خصائص انتشار الموجة الأرضية Ground Wave Propagation

يُعد انتشار الموجة الأرضية بشكل عام تقنية انتشار إشارة منخفضة التردد توضح مدى ملاءمتها لمدى التشغيل الصغير فيما يتعلق بالمسافة، حيث عادة ما يقع مدى تردد التشغيل في حالة انتشار الموجة الأرضية في النطاق من كيلو هيرتز إلى بضعة ميجاهيرتز، وبشكل عام حتى “2 ميجاهيرتز”.

ما هو انتشار الموجة الأرضية Ground Wave Propagation؟

انتشار الموجة الأرضية “Ground Wave Propagation”: هو نوع من انتشار الموجات الراديوية الذي يسمح بانتشار الموجات الراديوية في المنطقة الواقعة بين سطح الأرض والأيونوسفير، وفي هذا النوع من الانتشار، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية بالقرب من سطح الأرض، ويُعرف أيضاً باسم انتشار الموجة السطحية.

تنتشر الموجات على سطح الأرض بترددات منخفضة ومتوسطة، كما تُستخدم هذه بشكل أساسي للنقل بين سطح الأرض والأيونوسفير، حيث تتكون هذه من عدد الموجات المكونة، وسبب تسميتها بالموجة الأرضية هو أنّها مجموع الموجات التي تنعكس على سطح الأرض أو أي تلال، كما تتبع الموجات انحناء الأرض ممّا يمكنها من تغطية ما وراء الأفق، كما يتم حظر الموجات من خلال انحناء الأرض ويتم إنتاج الإشارات بواسطة موجة السطح المنعرجة.

ما هي الموجات الكهرومغناطيسية؟

تتولد الموجات الكهرومغناطيسية بسبب الاهتزازات في المجالين الكهربائي والمغناطيسي، حيث في الأساس تُعد الموجات الكهرومغناطيسية هي نوع الموجات التي تمتلك القدرة على الانتشار دون الحاجة إلى أي وسيط محدد للانتشار؛ لأنّها تنتشر في الفضاء الحر، كما تُعد موجات الراديووالأشعة فوق البنفسجيةوالأشعة السينية وموجات الميكروويف، أمثلة على الموجات الكهرومغناطيسية التي تختلف عن بعضها البعض بسبب نطاق تردد التشغيل.

تمتلك هذه الموجات القدرة على الانتشار بسرعة الضوء “أي حوال 3 * 10 ⁸ م / ث”، والميزة الأساسية التي تمتلكها الموجة الكهرومغناطيسية هي أنّ المجالين الكهربائي والمغناطيسي متعامدان بشكل متبادل مع اتجاه الانتشار، كما يوضح الشكل التالي توزيع الطول الموجي لمختلف الموجات الكهرومغناطيسية:

كما أنّ موجات الراديو تحمل أقل نطاق تردد بين الموجات الكهرومغناطيسية، وبالتالي يكون لها الطول الموجي الأعلى، وبالمثل فإنّ أشعة جاما هي موجات كهرومغناطيسية ذات نطاق تردد عالٍ، وبالتالي يكون لها أقل طول موجي بين الموجات الكهرومغناطيسية.

ما هو انتشار الموجة؟

يحدد انتشار الموجات الطريقة التي تنتقل بها الموجات من طرف إلى آخر، حيث في الأساس يُسمح بانتشار الموجات الكهرومغناطيسية من هوائي الإرسال إلى الاستقبال عبر قناة من الفضاء الحر، ولذلك يمكن إرسال موجات الراديو في الفضاء من طرف إلى آخر باستخدام أي من الطرق الثلاث:

• انتشار الموجة الأرضية.

• انتشار موجات السماء.

• انتشار الموجة الفضائية.

أساسيات انتشار الموجة الأرضية:

إنّه في انتشار الموجة الأرضية تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية من طرف إلى آخر عبر سطح الأرض عن طريق الانزلاق فوقها، كما أنّ انتشار الموجات الكهرومغناطيسية يأتي تحت اتصال لاسلكي، حيث يتم استخدام المسافة بين هوائي الإرسال والاستقبال لنشر الإشارة، لذلك يجب أن يحتوي الطرفان بالضرورة على هوائي إرسال واستقبال للسماح بانتشار الإشارة.

تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية من هوائي الإرسال ويتم جمعها بواسطة هوائي الاستقبال، لذلك من أجل انتشار الموجات الكهرومغناطيسية، يجب أن يكون العنصر الأخير في نهاية الإرسال هو هوائي الإرسال ويجب أن يكون العنصر الأول في الطرف المستقبل هو هوائي الاستقبال، ولذلك في انتشار الموجة الأرضية، يسمح الهوائيان، أي الإرسال والاستقبال الموضوعان في الأرض بانتشار الإشارة على شكل موجات كهرومغناطيسية عبر سطح الأرض.

كيفية انتشار الموجة الأرضية:

في الشكل السابق، يتضح أنّ هوائيين موضوعين على سطح الأرض، كما أنّ انتشار الموجة الأرضية يسمح بتشغيل لمسافات قصيرة، وبالتالي يجب ألّا يتواجد هوائيا الإرسال والاستقبال على مسافة كبيرة جدًا بالنسبة لبعضهما البعض، وبشكل أساسي عندما يتم إرسال الإشارة أو استقبالها من أو إلى الهوائي، فإنّ اتجاه الموجات يعتمد على اتجاه الهوائي على الأرض.

في انتشار الموجة الأرضية، يتم وضع الهوائيات رأسياً على الأرض، وبالتالي يكون اتجاه الموجات عمودياً أيضاً على الأرض، كما تتذبذب الموجات عند انبعاثها من هوائي الإرسال موازية لسطح الأرض، حيث أثناء النقل، عندما تتأرجح الموجة على سطح الأرض، فإنّ التذبذبات تؤدي إلى موجة متساوية في الحجم ولكن قطبية متقابلة على السطح، يتم تمثيل هذا في الشكل الموضح التالي:

كما يمكن أن تكون الموجة المستحثة هي عكس الطور مع الموجة الكهرومغناطيسية المرسلة بالفعل لذلك يتسبب هذا في تحييد الشحنات، وكذلك التي تؤدي بالتالي إلى تقليل حجم المجال مع المسافة كما أنّ الشحنات القطبية المعاكسة الموضوعة بالقرب من بعضها البعض تحيد بعضها البعض، بينما الشحنات المنفصلة على مسافة كبيرة لا يتم تحييدها، وبالتالي تنتشر على طول السطح، وبهذه الطريقة يتم جمع إشارة مخففة بواسطة هوائي الاستقبال.

كما يمكن قول نفس المبدأ بطريقة أنّ عدد الشحنات يختلف باختلاف شدة وموقع المجال وأنّ تدفق الشحنات يولد تياراً، حيث عندما يتدفق التيار عبر سطح الأرض، فإنّه يتصرف كمكثف متسرب، وهكذا أثناء التكاثر يتم امتصاص قدر من الطاقة مما يؤدي إلى إضعاف الموجة المنقولة، حيث تؤدي الطاقة التي يمتصها سطح الأرض إلى فقدان الطاقة بسبب المقاومة التي يوفرها السطح لتدفق الشحنات، وكجزء من الإشارة يتم توهينها أثناء الإرسال، وبالتالي فإنّ المسافة الأكبر ستكون التوهين.

لذلك فإنّ انتشار الموجة الأرضية مناسب فقط لمسافة انتشار قصيرة المدى، حيث هناك نقطة مهمة أخرى يجب مراعاتها في حالة انتشار الموجة الأرضية، وهي أنّها مناسبة لمدى التشغيل منخفض التردد عادةً من كيلو هيرتز قليلة إلى “2 ميجاهيرتز”.

كما يستخدم انتشار الموجة الأرضية للترددات المنخفضة فقط وليس للترددات الأعلى، لذا فإنّ السبب في ذلك هو الحصول على أقل توهين؛ لأنّ إشارة التردد العالي توهين بشكل أسرع، كما إنّ الموجة الكهرومغناطيسية تنتشر بسرعة الضوء في الفضاء الحر، وأيضاً فإنّ:

F = C / λ

كما يمكن أن يكون التردد والطول الموجي لهما علاقة عكسية مع بعضهما البعض، وبالتالي فإنّ التردد العالي سيكون الطول الموجي والعكس صحيح، كما أنّ زاوية الانحناء، تتناسب طردياً مع الطول الموجي “λ”، وبالتالي كلما زاد الطول الموجي سيكون الانحناء أكبر، ممّا يؤدي بالتالي إلى تقليل قدر التشويه في وجود عائق.

حيث أنّ الموجات منخفضة التردد ستمتلك زاوية انحناء أعلى وبالتالي توهين أقل، ولكن التوهين سيكون أعلى عندما يكون التردد مرتفعاً؛ لأنّ الطول الموجي في هذه الحالة يكون صغيراً، لذلك يمكن أن تكون الموجات ذات الطول الموجي الأكبر تنحني بشكل أكثر كفاءة، وبالتالي فإنّ انتشار الموجة الأرضية مناسب لعملية التردد المنخفض.

مزايا انتشار الموجة الأرضية:

• يدعم عامل الطول الموجي الكبير الانحناء الفعال ممّا يؤدي إلى تقليل التوهين.

• فقدان إشارة بسبب الظروف الجوية هي أقل.

عيوب انتشار الموجة الأرضية:

• المسافة بين الإرسال والطرف المتلقي يجب ألّا تكون كبيرة جداً.

• يقتصر نطاق تردد التشغيل تصل إلى “2 ميجاهيرتز”.

تطبيقات انتشار الموجة الأرضية:

يجد انتشار الموجة الأرضية تطبيقاته في مجالات مختلفة، مثل بث الإشارات التلفزيونية واكتشاف الهدف للأغراض العسكرية، وكذلك نقل الإشارات الراديوية وفي جميع هذه التطبيقات التي تتطلب مسافة تشغيل في النطاق المحلي.