Rádióhullámok terjedése rossz hullámvezető közegben

A rádióhullámok gyakorlati alkalmazása során sokszor előfordul, hogy a terjedés nyomvonala nem ideális közegben történik. A gyakorlatban rossz hullámvezető közegnek számítanak az épületek, erdők, vagy bármilyen tereptárgy, ami a terjedés útvonalára esik. Nagyobb frekvenciákon a köd, eső is jelentős hatást gyakorol a terjedésre.

Olyan alkalmazásokban, ahol az átvitel a talaj vagy a víz szintje alatt történik, ott elengedhetetlen a rossz hullámvezető közegben való terjedés folyamata.

A rossz hullámvezető közeg definíciója

A rosszul vezető közegek két paraméterrel jellemezhetőek:

• ε: dielektromos tényező (F/m)
• σ: fajlagos ellenállás (S/m)

Az rosszul vezető közegben a terjedés során a rádióhullámok energiája elnyelődik, az elnyelődés során örvényáramok lépnek fel a közegben. Kétféle örvényáramot különböztetünk meg, eltolási és vezetési áramot. Az eltolási és vezetési áramok áramsűrűségének aránya a következőképp írható fel:

${\frac {J_{elt}}{J_{vez}}}={\frac {2\pi \epsilon \epsilon _{0}}{\lambda \sigma }}={\frac {\epsilon }{60\lambda \sigma }}$

A rossz hullámvezető közegben történő terjedés leírásáhaz az álábbi két tényező használható:

$n={\sqrt {{\frac {1}{2}}{\biggl (}\epsilon +{\sqrt {\epsilon ^{2}+(60\lambda \sigma )^{2}}}{\biggr )}}}$

$p={\sqrt {{\frac {1}{2}}{\biggl (}-\epsilon +{\sqrt {\epsilon ^{2}+(60\lambda \sigma )^{2}}}{\biggr )}}}$

Terjedés rossz hullámvezető közegben

A rosszul vezető közegben való terjedés során megtartja merőleges struktúráját

A rosszul vezető közegben elnyelés lép fel. Az elnyelés annál nagyobb, minél jobb elektromos vezetéssel rendelkezik a közeg. Ha J_vez>>J_elt, akkor a csillapítás a következő egyszerűsített alakkal írható fel:

$\delta =2\pi {\sqrt {\frac {30\sigma }{\lambda }}}={\frac {\omega }{c}}p$

tehát az elnyelés növekszik a közeg fajlagos vezetésének növekedésével és a hullámhossz csökkenésével.

Rosszul vezető közegben a terjedési sebesség

$v={\frac {c}{n}}$

Rosszul vezető közegben a terjedés során az elektromos és a mágneses tér között időben

$\phi _{V}=arctg{\frac {p}{n}}$

térben pedig

$\phi _{T}=\lambda _{B}\phi _{V}$

fázistolás lép fel.

A rosszul vezető közegben a hullámhossz mindig kisebb, mint vákuumban, vagy levegőben:

$\lambda _{B}={\frac {\lambda }{n}}$

Mivel az n értéke frekvenciafüggő, így a terjedési sebesség is frekvenciafüggő. Az ilyen közegeket diszpergáló közegnek is nevezzük. A jel diszpergáló közegben való terjedését a jelalak torzulása is kíséri. A hullám energiájának terjedése ettől eltérő, úgynevezett csoportsebességgel megy végbe:

$v_{cs}={\frac {c}{n+{\frac {n}{\omega }}}}$