنلما تاذ ةيليصوتلا...ةطلتخلما 11 1.7 يثأت ةداعتسلاا قوف رحبلا... 11 2.7 ةقيرط نوتغنلم تايسملل... ةطلتخلما 17 3.7 ريدقت ةميق ةيليثتم ةيليصوتلل نم لجأ تايسم في ةطلتمخ قاطنلا... MF 11 8 ةلاح رحبلا... 11 9 تائيبلا...ةيفيرلا 19 10 تائيبلا ةيرضلحا... 19 1.10 يثأت قطانلما ةيرضلحا ةظتكلما نارمعلاب 0,1 لىإ...km 20 19 2.10 تافاسلما تيلا زواجتت... km 25 62 11 تايغتلا في ةيسمولما راشتنا ةجولما ةيضرلأا... 69 1.11 ةذبن ةييخرات... 69 2.11 تايغتلا في ةيمويلا راشتنا ةجولما...ةيحطسلا 31
vi ةيضرلأا تاجولما راشتنا نع ب يتك ةحفصلا مسقلا...4 33 12 تايئاوه لابقتسلاا... 33 13 فيصوت يغتلا نياكلما ةدشل... لالمجا 34 14 سيراضتلا يغ... ةمظتنلما 31 15 تايثأتلا في ةيللمحا قطانلما ةينبلما... 37 1.15 في تاسايقلا قطانلما ةظتكلما نيابلماب... 37 2.15 يثأت ددرت في لاسرلإا تائيبلا...ةيرضلحا 41 3.15 يغتلا عساولا في قاطنلا ةدش لالمجا... 41 16 يغتلا نياكلما يغصلا قاطنلا ةدشل لالمجا... 46 17 راشتنلاا لخاد نيابلما... 43 مسقلا 5... 47 18 سايقلا قئارط... 49 1.18 سايقم ةدش لالمجا... 47 2.18 سايق ةردقلا...ةعشلما 47 3.18 سايق ةيليصوتلا ةلاعفلا...ضرلأل 41 19 روط ةجولما ةيحطسلا [71]... 49 1.19...ةمدقم 49 2.19 ضرلأا ةسناجتلما...ةمظتنلما 49 3.19 تابارطضا روطلا يوناثلا... 49 4.19 تايسلما يغ...ةسناجتلما 15 5.19 مدع ماظتنا سيراضتلا ةيضرلأا... 15 6.19 تايثأت داصرلأا ةيولجا... 15 قحللما 1 - لي ةقيرط (Lee) ةم معلما... 13 20 عجارلما... 11
1 القسم 1 1 القسم 1 2 مقدمة اعتبارات نظرية تتعرض إشارات املوجات السماوية اليت تنتشر عرب األيونوسفي عند الرتددات املتوسطة وأثناء ساعات النهار إىل توهنيكبي واملوجة األرضية أو بشكل أدق املوجة السطحية هي أسلوب االنتشار الذي ينقل مجيع اإلشارات اليت تشغل نطاق اإلذاعة باملوجات اهلكتومرتية.(MF) كما تدعم املوجات السطحية عمليات اإلذاعة باملوجات الكيلومرتية (LF) وأنظمة االتصاالت واملالحة باملوجات املييامرتيةاالكيلومرتية (LF/VLF) واالتصاالت باملوجات الديكامرتية (HF) قصية املدى وبعض فئات الرادارات اليت تعمل باملوجات الديكامرتية - ويف هذه احلاالت قد تكون أساليب انتشار املوجات السماوية موجودة أيضا. ويعتمد انتشار املوجات السطحية عل التيارات اليت جتري يف األرض. ومع أن وجود الغالف اجلوي يعمل عل تغيي خصائص االنتشار لكنه ليس أساسيا لتحديد األسلوب املعتمد. وتتعرض املوجات املستقطبة أفقيا لتوهنيكبي جدا وتكون فائدهتا العملية قليلة أو معدومة. وتستخدم مجيع التطبيقات الواردة أعاله املوجات السطحية املستقطبة عموديا. وخالفا لإلشارات املنتشرة يف األيونوسفي تتعرض املوجات السطحية لقدر ضئيل ال ي ذكر من التشتت املبدأ إرسال إشارات النطاق العريض حني تكون املوجة السطحية وحدها نشطة. حبيث ميكن من حيث وال حيدث اخلبو إال حني يطرأ بعض التغيات الزمنية يف مسي االنتشار. وتعترب املوجات األرضية فوق الرب إشارات مستقرة مع حدوث بعض التغيات املومسية يف بعض احلاالت وقد حتدث تباينات فوق مسافات قصية حيث توجد هياكل أو معامل طوبوغرافية بارزة. وميكن أن يتعرض انتشار املوجات السطحية فوق البحر خلبو بطيء من جراء تغي تأثيات املد واجلزر والتوهني الناجم عن حالة البحر. وقد أثبتت الطرائق القائمة عل االعتبارات النظرية اليت تشكل األساس للتوصية 368.P ITU-R عرب السنوات الطويلة أهنا توفر طريقة قوية وبسيطة إىل حد ما للتنبؤ بالتغطية عل سبيل املثال ألنظمة اإلذاعة باملوجات اهلكتومرتية (MF) واملوجات الكيلومرتية.(LF) وما زالت طرائق التنبؤ يف املناطق احلضرية ذات املباين الشاهقة غي مكتملة. وتعترب اخلسارة اإلضافية النامجة عن العوائق احمللية والطوبوغرافيا احلادة وما إىل ذلك خسارة مهمة وال سيما عند تقييم اجلودة اإلمجالية للخدمة املستقب لة. وباستخدام طرائق التشكيل القوية ومتديد وقت وتردد املوجة السطحية وأساليب موحدة للموجات السطحية واأليونوسفيية فإنه من غي احملتمل التسبب باحنطاط ملحوظ. يقدم القسم األول من هذا الكتي ب نظرية املوجات األرضية ومن مث ميضي ليصف تقنيات وإجراءات التنبؤ املناسبة لعمليات التنبؤ بالتغطية اإلمجالية الواسعة النطاق ألغراض إدارة الطيف والتخطيط والتصميم. ومع ذلك وال سيما فيما يتعلق باألنظمة ذات التشكيل الرقمي قد تعمل التأثيات الصغية النطاق النامجة عن املباين والطوبوغرافيا وحنو ذلك عل التأثي يف األداء وجودة اخلدمة. وأخيا ت قدم بعض املعلومات املتعلقة بالقياسات والطور النسيب للموجة األرضية. تطور نظرية الموجة السطحية يف عام 1909 وجد سومرفلد (Sommerfeld) [1] حال لثنائي قطب كهربائي عمودي عل سطح بيين قائم بني عازل وموصل. ومل حيمل عمل سومرفلد شكال تطبيقيا ميكن للمهندسني استخدامه كما كان هنالك خطأ أدى إىل بعض االلتباس. ويف عام 1936 متك ن نورتون (Norton) [2] من التغلب إىل حدكبي عل هذه املشكالت وقدم ورقة أخرى يف عام [3] 1937 تضمنت طريقة إلجراء عمليات حسابية فوق أرض منبسطة. وقد أتاحت جمموعة األوراق اليت قدمها فان در بول Pol) (Van der وبرمير (Bremmer) [4] يف الفرتة من 1937 إىل 1939 حساب شدة اجملال يف نقاط بعيدة عل السطح الكروي لألرض باستخدام سلسلة البقايا. وأسهمت ورقة أخرى وضعها نورتون [5] يف عام 1941 بتحويل ذلك إىل اقرتاح عملي أكثر بالنسبة للمهندسني.
كتي ب عن انتشار املوجات األرضية 2 ومل تأخذ هذه الطرائق يف االعتبار التغي يف ثابتيت األرض )السماحية والتوصيلية( عل طول املسي. ولذلك أمهية خاصة حني يكون املسي مزجيا من الرب والبحر حيث ختتلف التوصيليتان بعامل يناهز األلف. ويف عام 1949 قد م ملنغتون (Millington) [6] طريقة شبه جتريبية للخروج بنتائج دقيقة إىل حد ما تتعلق مبسي يتضمن تغيات يف ثابتيت األرض. ويف عام 1952 نشر هافورد (Hufford) [7] ورقة أجازت بعض التغييات االعتباطية يفكل من ثابتيت األرض وشكلها عل طول املسي. وحيمل ذلك شكل معادلة تكاملية يتعذر حلها يدويا يف مجيع احلاالت. ويف عام 1970 نشر أوت (Ott) وب ري (Berry) [8] طريقة حاسوبية حلل هذه املعادلة. ويف عام 1982 قدم هيل (Hill) [9] شرحا لطريقة حتليلية ترمي إىل توسيع نطاق طريقة أوت وبري [8] للتنبؤ باالنتشار فوق التضاريس املكسوة بالغابات واملناطق املكتظة باملباين تتمثل فيها هذه التضاريس بطبقات من اللوحات العازلة للكهرباء فوق تضاريس غي منتظمة. وترد شفرة املصدر يف التذييل لتقرير هيل. ووفرت األعمال اإلضافية اليت نشرها دمينكو (DeMinco) [10] [11] يف عام 1986 عمليات تنفيذ سهلة االستعمال للنم وذج احلاسويب الذي وضعه أ وت و ب ري [8] وهيل [9]. كما تضمنت مناذج دمينكو هذه منوذجا للموجة األرضية ذات املسي املختلط فوق أرض كروية منتظمة تستخدم فيه طريقة ملنغتون [6] [19] [20] حلساب املسي املختلط الوارد وصفه الحقا وكذلك مناذج هلوائيات خمتلفة تعمل باملوجات الكيلومرتية (LF) وملا وجات اهليكتومرتية (MF) وملا وجات الديكامرتية (HF) ألغراض العمليات احلسابية للنظام. ومت التحقق من النماذج احلاسوبية باستعمال بيانات مقيسة مقدمة منكيسك وزمالئه al.) (Kissick et [12] [13] وأوت وفوغلر (Vogler) وهافورد [14] وآدامز وزمالئه al.) (Adams et [12]. وقد مجع العمل الذي قام به دمينكو الحقا [16] [17] يف عامي 1999 و 2000 منوذج املسي املختلط فوق أرضكروية منتظمة ومنوذج املسي املختلط فوق أرض غي منتظمة مع مناذج اهلوائيات وحسابات األنظمة ووضعها يف منوذج قائم عل برنامج ويندوز يعمل باملوجات الكيلومرتية ( LF )/املوجات اهلكتومرتية (MF) [15] [17] الستخدامه عمليا كأداة حتليل للتنبؤات من نقطة إىل نقطة ومنطقة بواسطة اهلوائيات القائمة عل األرض واهلوائيات املرفوعة. كما تضمن العديد من مناذج املوجات السماوية. واستكشف روذرام (Rotheram) [18] [19] [20] تأثي الغالف اجلوي لألرض عل انتشار املوجات السطحية ومض يف عمله لوضع طريقة تنبؤ باملوجة األرضية لألغراض العامة وبرنامج حاسويب مرتبط هبا. وتتضمن الطريقة مظهرا جانبيا أسيا لالنكسارية اجلوية ويشكل األساس ملنحنيات االنتشار للهوائيات القائمة عل األرض الواردة يف التوصية 368.P.ITU-R وي تاح الربنامج املرتبط اخلاص بالتنبؤ بشدة جمال املوجة األرضية لكل من اهلوائيات القائمة عل األرض واهلوائيات املرفوعة فوق أرضكروية منتظمة ويعرف باسم GRWAVE يف الصفحة اإللكرتونية للجنة الدراسات 3 التابعة لقطاع االتصاالت الراديوية لالحتاد. ولقد أظهرت محالت القياس املبكرة لعمليات اإلرسال اإلذاعي وجود شذوذات يف االنتشار عرب مناطق املدن كما ب نيكوزبروك (Causebrook) [21] [22] أن املناطق احلضرية والتضاريس غي املنتظمة ال ميكن وصفها ببساطة ألن التيار الذي جيري يف موصالت عمودية وحىت يف األشجار ينتج عل حنو فعال سطحا أرضيا حتريضيا. وينتج عن ذلك توهني خيتلف اختالفا كبيا باختالف املسافة مقارنة باألرض املنتظمة البسيطة حبيث ال تعود النسبة بني شدة اجملال الكهربائي وشدة اجملال املغنطيسي مساوية للمعاوقة املتأصلة للفضاء احلر يف هذه البيئة اليت تكثر فيها العوائق. وقد واكب هذا االهتمام األخي يف تقنيات التشكيل الرقمي جت دد االهتمام يف التغيات احمللية الصغية النطاق يف تناظر اخلبو الزمين بالنسبة لالستقبال املتنقل وذلك ألن تلك التغيات قد تؤثر يف جودة اإلشارة املستقب لة. واليت اإلشارة
3 القسم 1 نظرية الموجات السطحية مقدمة إلى النظرية 3 1.3 لننظر إىل سهولة عمل هوائي اإلرسال T فوق أرض منبسطة موصلة بشكل تام كما هو مبني يف الشكل 1. فالفلطية V املستحثة يف هوائي االستقبال يف موقع استقبال اعتباطي R ميكن التعبي عنهاكمجموع متجهي للمكونتني املباشرة واملنعكسة عل األرض: (1) V QI Q 1 exp( jkr ) r 1 1 Q 2 exp( jkr 2 ) R r2 حيث I هو التيار يف هوائي اإلرسال وQ ثابتة و 1 Q و 2 Q تأخذان باحلسبان املخططني القطبيني هلوائيي اإلرسال واالستقبال وR معامل االنعكاس املناسب وk عدد املوجات الراديوية =.2π/λ ويتم تعريف احلدود األخرى يف الشكل 1. 1 الشكل هندسة الموجتين المباشرة والمنعكسة على األرض Transmitting antenna T Y 1 موجة مباشرة هوائي اإلرسال Direct wave E z E F Y 2 TPR = r 2 r 1 Ground-reflected wave R receiving هوائي antenna االستقبال موجة منعكسة عل األرض Ep P األرض Ground Ground Wave Prop. 01 ويف عددكبي من احلاالت وال سيما حني يكون الرتدد املشع يف نطاق الرتددات العالية جدا (VHF) أو الرتددات األعل تعطي العملية احلسابية أعاله نتيجة مقبولة جدا للتطبيقات العملية. ومع ذلك فإن الوصف الكامل للمجال عند R يتطلب مسامهة إضافية يف النتيجة احملققة: (2) V QI Q 1 exp( jkr ) r 1 1 Q 2 exp( jkr2 ) R r 2 S exp( jkr 2) r2 S حيث ترمز إىل عامل معقد يعتمد عل اخلواص الكهربائية لألرض واستقطاب املوجة املرسلة والرتدد ومواقع املطاريف. وعند تقدميها هبذه الطريقة قد يكون من املغري اعتبار ذلككمسامهة ضئيلة هتم أساسا عا م مل الفيزياء الرياضية. ومع ذلك ميثل هذا احلد الثالث املوجة السطحية وهو أسلوب انتشار يتسم بقيمة عمليةكربى بالنسبة لألنظمة الراديوية اليت تعمل يف نطاق الرتددات املنخفضة (HF) والرتددات األدىن.
(2) 4 وأحيانا يطلق عل جمموعة املوجات املبينة يف املعادلة كتي ب عن انتشار املوجات األرضية اسم املوجة األرضية وهي تشمل موجة فضائية وموجة سطحية: ground wave direct wave reflected wave surface space wave wave إال أن هناك استخدامات خمتلفة للمصطلحات إذ غالبا ما يطلق عل املوجة الفضائية اسم املوجة األرضية أو أحيانا موجة نورتون األرضية أو موجة نورتون السطحية نسبة إىل نورتون الذي وضع طرائق مرنة حلساهبا. وحني تكون النقطتان T وR قريبتني من األرض تصبح قيمة معامل االنعكاس عل األرض 1 واملنعكسة عل األرض إحدامها األخرى مما جيعل املوجة السطحية املكونة الوحيدة ذات األمهية. حبيث تلغي املباشرة املوجتان 2.3 نظرية األرض المنتظمة المتجانسة 1.2.3 األرض المسطحة المحدودة التوصيلية نظرية سومرفلد-نورتون لألرض املستوية: اشتق سومرفلد [1] ونورتون [2] [3] العبارات املتعلقة مبكويتن شدة جمال املوجة األرضية فوق أرض النامجة عن عنصر تيار عمودي قصي. فاملعادلة (2) تصبح يف شكلها التامكما يلي: مسطحة حمدودة التوصيلية (3) 2 exp( jkr1) 2 exp( jkr2) Ez j30kidl cos 1 cos 2Rv r1 r2 2 4 2 exp( jkr2 ) (1 Rv )(1 u u cos 2) F r2 (4) exp( jkr1) exp( jkr2) E j30kidl sin 1 cos 1 sin 2 cos 2Rr r1 r2 2 2 2 2 u 2 2 sin 2 exp( jkr2) cos 2(1 Rv ) u (1 u cos 2) 1 (1 u cos 2) F 2 2 r2 و 2 ψ معرفتانيف الشكل 1 وIdl هي حاصل ضرب تيار املصدر بالطول ) عزم ثنائي القطب ( وν R معامل انعكاس فرينيل للموجة املسطحة يف حالة االستقطاب العمودي وF دال ة توهني تعتمد عل منط األرض وطول املسي. وتعط F بالعبارة حيث ψ 1 (Fresnel) التالية: (5) (6) (7) 1 ( )exp( ) F j w w erfc j w 2 2 2 2 u 2 j2 kr u (1 cos ) w (1 R ) v 2 2 u ( r jx) حيث تشي erfc و إىل دالة اخلطأ التكميلية و
5 القسم 1 و (8) 4 x 1.8x10 ( w 0 ) fmhz σ حيث ترمز إىل توصيلية األرض بوحدات S/m وr ε/ε =0 ε إىل السماحية النسبية لألرض وMH f إىل الرتدد بوحدات جتدر املالحظة أن املعادلتني (3) و( 4 ).MHz 1.1.2.3 متثالن مكونيت اجملال يف االجتاهني العمودي والشعاعي لنظام إحداثيات إسطوانية. الحالة الخاصة بالمطاريف القائمة على األرض حني تكون نقطتا اإلرسال واالستقبال T وR عل األرض حبيث يكون لدينا = R ν 1 و 1 = ψ 2 = ψ 0 تعملكل من املوجة املباشرة واملوجة املنعكسة عل األرض بعكس األخرى ويكون جمموعهما صفرا. وتسود هذه الظروف يف الكثي من التطبيقات العملية عند ترددات منخفضة. وحني حيدث ذلك تسود املوجة السطحية وميكن وصفها بأشكال مبسطة إىل حد ما للمعادلتني (3) و( 4 ) وبالتايل يصبح لدينا: (9) (10) 2 4 exp( jkr) Ez j60 kidl(1 u u ) F r 2 2 4 exp( jkr) E j30 kidl u (1 u )(2 u u ) F r 2 2 وعليه ففي حالة املوجة السطحية واهلوائيات القائمة عل األرض فإن املكو نتني العمودية والشعاعية للمجال الكهربائي تظالن موجودتني. ويعين ذلك بعبارات فيزيائية أن صدر املوجة املنتشرة يكون مائال. واملكو نة الشعاعية اليت تعطيها املعادلة (10) صغية نسبة للمكونة العمودية الواردة يف املعادلة (9). وتتمثل عالقة الطور يف أن امليل الضئيل لصدر املوجة يكون إىل األمام يف اجتاه االنتشار. وتعتمد درجة امليل عل توصيلية األرض والرتدد. وميكن استخدام قياسات ميل املوجة الستنتاج اخلواص الكهربائية لألرض احمللية )انظر الفقرة 3.3.18(. ومبا أن E ρ حمدود وأن مكونة اجملال املغنطيسي أفقية يكون ملت م جه بوينتنغ مكونة باجتاه األسفل وت فقد الطاقة من املوجة املنتشرة أفقيا. وهبذه الطريقة حيدث توهني يضاف إىل ذلك الناجم عن التمديد العادي الذي خيضع لقانون الرتبيع العكسي. ويف إطار نظرية سومرفلد- نورتون يعط هذا التوهني اإلضايف بالرمز F انظر املعادلة (5) حيث ت بس ط w يف حالة املطاريف القائمة عل األرض لتصبح: (11) jkru w 2 (1 u ) 2.1.2.3 التفسير 0 تتم تنبؤات التغطية الراديوية بشكل دائم تقريبا بداللة شدة اجملال الكهربائي. وينطبق ذلك أيضا عل اإلذاعة باملوجات الكيلومرتية (LF) وملا وجات اهلكتومرتية (MF) رغم أن معظم املستقبالت احمللية تتضمن هوائيات للمجال املغنطيسي يف شكل قضبان فريتية. وباستثناء احلاالت اليت حتتوي فيها البيئة اليت تكثر فيها العوائق عل موصالت عمودية )انظر القسمني 11 و 12 ( فإن املوجة السطحية املنتشرة تتضمن مكونة مغنطيسية أفقية H ترتبط تقريبا باملكونة الكهربائية الرئيسية عن طريق العبارة التالية: (12) E H Z حيث متثل Z 0 املعاوقة األصيلة للفضاء احلر (120π Ω). وبناء عل ذلك يكون ختطيط عمليات التغطية الراديوية بداللة شدة اجملال الكهربائي كافيا. وينشأ توهني املوجة السطحية من خالل امليل األمامي جملاهلا الكهربائي. ويصبح معدل التوهني ملحوظا بصورة أكرب مع تزايد زاوية امليل. وبضم املعادلتني (9) و( 10 ) معا ميكن تبني أن النسبة بني مكونيت اجملال الكهربائي يعرب عنها ببساطة بالعالقة:
كتي ب عن انتشار املوجات األرضية 6 (13) E u Ez 1 Kr حيث ترمز K r إىل مساحية العزل الكهربائي املركبة لألرض. وهي تتغي مع الرتدد واخلواص الكهربائية لألرض. وترد بعض القيم التمثيلية يف اجلدول.1 1 اجلدول القيم النمطية لسماحية العزل الكهربائي المركبة K r ألنواع مختلفة من األرض والترددات 200 نوع األرض )تردد منخفض( ( khz )الرتدد 1 000 )تردد متوسط( 70-j90000 70-j450000 10-j1 10-j900 4-j18 4-j90 )75 = ε r S/m 5 )10 = ε S/m 10-2 r )4 = ε S/m 10-3 r حبر σ( = أرض جيدة )σ = أرض رديئة )σ = يقابل القيم الكبية للسماحية K r ميل صغي حنو األمام وبالتايل قدر منخفض من التوهني. وملياه البحر توصيلية عالية بشكل بارز ولذلك فإن املوجة السطحية ذات اجملال الكهربائي العمودي تقريبا تنتشر فوقها بتوهني منخفض نسبيا. من ناحية أخرى يبلغ توهني املوجة السطحية أقص قيمة له فوق أرض منخفضة التوصيلية وعند ترددات راديوية عالية. ويكون العامل ) 4 u 2 + u (1 الوارد يف املعادلة اتساع املكونة العمودية للمجال الكهربائي بالعبارة: قريبا من الوحدة بالنسبة جلميع األوضاع العملية. ومن مث ميكن أن يعرب عن (9) (14) Ez 300 r P F حيث ترمز P إىل القدرة املشعة اإلمجالية الصادرة عن عنصر تيار هرتزي ثنائي القطب أو عن مشعاع عمودي قصي معربا عنها بوحدات kw وr هو طول املسي (km) وE شدة اجملال الكهربائي بوحدات.mV/m وتنطبق هذه املعادلة عل هوائي عمودي قصي يقع عل أرض مسطحة موصلة متاما ويعمل كهوائي مرجعي. وعل مسافة بضع أطوال موجية من اهلوائي تكون F مساوية للوحدة تقريبا وتتغي شدة اجملال مثل r/1 أي بعالقة معكوس املسافة. وعل مسافات كبية منه مبا فيه الكفاية وطاملا كان افرتاض سومرفلد بشأن األرض املسطحة صاحلا حيدث حتول للكمية F وتصبح متناسبة عكسيا مع املسافة أي أن شدة اجملال تتغي مثل r/1. 2 وفيما يتعلق هبوائي عمودي ربع موجي (4/λ) فإن قيمة الثابتة يف اجلهة اليمىن من املعادلة 341.P ITU-R امللحق 1 اجلدول 1 حيث أدرجت هذه الثابتة بوصفها القوة احملركة املوجية(. ويقدم الشكل 314 تصبح (14) 2 قيم الثابتة املناظرة للهوائيات األرضية العمودية ذات االرتفاعات املختلفة. )انظر التوصية
7 القسم 1 2 الشكل القوة المحركة الموجية للهوائيات العمودية فوق أرض مستوية موصلة تماما Cymomotive force, volts, for 1 kw emrp 400 300 200 100 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 l Ground Wave Prop. 02 طول wavelengths اهلوائي length, أطوالAntenna املوجات القوة احملركة املوجية بالفولت لكل kw 1 من القدرة املشعة الفعالة يف هوائي رأسي قصي )يف اجتاه معني( emrp 2.2.3 األرض الكروية المحدودة التوصيل تتسم احلسابات الرياضية املتعلقة بانتشار املوجات األرضية حول أرض منحنية بالتعقيد ويصعب فهمها. وقد سبق لربمير [23] Bremmer أن قد م وصفا هلا. ففي املدى القصي ينطبق منوذج سومرفلد للموجة األرضية من دون أي تعديل. أما يف املدى األطول فمن الضروري حساب اجملاالت مع إيالء االعتبار املناسب لالنعراج حول األرض املنحنية. ومثة نظام ثالث للمدى وهو يتجاوز يف العادة املدى الذي يكون فيه تغي للمجال خاضعا لقانون الرتبيع العكسي حيث يصبح التناقص يف شدة اجملال أس يا حول األرض املنحنية. وميكن تقدير املسافة األولية هلذا السلوك األسي بواسطة العبارة الواردة أدناه. وميكن اعتبار األرض منبسطة بعد املسافة d بالكيلومرتات اليت تعطيها املعادلة [24]: (15) d = 3 f(mhz) وباستثناء هذا السلوك اإلضايف يف املدى البعيد تكون معظم اخلصائص األخرى للموجة السطحية فوق أرضكروية مطابقة لتلك املستخلصة من منوذج سومرفلد للموجة األرضية. 3.3 تأثيرات الغالف الجوي لقد جتاهلت األعمال النظرية اليت أجراها سومرفلد وفان در بول Pol) (Van der وبرمير التأثيات اجلوية بافرتاضها أن املوجة املنتشرة يف الفضاء فوق األرض تنتقل يف خط مستقيم. ومن الناحية العملية يكون الغالف اجلوي لألرض مؤلفا من طبقات وله دليل انكسار يتناقص يف العادة مع االرتفاع. ويكون تغي دليل االنكسار يف املتوسط أسيا. )انظر التوصية 453.P.)ITU-R
كتي ب عن انتشار املوجات األرضية 8 ويف أي غالف جوي يتناقص فيه دليل االنكسار مع االرتفاع فإن أي موجة راديوية سوف تنكسر حنو األسفل باجتاه األرض. يف الكيلومرت األول فوق األرض ميكن اعتبار التغي األسي تناقصا خطيا عل وجه التقريب ويف هذه احلالة ميكن التعامل مع املسيات الراديويةكأهنا تنتقل يف خطوط مستقيمة من خالل زيادة نصف القطر الفعال لألرض بشكل مصطنع. وتطبق هذه املعاملة يف الغالب يف نطاق الرتددات العالية جدا (VHF) والرتددات األعل [25] حيث تكون القيمة النموذجية لعامل نصف القطر الفعال لألرض 4/3. وبالنسبة للموجات السطحية عند ترددات تقل عن khz 10 يكون للغالف اجلوي تأثي ضئيل ومييل العامل ليساوي الوحدة [26]. أما يف حميط نطاق اإلذاعة باملوجات اهلكتومرتية (MF) فإن هذا العامل يقع يف املدى 1,25-1,20 بالنسبة ملعظم فئات األرض انظر روذرام [18]. تقتصر هذه النتائج عل األحوال اجلوية النمطية )حني تكون االنكسارية عند مستوى البحر = N o 315 وارتفاع السلم املرجعي )km 7,35 وتستخدم يف العروض البيانية الواردة يف التوصية 368.P.ITU-R أما يف األوقات اليت تسودها أحوال جوية غي املعتادة فقد تلزم عوامل أخرى لنصف القطر الفعال لألرض حملاكاة تأثيات االنتشار السائدة. وميكن إتاحة املعلومات عن األحوال اجلوية من عمليات الرصد املناخي احمللية أو من التوصية 453.P ITU-R وقد تستخدم هذه املعلمات كمدخالت يف الربنامج احلاسويب.GRWAVE
9 القسم 2 القسم 2 طريقة التنبؤ التي يوصى بها قطاع االتصاالت الراديوية 4 التوصية P.368 ITU-R ترد يف التوصية 368.P ITU-R منحنيات االنتشار اليت يوص هبا قطاع االتصاالت الراديوية من أجل شدة جمال املوجة األرضية وهي تستند إىل املبادئ الواردة يف القسم 3 أعاله وحتسب باعتماد الربنامج احلاسويب.GRWAVE ومع أن الطريقة تنطبق بشكل صارم عل األرض املنتظمة فإنه من املمكن احلصول عل تنبؤات م رضية لألرض ذات االرتفاعات غي املنتظمة ولا صغية قياسا بطول املوجة وحني تكون التغيات يف االرتفاعات غي فجائية. أما التغاير الناتج عن املعامل السطحية الضيقة النطاق اليت قد تؤثر يف نوعية اخلدمة فسيجري حبثها الحقا يف هذا الكتيب. ويوضح املرجعان [10] و[ 11 ] مقارنات بني التنبؤات القائمة عل بيانات مقيسة تظهر أن احلسابات املتعلقة باألرض الكروية املنتظمة تضاهي احلسابات املتعلقة باألرض غي املنتظمة. وميكن استخدام هذه املعلومات لتحديد الوقت الذي يكون فيه من الضروري استخدام منوذج األرض غي املنتظمة بدال من منوذج األرض املنتظمة. ومن املستحسن حيثما أمكن استخدام منوذج األرض املنتظمة نظرا للوقت الزائد الذي تستغرقه احلسابات عند تشغيل منوذج املسي املختلط لألرض غي املنتظمة حىت لدى استخدام احلواسيب عالية السرعة املتاحة اليوم.كما تناول هذان املرجعان قضية استبانة التضاريس توخيا للدقة يف احلسابات فوق تضاريس غي منتظمة عند الرتددات املنخفضة (LF) والرتددات املتوسطة.(MF) ITU-R P.368 الشكل 3 مثال على المنحنيات الواردة في التوصية Field (db(μv/m)) strength m V/m)) 120 100 60 40 20 0 20 1 S/m 1 = Ground-wave propagation curves; Sea water, low salinity, = 1 S/m, = 30 MHz (10 m) 20 MHz (15 m) 15 MHz (20 m) 10 MHz (30 m) 7.5 MHz (40 m) 5 MHz (60 m) 4 MHz (75 m) 3 MHz (100 m) 2 MHz (150 m) 1.5 MHz (200 m) 1 MHz (300 m) 750 khz (400 m) 2 500 khz (600 m) 10 5 400 khz (750 m) 5 300 khz (1 000 m) 200 khz (1 500 m) 2 150 khz (2 000 m) 10 4 100 khz (3 000 m) 5 75 khz (4 000 m) 50 khz (6 000 m) 2 40 khz (7 500 m) 10 3 30 khz (10 000 m) 20 khz (15 000 m) 5 15 khz (20 000 m) 2 10 khz (30 000 m) 10 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 100 2 3 4 5 6 7 8 9 1 000 2 3 4 5 6 7 8 9 10 000 Inverse distance curve املسافة منحىن معكوس املسافة شدة اجملال = (km) Distance (km) 10 6 2 10 1 Ground Wave Prop. 03 5 5 2 10 5 2 1 5 5 شدة اجملال منحنيات انتشار املوجة األرضية ماء البحر ملوحة منخفضة Field strength ( V/m) m (μv/m) وترد منحنيات االنتشار عند الرتددات األعل يف الكتي ب الصادر عن قطاع االتصاالت الراديوية بعنوان "منحنيات انتشار املوجات الراديوية فوق سطح األرض" وهناك توصيات متنوعة تتناول جوانب حمددة لالنتشار عند هذه الرتددات العالية )انظر التوصية.(ITU-R P.1144
كتي ب عن انتشار املوجات األرضية 01 ومع أن منحنيات املوجات األرضية معدة للهوائيات القائمة عل األرض إال أنه ميكن استخدامها للهوائيات املرفوعة عندما يكون لدينا ε r<<60σλ والرتفاعات تصل إىل.h=1,2σ 1/2 λ 3/2 ويوجد يف التوصية جمموعتان من املنحنيات. اجملموعة األوىل تضم منحنيات تتعلق بالرتددات الواقعة بني khz 10 و 30 MHz حيث يقابلكل رقم قيمة خمتلفة للثابتتني األرضيتني )ترد الثابتتان األرضيتان املستخدمتان يف اجلدول 2(. ويرد يف الشكل 3 مثال عل أحد من هذه املنحنيات. وتوخيا للسهولة يرد أيضا ترتيب بديل يف جمموعة ثانية من املنحنيات حيث يقابلكل رقم ترددا واحدا )من khz 30 إىل )khz 3 000 وملدى معني من ثابتيت األرضية. 2 اجلدول رسم بياني النتشار الموجات األرضية لمختلف قيم ثابتتي األرض الواردة في التوصية 368.P ITU-R الرقم الوصف مياه البحر ملوحة منخفضة مياه البحر ملوحة متوسطة مياه عذبة الرب أرض رطبة الرب أرض متوسطة اجلفاف أرض جافة أرض جافة جدا جليد مياه عذبة 1 C جليد مياه عذبة 10 C التوصيلية (S/m) السماحية النسبية 40 30 22 15 7 3 3 3 3 x 3 x 1 x 3 x 1 x 3 x 1 x 3 x 1 x 1 5 10 3 10 2 10 2 10 3 10 3 10 4 10 4 10 5 10 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 كما تضمكل جمموعة من املنحنيات منحىن معكوس املسافةكخط مستقيم متقطع. وتوخيا للسهولة العملية أعطيت املنحنيات للحالة اليت تساوي فيها القدرة emrp القيمة kw 1 أي لكل kw 1 من القدرة املشعة يف مجيع االجتاهات والواردة من مشعاع عمودي قصي يقع فوق أرض كروية منتظمة. وال بد من مراعاة القدرة الفعلية أو املقرتحة للمرسل واخلسارة يف شبكة االقرتان اليت تغذ ي اهلوائي واملخطط اإلشعاعي السميت يف حال استخدام أنظمة اهلوائيات االجتاهية وطول العناصر املكونة للهوائي )يقدم الشكل 2 تغي الكسب مع ارتفاع اهلوائي بداللة القوة احملركة املوجية كما تقدم التوصية 341.P ITU-R الكسب لبعض اهلوائيات املرجعية(. كما ينبغي مراعاة أوجه القصور يف النظام الشعاعي األرضي للهوائي. ويرد يف الفقرة 2.18 طريقة لقياس القدرة emrp الفعلية لنظام قائم. كما وضع الربنامج احلاسويب GRWAVE للحالة نفسها املتمثلة بالقدرة kw 1 املشعة يف مجيع االجتاهات والواردة من مشعاع عمودي قصي يقع فوق أرضكروية منتظمة. وحتقيقا لذلك يكون عزم ثنائي القطب املستخدم يف احلسابات هو.5λ/2π جتدر اإلشارة إىل أن استخدام مفهوم خسارة اإلرسال قد حيدث ارتباكا حيثما يؤدي وجود األرض إىل حصر اإلشعاع يف نصف احليز الفضائي فوق األرض )انظر التوصية 341.P ITU-R امللحق 2(. وتعطي املنحنيات اجملال اإلمجايل عل املسافة r خبطأ أقل من db 1 عندما يكون إدراج آثار اجملال القريب عن طريق زيادة شدة اجملال بالديسيبل بقيمة: تقريبا حيث 10 أكرب من kr.2 /l = k وميكن (16) 10log 1 1 1 ( kr ) 2 ( kr ) 4
11 القسم 2 مما يعطي اجملال اإلمجايل يف حدود db 0,1 للبحر واألرض الرطبة ويف حدود db 1 ألي توصيلية أرضية أكرب من.S/m 10 3 ويرد يف املرجع [27] حبث مثي لالهتمام يتناول الدقة يف تعيني حدود االنتقال من اجملال القريب إىل اجملال البعيد بداللة التقليل إىل احلد األدىن من اختالف الطور للمجال الكهربائي عرب فتحة أي من اهلوائيني وخطأ اتساع التنبؤ بشدة اجملال واملسافة الالزمة جلعل احلدين r/1 2 و r/1 3 للمجال الكهربائي إما ملحوظني )جمال قريب( أو ضئيلني )جمال بعيد( مقارنة باحلد r/1 للمجال. 5 المعاوقة السطحية مثة طريقة بديلة للنظر يف اخلسا رة النامجة عن انتشار املوجة األرضية تتمثل يف البدء باعتماد عالقة معكوس مربع املسافة لقدرة اإلشارة )عالقة معكوس املسافة لشدة اجملالكما هو مبني يف التوصية 368.P )ITU-R ومن مث التعبي بشكل منفصل عن التوهني الناجم عن اخلسارة املتعلقة بانتشار املوجة السطحية. (17) وميكن إظهار عامل التوهني [28] عل أنه يساوي: A 1 i exp erfc i وميكن التعبي عن ρ كما يلي: (18) 2 i r l η حيث ترمز إىل املعاوقة السطحية وتعط بالعبارة: (19) 1 ( i 60 l 1) 2 i60 l واملعاوقة السطحية هي طريقة مفيدة لوصف املعامل يصنعها اإلنسان واملباين وأمواج البحر. السطحية املعقدة من قبيل عدم انتظام التضاريس واألشجار واهلياكل اليت 6 توصيلية األرض 1.6 توصيلية البر ألغراض التخطيط األويل وتقييم التوافق أو إعادة استعمال الرتدد تعترب املعلومات الواردة يف التوصية 368.P ITU-R واإلجراء املناظر هلا يف الربنامج GRWAVE مقنعة جيدا ومستخدمة بشكلكبي. ومع ذلك فمن املرجح أن يكمن اجلزء األكرب من الغموض يف تقدير ثابتيت األرضية وبوجه خاص توصيلية األرض. وقد نوقشت اخلصائص الكهربائية لسطح األرض يف التوصية 527.P.ITU-R وجتدر اإلشارة إىل أنه من املتوقع أن تكون هذه اخلصائص مستقلة عن الرتدد يف نطاق املوجات الديكامرتية (HF) والرتددات األدىن من ذلك )باستثناء حالة جليد املياه العذبة عند املوجات الديكامرتية (HF) واملوجات املييامرتية.(VLF)
كتي ب عن انتشار املوجات األرضية 02 غي أنه من املهم اإلشارة إىل العمق املتوقع الخرتاق املوجات الراديوية لألرض 1 أو عمق القشرة. فبالنسبة ملياه البحر ال يتعدى عمق االخرتاق )العمق الذي تضعف عنده اإلشارات لتصبح قيمتها e/1 من القيمة السطحية( 25 سنتيمرتا فقط عند الرتدد.MHz 1 أما بالنسبة لألرض املتوسطة اجلفاف فيبلغ حواىل 25 مرتا. وهكذا فلدى حتديد أو تقدير التوصيلية الفعالة الستخدامها يف التنبؤ بالتغطية عند الرتددات املتوسطة (MF) وحىت بصورة أكرب عند الرتددات املنخفضة (LF) من املهم أن تؤخذ الطبيعة اجليولوجية لباطن األرض يف االعتبار بالشكل املناسب. وميكن االطالع عل مزيد من املعلومات حول عمق اخرتاق اجملال الكهربائي )عمق القشرة( يف الرتبة وقياسات خصائص العزل الكهربائي للرتبة يف املرجع [68]. ومن غي احملتمل أن تسفر طرائق حتديد التوصيلية بواسطة مسابي األرض أو الطرائق األخرى لقياس عينات الرتبة عن نتائج مفيدة وذلك ألهنا ال تقيس يف العادة إال خصائص الرتبة السطحية. وجت رى أكثر القياسات صالحية باستخدام مرسالت اختبار أو مرسالت تشغيلية وإجراء سلسلة من القياسات عل مسافات خمتلفة انظر الفقرة 3.18. وتقدم التوصية 832.P ITU-R خرائط التوصيلية لكل من املوجات املييامرتية (VLF) واملوجات اهلكتومرتية.(MF) وختصص خرائط املوجات املييامرتية (VLF) للمناطق القارية ومتتد فوق مجيع مناطق العامل الربية تقريبا. أما خرائط املوجات اهلكتومرتية (MF) فتوضع للكثي من فرادى البلدان أو جملموعات من البلدان كما تنص عل ذلك اإلدارات. ويعرب الرأي 91-1 ITU-R عن أنه ينبغي لإلدارات أن تدقق يف املعلومات الواردة يف األطلس العاملي وأن تراجع هذه املعلومات وعند الضرورة اإلشارة إىل أنه قد يلزم يف بعض احلاالت إدراج التغيات املومسية وأنه ينبغي لإلدارات اجلديدة أن تتحقق من أن احتياجاهتا مشمولة بالصيغة احلالية لألطلس العاملي للتوصيليات األرضية وأن تسهم يف مراجعة البيانات وأنه بالنسبة لتلك البلدان اليت ال ترد بشأهنا بيانات يف األطلس العاملي تتعلق بالتوصيلية ينبغي لإلدارات املعنية أن جت مع وتوفر البيانات وفقا للمعلومات الواردة يف التوصية 832.P.ITU-R 1 يعرب عن عمق القشرة يف مادة اعتباطية مبا يلي: (20) حيث δ هي عمق القشرة وω = السماحية النسبية. 1 2 2 2 1 1 mrm0 r 0 r 0 وσ 2πf هي التوصيلية و 0 μ هي نفاذية الفضاء احلر وr μ هي النفاذية النسبية و 0 ε هي مساحية الفضاء احلر وr ε هي
13 القسم 2 4 الشكل مثال على خريطة التوصيلية األرضية المشمولة في التوصية ITU-R P.832 1 100 200 Ground Wave Prop. 04 ويف حال عدم توافر معلومات تفصيلية ت درج يف التوصية أيضا خريطة عاملية للتوصيلية عند املوجات اهلكتومرتية.(MF) غي أن هذه اخلريطة ال تقدم سوى إشارة عامة للتوصيلية قد تكونكافية لعمليات التقييم العاملية أو اإلقليمية ملتطلبات الطيف ولكنها عل األرجح غي مناسبة لتقدير التغطية الفردية. ويف حال عدم توافر أية معلومات أخرى فإن أفضل طريقة لتقدير التوصيلية تتمثل يف دراسة اخلرائط اجليولوجية ومقارنة الظروف مع منطقة أخرى من العامل ذات طبيعة جيولوجية ومناخ مشاهبني. 2.6 توصيلية البحر وفيما يتعلق مبياه البحر تقدم التوصية 368.P ITU-R تنبؤات بشأن التوصيليتني النمطية واملنخفضة اللتني تبلغان 5 و 1 S/m عل التوايل. غي أن التوصيلية ختتلف باختالف ملوحة مياه البحر ودرجة حرارهتا وللحصول عل تنبؤات أكثر دقة ميكن استخدام التوصيلية املتوقعة يف الربنامج.GRWAVE تعط توصيلية مياه البحر بالعبارة التالية: (21) 0.93 T 0.18C 1 0.02 20 S m حيث: C: امللوحة )غرامات امللح باللرت( )C ( درجة احلرارة T: تكون التوصيلية σ يف البحار الباردة حبدود S/m 3,5 ويف البحار الدافئة حوايل.S/m 5
15 القسم 3 القسم 3 إجراءات تختلف عن إجراء التنبؤ الرئيسي األرض المنتظمة ذات التوصيلية المختلطة 7 1.7 تأثير االستعادة فوق البحر حني تتغي خصائص األرض عل امتداد مسي االنتشار ختضع شدة اجملال الناجتة إىل تغي مفاجئ مع املسافة. فشدة اجملال املتعلقة مبسي ميتد عرب الرب وفوق البحر مث جمددا فوق الرب تتناقص عل امتداد املنطقة الربية األولية لكنها تستعيد قيمتها لدى بلوغها الساحل بتزايد سريع يليه تناقص تدرجيي بصورة أكرب ومن مث تناقص سريع عند عبور الساحل جمددا. وقد أعطت الطرائق املب كرة اليت تناولت هذه املشكلة نتائج غي صحيحة مل ت مف مبتطلبات التبادلية. وقد أرس ملنغتون [6] إجراء أدى إىل فرض التبادلية وأثبت عن كونه مرضيا جدا لألرض املنتظمة إىل حد معقول وأعط نتائج مشاهبة جدا للطريقة املع قدة اليت وضعها هافورد [7]. وت ظهر دراسة نظرية لالنتشار فوق سطح معقد انسجاما جيدا مع النتائج التجريبية [29]. 5 الشكل اإلثبات األولي لتأثير استعادة الموجة األرضية فوق البحر عند التردد MHz 77 شدة اجملال Field (db(μv/m)) strength (db( m V/m)) 60 40 20 0 1 2 3 4 5 Distance (km) from fixed station (km) Ground Wave Prop. 05 املسافة من احملطة الثابتة وأجريت اختبارات ملنغتون األوىل عند الرتدد MHz 77 وعل مسافات قصية وأظهرت تأثي االستعادة هذا [30] انظر الشكل وتأكيدا هلذا التأثي أ تبع هذا االختبار األويل باختبار طويل املدى عرب القناة اإلنكليزية عند الرتدد [31] MHz 3 انظر الشكل 6..5
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 16 6 الشكل اختبارات تأثير استعادة الموجة األرضية عند التردد MHz 3 100 (db(μv/m)) Field strength (db( m V/m)) شدة اجملال 60 40 Slough Newhaven Dieppe England Sea France 20 0 50 100 150 200 250 املسافة من املرسل (km) قياسات البحر: قياسات (km) البحر: Distance from transmitter املنحىن النظري: املنحىن النظري: Theorical curve: Sea measurements: Sea measurements: قياسات برية فقط الرب only فقط Land الرب and sea والبحر Land خارجي Land measurements باجتاه داخلي باجتاهoutward run inward run Theorical curve: Ground Wave Prop. 06 وهذا التأثي غي متوقع لدرجة أنه قد يلزم إثبات التأثي جمددا لألجيال اجلديدة من املهندسني. وترد تأكيدات أخرى لتأثي االستعادة يف املرجعني [12] و[ 14 ] اللذين يظهران تأثي االستعادة فوق مسي من الرب إىل البحر مع توافق حسن يف املقارنة بني تنبؤات االنتشار والقياسات عند الرتددات الواقعة يف النطاق من 100 إىل.kHz 2 000 ويظهر املرجع [9] تأثي استعادة مماثال حني حيدث انتقال يف مسي االنتشار من غابة إىل حقل مفتوح عند الرتدد.MHz 10 ويظهر املرجع [32] تأثيات االستعادة فوق مسيات من األرض إىل املاء عل القياسات اليت جترى يف نطاق الرتدد من 285 إىل.kHz 325 ويظهر الشكل 7 نتائج اختبار أكثر تعقيدا عند الرتدد عل MHz 3,9 مسي بري-حب ي-ر بري-حب ير يف حبر البلطيق.[33]
كE 17 القسم 3 الشكل 7 اختبارات تأثير استعادة الموجة األرضية عبر بحر البلطيق Test of the ground wave recovery effect across the Baltic Sea 120 شدة اجملال Field strength (db( V/m)) m (db(μv/m)) 100 60 40 20 0 20 Land Land Sea Sea 2 3 4 5 6 7 8 10 20 30 40 50 60 100 200 300 400 500 600 0 1 000 املسافة (km) Distance (km) Ground Wave Prop. 07 2.7 طريقة ملنغتون للمسيرات المختلطة يتمثل إجراء ملنغتون ملسي بري-حبري-بري عل سبيل املثال يف اتباع منحىن شدة جمال املوجة األرضية يف اجلزء الربي األويل. وعند احلدود الساحلية يكون املنحىن فوق البحر متالئما مع القيمة فوق الرب يف ذلك املوقع. ومن مث ي تابع منحىن البحر إىل الساحل التايل وتتم مالءمة املنحىن املناسب فوق الرب عند تلك املسافة. ويتابع منحىن الرب إىل املسافة املطلوبة. يعطي ذلك القيمة املتوسطة األوىل. بعد ذلك جيري تبادل موقعي املرسل واملستقبل وي كرر اإلجراء للمسي العكسي إلعطاء قيمة متوسطة ثانية. وعندئذ يتم احلصول عل التنبؤ املطلوب بواسطة استخراج املتوسط اهلندسي للقيمتني املتوسطتني لشدة اجملال )أو املتوسط احلسايب حني يعرب عن شدة اجملال بالديسيبل(. ميكن إجراء هذه العملية باستخدام إجراء بياين بسيط إذاكانت املنحنيات مرسومة مبقياس خطي للمسافات أو بواسطة برنامج حاسويب بسيط. :ITU-R P.368 ويرد أيضا وصف لإلجراء يف امللحق 2 من التوصية الخطوة 1- بالنسبة لرتدد معني يتم اختيار املنحىن املناسب للجزء S 1 وتسجل قيمة اجملال ) 1 E 1 d) بوحدات db(mv/m) عند املسافة.L 1 بعد ذلك يستخدم املنحىن املتعلق باجلزء S 2 إلجياد اجملالني ) 1 E 2 (L و( E 2 (L 1 L 2 وعل حنو مماثل وهكذا دواليك. يستخدم املنحىن املتعلق باجلزء إلجياد اجملالني ) 2 L و( L 3 E 3 (L 1 L 2 E 3 (L 1 S 3 الخطوة 2- تعر ف شدة اجملال املستقب ل عندئذكما يلي: (22) E R E 1 ( L 1 ) E 2 ( L 1 ) E 2 ( L 1 L 2 ) E 3 ( L 1 L 2 ) E 3 ( L 1 L 2 L 3 ) T R الخطوة 3- بعد ذلك يعكس اإلجراء وبتسمية املرسل وT املستقبل حنصل عل ما يلي: اجملال (23) E T E 3 ( L 3 ) E 2 ( L 3 ) E 2 ( L 3 L 2 ) E 1 ( L 3 L 2 ) E 1 ( L 3 L 2 L 1 )
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 18 4- الخطوة يعرب عن اجملال املطلوب باملعادلة أدناه: (24) MF ER ET m / EM R db V m 2 3.7 تقدير قيمة تمثيلية للتوصيلية من أجل مسيرات مختلطة في النطاق كما أ شي إليه أعاله من الراجح أن يشكل تقدير توصيلية األرض اجلزء األكثر غموضا من عملية التنبؤ وحيثما ينطبق ذلك قد ال يوجد ما يربر تنفيذ إجراء التنبؤ بشأن املسي املختلط الوارد أعاله للمسيات فوق الرب حني ال تبدي التوصيلية تغيا بالغا. ويف حاالتكهذه ميكن استخدام طريقة تنبؤ تستند إىل قيمة متثيلية لتوصيلية اجلزء الربي الكامل من املسي. ويؤكد املرجعان [32] و[ 13 ] هذا االفرتاض بالنسبة لنطاق الرتددات املنخفضة (LF) قرب الرتدد.kHz 300 وتؤكد املراجع [12] و[ 14 ] و[ 9 ] هذا االفرتاض بالنسبة لنطاقي الرتددات املنخفضة (LF) واملتوسطة.(MF) ويؤيد املرجع [1] هذا االفرتاض بالنسبة لنطاق الرتددات العالية.(HF) وتعر ف التوصيلية املثق لة بأهنا متوسط قيم التوصيلية عل امتداد املسي بعد تثقيلها بطولكل جزء من أجزاء التوصيلية: حيث متثل (25) weighted ( ms / m) i di i di i σ i 8 خمتلف قيم التوصيلية عل امتداد املسي وi d أطوال أجزاء املسي اليت تكون قيمة التوصيلية فوقها ثابتة. والتوصيلية املثقلة هي قيمة متثيلية لتوصيلية املسي ميكن استخدامها يف إجراء التنبؤ. وهي توفر نتائج جيدة لتقدير سويات شدة اجملال عل مسيات خمتلطة برية بالكامل. ويف حالة املسيات املختلطة الربية-البحرية-الربية ينبغي استخدام التوصيلية املثقلة لألجزاء الربية فقط ومن مث تطبيق طريقة ملينغتون. حالة البحر مت حبث التوصيلية الفعالة ملياه البحر يف القسم 6 بالنسبة للبحار اهلادئة. غي أن أمواج البحر اليت تسبب اضطرابا يف السطح تؤدي إىل خسائر إضافية بسبب تشتت الطاقة وابتعادها عن منط املوجة السطحية. وتعترب النظرية اليت وضعها باريك Barrick) (D.E. [34] [35] إحدى النظريات الواسعة االستخدام النتشار املوجات األرضية الديكامرتية (HF) فوق حبر هائج. وهذه الطريقة سهلة االندماج مع الطريقة املتعلقة بشدة جمال املوجة األرضية لألرض املنتظمة. وقد بني باريك إمكانية وضع منوذج للتأثيات النامجة عن سطح هائج قليال من خالل االستعاضة عن معاوقة السطح املنتظم مبعاوقة السطح الفعالة اليت تعتمد عل خشونة السطح. وتقوم نظرية باريك عل ثالثة افرتاضات: i) أن يكون ارتفاع السطح فوق مستوى متوسط صغيا مقارنة بطول املوجة الراديوية (ii أن تكون احندارات السطح صغية (iii أن يكون الوسط املوجود حتت السطح موصال للغاية. وتستوىف هذه الشروط يف حالة انتشار املوجات الديكامرتية (HF) فوق البحر. ويتم اإلخالل هبا يف حالة املوجات الراديوية املييامرتية (VHF) فوق حبار مضطربة باعتدال ويفكال النطاقني فيما يتعلق باالنتشار فوق الرب. وترد يف الشكل 8 أمثلة عل اخلسارات النامجة عن حالة البحر عند الرتدد MHz 10 بالنسبة لنموذج فيليب (Phillip) [16] املتعلق بطيف املوجات البحرية. وعموما تزداد اخلسارة مع طول املسي وحالة البحر والرتدد الراديوي. ويظهر هذا الشكل ظاهرة تتعلق باخلصائص: فعند مسافات تصل إىل km 100 من الساحل ولكنها تتجاوز املدى الذي حيدث فيه تأثي االستعادة تكون شدة اجملال فوق حبر مائج بشكل طفيف أكرب منها فوق حبر هادئ. ويتضح ذلك يف الشكل 8 بالنسبة حلالة البحر 2. وقد لوحظت زيادة مبقدار 1,5 مرة إىل مرتني بالنسبة لطول موجة قدره [28]. m 295
19 القسم 3 8 الشكل الخسارة بحسب حالة البحر عند التردد MHz 10 2 0 Added Lss loss with respect to a smooth sea, L (db) ss 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Sea state 2 سرعة الرياح 10 knot 10 wind عقدة Sea state 1 5 knot 5 wind حالة البحر 1 سرعة الرياح عقدة 6 حالةstate البحر Sea 6 سرعة الرياح 30 knot 30 wind عقدة حالة البحر 5 سرعة الرياح عقدة MHz 10 MHz 10 Sea state 4 20 knot 20wind Sea state 5 25 knot 25wind حالة البحر 4 سرعة الرياح عقدة Sea 3 state البحر حالة 3 سرعة الرياح 15 knot 15wind عقدة حالة البحر 2 اخلسارة املضافة بالنسبة لبحر هادئ (db) 24 26 10 20 30 50 100 200 300 500 1 000 Range (km) Ground Wave Prop. 08 (km) املدي 9 البيئات الريفية يعتمد متوسط سوية شدة اجملال يف البيئة الريفية عل اخلواص الكهربائية لألرض والرتدد واملسافة إىل املرسل والتغيات الواسعة النطاق النامجة عن التضاريس غي املنتظمة القريبة من موقع املستقبمل. وقد ورد شرحكل هذه اجلوانب يف الفصول السابقة. ويف األوضاع العملية السائدة يف البيئات الفعلية وحىت يف احلاالت اليت تكون فيها املسافات بني املواقع أصغر بكثي من املسافة إىل املرسل فإن ظروف االستقبال ال تكون واحدة بسبب وجود تغيات حملية يف التضاريس واألشجار والغطاء النبايت واملباين واهلياكل اليت يصنعها اإلنسان واألسالك اهلوائية وحنو ذلك. ففي الكثي من البيئات املفتوحة ظاهريا يتبع االختالف يف سويات اإلشارة يف مواقع جماورة توزيعا لوغاريتميا عاديا يبلغ متوسط احنرافه املعياري قرابة 4-2.dB وقد درس فوروتسو التأثي. [37] (Furutsu) احلالة اخلاصة لالنتشار عرب حواف اجلرف. وعرض بييلو [38] (Pielou) مثاال عل هذا 10 البيئات الحضرية 1.10 1.1.10 تأثير المناطق الحضرية المكتظة بالعمران مقدمة km 20 إلى 0,1 مثة العديد من التطبيقات اليت ميكن فيها استخدام الرتددات الراديوية يف النطاق MF عل مسافات قصية )مثل تنظيم الشبكات اإلذاعية احلضرية واملناطقية وتطوير خدمات املرافق وحنو ذلك(. وبالتايل ال بد من معرفة خصائص اجملال يف النطاق MF عند مسافات ترتاوح من بضع عشرات من األمتار وحىت عشرات الكيلومرتات. ومع ذلك فإن توزيع وتوهني الرتددات املتوسطة يف مناطق املدن عند مسافات أصغر من طول املوجة مل خيضعا للدراسة الكافية.
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 20 وقد أجريت دراسات لسلوك شدة اجملال الكهرمغنطيسي البعيد يف منطقة يف املدينة عل سبيل املثال من قبل كوزبروك [22].[39] (Chernov) الفقرة )2.10 وتشينوف )انظر (Causebrook) ففي حالة اجملال القريب تزداد شدة اجملال بشكل حاد يف املدى القصي ويكون معدل التغيي بالنسبة للمكونة الكهربائية خمتلفا عن ذلك الذي للمكونة املغنطيسية. وتعتمد املكونة اليت تشهد أكرب قدر من التزايد عل نوع هوائي اإلرسال. وبوجه خاص عل مقربة من هوائي جمال كهربائي )مثال أحادي قطب عمودي( ال يوجد يف النهاية سوى املكونة الكهربائية النامجة عن التيار الذي مير يف اهلوائي. وعند املسافات القصية تتناقص شدة اجملال أوال مثل اخلصوصيات يف حالة املباين احلضرية. R مث مثل 3 R 2 ومثل 1 R عند مسافة بعيدة. وتتخلل هذه القواعد بعض ويتمثل االفرتاض األويل كما أكدته الدراسات التمهيدية يف أن التوهني الذي تتعرض له املوجات يف مناطق املباين احلضرية يكون أعل من التوهني يف األرض املنتظمة. وإذاكانت هذه الزيادة ملحوظة ميكن أن يعررب عن التوهني بصيغة بسيطة. 2.1.10 موجز النظرية )انظر على سبيل المثال تكتب املكونة الكهربائية املشعاع عل النحو التايل: [28] و[ 60 ]) Е el واملكونة املغنطيسية Н el لشدة اجملال الناجم عن مشعاع كهربائي أويل يف اجتاه متعامد مع حمور (26) E el = ( ijklz 0 4π ) (exp(ikr) R ) (1 + 1 ikr 1 k 2 R 2) (27) H el = ( ijkl (ikr) ) (exp ) (1 + 1 ) 4π R ikr وعل حنو مماثل ميكن كتابة املكونة املغنطيسية Н m واملكونة الكهربائية Е m ملشعاع مغنطيسي عل النحو التايل: (28) E m = ( ikjl ) 4π (exp( ikr) R ) (1 + 1 ikr ) (29) H m = ( 1kJl ) ( exp( ikr) ) (1 + 1 ( 1 4πZ 0 R ikr k 2 R 2)) حيث متثل J التيار يف املشعاع وl طول املشعاع و 0 Z املقاومة املوجية للفضاء احلر (π120 Ω) و 2π/λ k. = ويشي الدليالن السفليان و" m " "el" إىل املشعاع الكهربائي واملشعاع املغنطيسي عل التوايل. يف حالة اجملال القريب حيث R k/1 ميكن تقريب الكمية exp (-ikr) إىل الوحدة حبيث يصبح لدينا: (30) (31) E el = JlZ / (i4πr 3 0 ) H el= Jl / (4πR 2 ) (32) E m = Jl / (4πR 2 ) ويالحظ من هذه العبارات أن شدة اجملال بالقرب من املشعاع تزداد بشكل حاد وأن معدل الزيادة للمكونة الكهربائية خمتلف عن ذلك اخلاص باملكونة املغنطيسية. ويكون تزايد النسبة Е el/н el يف اجملال القريب متناسبا عكسيا مع املسافة: (33) Е el/н el = W / (ir) ويالحظ من املعادالت (26) إىل (29) أن شدة اجملال يف منطقة اجملال القريب تتناقص مثل 3 R مث مثل 2 R البعيدة.كما أن املكونتني املغنطيسية والكهربائية يف اجملال القريب تكونان منفصلتني من حيث الطور بقيمة يكون اجملال مفاعليا وغي مشع وذلك ألن متجه بوينتنغ (Poynting) يكون مساويا للصفر تقريبا. مث مثل 1 R يف املنطقة 90 درجة تقريبا حبيث
21 القسم 3 ويف الكثي من النصوص األساسية املتعلقة بالديناميات الكهربائية واهلوائيات )انظر عل سبيل املثال [40]( ال جيري حتليلكامل ملنطقة اجملال القريب كما ال يرد شرح لطريقة نشوء اجملال البعيد. ومع ذلك وللغرض احلايل يعترب حتليل اجملال القريب أساسيا. ومن أجل هذا الغرض ميكن تقريب احلد exp(-ikr) عند املسافات القصية لتصبح قيمته (1-ikR) وبالتايل تصبح املعادلتان (26) و( 27 )كما يلي: (34) (35) E el = ( ijklz 0 ) ( 1 4πR k 2 R2 ikr) H el = ( ijkl 4πR ) ( 1 ikr ikr) يتبني من هاتني العبارتني أن معامل متجه بوينتنغ Н] el*е el] = П يتألف من قسمني. األول وهو اجلزء التخيلي П (kjl/4π) 2 Z k)/0 3 R 5 im والثاين وهو اجلزء احلقيقي الذي يساوي حاصل ضرب اجلزء احلقيقي للمكونة املغنطيسية )حيث ) يكون من الواضح أن احلد األول بني القوسني الثانيني أكثر أمهية من احلد الثاين( باجلزء احلقيقي للمكونة الكهربائية. وتتناقص املكونة املغنطيسية للمتجه مثل R/1 2 فيما تظل املكونة الكهربائية ثابتة. ويكون حاصل الضرب: (36) П (kjl/4π) 2 Z 0/R 2 Re وهكذا فإن معدل تناقصكثافة القدرة بالقرب من هوائي اإلرسال يكون مماثال لذلك الذي للمنطقة البعيدة والذي يتم احلصول عل املعادلة (36) عل أساس املعادلتني (26) و( 27 ) عندما تكون قيمة R كبية [36]. بكلمات أخرى إن اجلزء احلقيقي لكثافة القدرة اليت يشعها هوائي اجملال الكهربائي يتغي مع املسافة يف املناطق القريبة واملتوسطة والبعيدة مثل R/1 2 - ما يقابل القانون العادي للتمدد الكروي. واألمر املميز أن النسبة بني املكونة التخيلية واملكونة احلقيقية تزداد بالقرب من املشعاع: (37) П im/п = 1/ k 3 R 3 Re وعند املوجات اهلكتومرتية إىل m 300 حيث ترتاوح (MF) تكون املنطقة القريبة حمدودة مبسافات أصغر من k/1. وبالتايل فبالنسبة ألطوال املوجات من من 31 إىل m 48 تكون املنطقة القريبة حبدود 10 أمتار. 200 1/k أما يف املنطقة البعيدة وعند املوجات اهلكتومرتية حيث: اليت تتجاوز (MF) m 500-300 فإنكثافة اجملال تعط باملعادلة: (38) Е = (300 P 1/2 /R) V mv/m :P :R القدرة املشعة بوحدات kw (39) = i( R/l) [( 1)/( ) 2 ], = i 60l :ρ املسافة.km ويتوقف معامل التوهني V عل معلم واحد هو حيث: :l : : :σ وبالنسبة ألطوال املوجات يف املدى لدينا: وفيما يتعلق باألرض املنخفضة التوصيلية طول املوجة m نفاذية العازل املعقدة اجلزء احلقيقي للنفاذية توصيلية األرض بوحدات.S/m )MHz 1,0-1,5( m 300-200 وللتوصيليات يف املدى σ وحىت 3 10 من S/m 10 2 = i 60 ( 200 10 3 300 10 2) = i (12 1). ميكن جتاهل احلد األول يف املعادلة (39) حبيث 10 5 R/(6l 2 ), يكون: يكون
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 22 R حيث بالكيلومرتات وλ باألمتار وσ بوحدات.mS/m وبناء عل ذلك إذاكان لدينا ms/m 1 = σ وλ يكون معامل التوهني تقريبا وبالنسبة للقيم الكبية للمعامل ρ يكون للمعادلة حيث (40) = 200 m وR = 1 و 10 km وρ = 1,31 و 13,1 V = (2 + 0,3ρ) / (2 + ρ + 0,6ρ 2 ) (40) تبعية تقارب ρ/1 ويكون عامل التوهني متناسبا مع.R -1 وبالتايل ففي احلالة اليت تكون فيها توصيلية األرض منخفضة وترددات التشغيل مرتفعة تتغي تبعية شدة اجملال للمسافة بشكل طفيف من R/1 (26) إىل R/1 2 عند مسافات تزيد عل km 1 تقريبا. عند هذه املسافات ومع أخذ املعادلتني (38) و( 40 ) يف االعتبار يصبح لدينا: (41) Е = 300 P 1/2 6l 2 /(10 5 R 2 ) = 5730 P 1/2 l 2 /R 2 µv/m.ms/m بوحدات وσ باألمتار وλ بالكيلومرتات وR kw بوحدات P ومن املهم مالحظة أن R/1 2 كما أشي إليه يف [41] هي من الناحية النظرية املعدل األسرع الخنفاض شدة اجملال مع املسافة من املرسل يف األوضاع احلضرية املتجانسة وعل مسافات ميكن ضمنها اعتبار سطح األرض منبسطا. وتعر ف العبارة التبعية احملد دة حبيث أنه ضمن إطار االفرتاضات أعاله يتوقع استحالة حدوث اخنفاض أكثر حدة مع املسافة يف أي حال من األحوال. وباستخدام هذا النهج استخلص تشينوف مشرتكا يناسب مجيع املسافات اعتبارا من عشرات األمتار: [41] حال (42) E (R) = 74,72 33,36R 10,47R 2 1,25R 3 +367R 4 +077R 5, db (µv/m), حيث.R = lg (R, km) وتظهر هذه التبعية يف الشكل 9 الشكل.9 150 125 100 E (db) 75 50 25 0 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 Lg (R, km) Ground Wave Prop. 09 3.1.10 نتائج القياسات من أجل تقدير اخلطأ يف هذا املنحىن )الشكل 9( وتقدير توهني اإلشارات يف النطاق MF عند مسافات قريبة من املرسل باستخدام مقياس شدة اجملال مع هوائي حلقي مص فح أجريت قياسات عل مسافات من املرسل تصل إىل m 1 000 يف خمتلف األوضاع احلضرية [41] [61].[63]
23 القسم 3 وترد يف الشكل 10 البيانات املقيسة لشدة اجملال والتبعية النظرية.[41] 10 الشكل 160 140 120 E (db) 100 60 2 1.5 1 0.5 0 0.5 L = Lg (R, km) Ground Wave Prop. 10 يالحظ من الشكل أن البيانات املقيسة تنسجم بشكل مر ض مع املنحىن احملسوب. ومن املهم اإلشارة إىل أن البيانات التجريبية جمم عة معا دون حذف أي منها حىت وإن جرت القياسات داخل املباين. وهناك بعض االستثناءات اليت حتصل للقياسات اليت جت رى يف املصاعد حيث يصل التوهني اإلضايف الناجم عن اجلدران املعدنية إىل.dB 40 وتظهر هذه النتائج يف الشكل بقدرة مشعة قدرها 11 مرفقة بتلك اليت مت احلصول عليها قبل ذلك يف مدينة ما عل مسافات ترتاوح من 0,5 إىل km 30.[41] kw 5 11 الشكل 200 175 150 E (db) 125 100 75 50 10 m 100 m 1 km 10 km 2 1 0 1 Lg (R, km) Ground Wave Prop. 11 وأظهرت هذه البحوث أنه عند مسافات تزيد عل m 500 تبدأ تأثيات اخلسارة اخلاصة باملناطق احلضرية بالظهور ويكون انتشار املوجات اهلكتومرتية (MF) يف املناطق احلضرية املبنية مماثال لذلك اخلاص باألرض ذات التوصيلية الضعيفة.mS/m 1 = σ وأجريت سلسلة أخرى من القياسات للمرسالت املوجودة يف مدينة ما بأطوال مسيات ترتاوح من 0,5 ترتاوح بني khz 702 و 539.kHz 1 ويرد أدناه مثاالن عل توزيع سويات شدة اجملال عل امتداد اخلطوط. ترددات وعل إىل km 26
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 24 وتوخيا لزيادة كمية البيانات يرد يف الشكل 12 جتميع لنتائج قياسات شدة اجملال اخلاصة بثالثة م رسالت برتددات قريبة من الطرف السفلي لنطاق اإلذاعة باملوجات اهلكتومرتية (MF) ويرد يف الشكل 13 جتميع لنتائج القياسات اخلاصة بأربعة مرسالت تقع عل مقربة من الطرف العلوي للنطاق. وتبلغ قدرةكل مرسل من املرسالت.kW 5 ويظهر يف هذين الشكلني أن منحىن قانون الرتبيع العكسي يتناسب مع القياسات بشكل جيد. وباإلضافة إىل النتائج الواردة أعاله املتعلقة باملرسالت املوجودة داخل املدينة أجريتكذلك حبوث عل مرسالت قائمة يف الضواحي وتبعد عن املرسل من 12-10 km وحىت حوايل عشرات الكيلومرتات وذلك عل امتداد فرتة أربعة أيام. وأجريت قياسات شدة اجملال بواسطة مركبة متنقلة للقياس يف مدينة موسكو واملنطقة احمليطة هبا. ومع ذلك فإن املواقع اليت وقع االختيار عليها ألغراض التحليلكانت حمصورة يف مسيات متر عرب وسط املدينة )انظر الشكل 14(. 12 الشكل 120 110 1/ R 2 702, 738, 792 khz 100 Е ( db ) 90 70 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 R ( km) Ground Wave Prop. 12 13 الشكل 120 110 963, 1116, 1152, 1206 khz 100 1/ R 2 90 Е ( db ) 70 60 50 40 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 R ( km) Ground Wave Prop. 13
25 القسم 3 14 الشكل احلدود border البلدية Municipal للمدينة Transmitter املرسل Sector of meas ur ements موسكو قطاع القياسات MOSCOW Receiving locations حدود املناطق املبنية مواقع االستقبال Built-up areas border Ground Wave Prop. 14 يقدم الشكالن 15 و 16 أمثلة عل النتائج اخلاصة بأحد املرسالت املوجودة يف الضواحي عند ترددين خمتلفني. 15 الشكل 100 Е ( db ) 90 549 khz khz 539 70 60 Municipal border 20 30 40 50 60 70 R ( km) Ground Wave Prop. 15 احلدود البلدية للمدينة وباإلضافة إىل النتائج اليت مت احلصول عليها عند الرتددات املتوسطة ال بد من اإلشارة إىل العمل املماثل [42] الذي خصص لبحوث مماثلة يف نطاق الرتددات العالية.(HF) وقد أظهر ذلك أنه عل مسافات من املرسل تصل إىل 700-100 m تكون شدة اجملال عمليا متناسبة مع R/1 يف حني أنه عند مسافات 10-0,7 km تصبح القاعدة أقرب إىل R/1. 2 وترد يف [39] تفاصيل إضافية للقياسات يف منطقة موسكو.
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 26 16 الشكل 1233 khz KHz 1233 70 Е ( db ) 60 50 40 احلدود البلدية للمدينة Municipal border 20 30 40 50 60 70 R ( km) Ground Wave Prop. 16 المسافات التي تتجاوز km 25 2.10 يف أعقاب إدخال اإلذاعة باملوجات اهلكتومرتية (MF) يف العشرينيات من القرن املاضي أجريت استقصاءات يف التغيات احلاصلة يف اإلشارة املستقب لة. ولوحظت تأثيات توصيلية األرض وارتفاع التضاريس وعدم انتظامها واحلجب الناجم عن املباين وحنو ذلك والتأثيات الليلية للموجات السماوية األيونوسفيية اليتكانت غي معروفة آنذاك وال سيما تزايد معدل التوهني مع املسافة يف مناطق املدن [43] [44] [45] [46]. ومبجرد فهم املبادئ العامة النتشار املوجات األرضية يف نطاق الرتددات املتوسطة (MF) ثبت أن التنبؤات بالتغطية اإلمجالية املستندة إىل االنتشار فوق أرض منتظمة ذات توصيلية مناسبة كافية جدا يف معظم احلاالت بالنسبة لعمليات اإلرسال عالية القدرة اليت تغطي مزجيا من البيئات الريفية واحلضرية. ومع ذلك فإن جتدد االهتمام يف زيادة البث اإلذاعي احمللي املوجه بشكل رئيسي للبلدات واملدن وضواحيها أظهر عدم مالئمة هذه الطرائق يف مناطق املدن. وسوف تزداد أمهية ذلك بالنسبة لإلذاعة الرقمية حيث توجد حدود أكثر حساسية بني االستقبال املرضي والقصور عندما تكون نسب اإلشارة إىل الضوضاء منخفضة. وقد قام باون وزمالؤه al) (Bown et [44] بتحديد تأثي املباين واهلياكل األخرى اليت حتتوي عل عناصر عمودية واألشجار فعلل التأثي من الناحية املتعلقة بالدارات الطنانة يف اهلياكل العمودية. ويف وقت الحق أجرىكوزبروك [47] دراسات عل امتداد مدينة لندن وأعد شرحا للتأثيات املالحظة يف املناطقة املكتظة باملباين. وأجريت القياسات عل ثالثة ترددات وبزاويتني للسمت عرب لندن انظر الشكل 17.
27 القسم 3 17 الشكل مسيرات القياس عبر لندن Potters Bar Brookmans Park Tx N London Thames Sutton Croydon 181 Reigate 169 Crawley East Grinstead Key منطقة شبه ريفية Semi-rural: h 10 @ P C1 @ Suburban low density: h @ 10 B @ 02 Urban medium density: h @ 15 B @ 04 City centres: High density h @ 25 B @ 05 10 0 10 miles 10 0 10 km Ground Wave Prop. 17 ويظهر الشكل 18 القياسات اليت أجراها كوزبروك يف لندن بزاوية مست قدرها 169 درجة. وتبني أن شدة اجملال بالقرب من املرسل ال تتناقص عل النحو املتوقع عل مجيع الرتددات الثالثة ولكن حيدث عندئذ تناقص سريع إىل احلد األدىن يليه استعادة. وقد نظر يف تعديل املعاوقة السطحية النامجة عن هيكل شبيه حبقل من "املسامي املوصلة". وقام بدراسة السطح املعقد للدالة ρ )انظر املعادلة (18)( ووضع رمسا بيانيا للتوهني من النمط A )انظر املعادلة (17)( والطور كما هو مبني يف الشكل 19. 18 ضاحية منخفضة الكثافة منطقة حضرية متوسطة الكثافة وسط املدينة: كثافة مرتفعة الشكل املفتاح قياسات على ثالثة ترددات عبر لندن 84 76 72 68 20 log Hr ma 64 60 56 52 48 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 km Ground Wave Prop. 18
كتيب عن انتشار املوجات األرضية 28 وأظهر أن االنتشار يف األرض املنتظمة ومعظم البيئات الريفية يكمن يف النصف األسفل من الشكل 11 حيث يكون للكفاف شكل منتظم. ومع ذلك فإن النتائج اخلاصة بالبيئة احلضرية املكتظة تقع يف النصف األعل من الشكل حيث حيدث تغي غي عادي للتوهني مبا يف ذلك نقطة صفرية. واقرتحت طريقة للحساب مت فيها تقطيع املسي إىل أجزاء ذات توصيليات ومعامل سطحية خمتلفة وتضمنت معلمات الرتفاع اهلياكل اليت يصنعها اإلنسان وللجزء من املساحة اليت تغطيها املباين. ومل يتم تطوير هذه الطريقة بعد أو اختبارها عل نطاق واسع كأداة للتنبؤ. ومثة هنج آخر ملعاجلة هذه املسألة طرحه ل يو (Luo) [48]. وحتدد هذه الطريقة جمموعة من مكونات اخلسارة بالنسبة لطول املسي واالنعكاس واالنعراج واالنكسار حول املباين وما إىل ذلك. 19 الشكل السطح المعقد للدالة ρ 120 140 160 ±1 160 140 120 100 60 40 20 0 20 40 60 100 120 140 160 ±1 160 140 120 100 60 40 1 0 6 2 2 6 14 10 18 22 24 26 28 30 28 26 اجلزء التخيلي 10 8 6 4 2 0 2 IMAG. p E (db) من شدة اجملال = ρ 4 Е ( db ) 6 8 10 0 2 4 6 8 10 12 Ground Wave Prop. 19 اجلزء p احلقيقي Realمن ρ