地上波

地上波は、地球を伝わる電流で構成される電波伝搬モードです。地上波は地球の表面に平行に、また地球の表面に隣接して伝搬し、地球の曲率の周りを回折することで長距離をカバーすることができます。この放射はノートン表面波、またはより正確にはノートン地上波とも呼ばれます。これは、電波伝搬における地上波が表面に限定されないためです。地上波は、媒体を必要としない見通し内伝搬や電離層を介した 上空波とは対照的です。

地上波は30MHz以下の無線信号には重要ですが、見通し内伝播が支配的な高周波数では一般的に重要ではありません。AMおよび長波放送、LORANなどのナビゲーションシステム、低周波時刻信号、無指向性ビーコン、短距離HF通信はすべて地上波を利用しています。範囲は周波数と地面の導電率に依存し、周波数が低く地面の導電率が高いほど距離が長くなります。^[1]

3 MHz未満の低周波電波は、地上波として効率的に伝わります。周波数が高くなると損失が大きくなるため、 3～30 MHzの高周波伝送では地上波の範囲が狭くなり、30 MHzを超えると地上波は重要ではなくなります。^[1]表面の導電性は地上波の伝搬に影響し、海水などの導電性の高い表面では伝搬が最も良く、乾燥した地面や氷では伝搬が最も悪くなります。^{[1] [2]}

距離が増すにつれ、地上波は反二乗の法則に従って広がります。地面の不完全な導電性により波は前方に傾き、エネルギーが地面に散逸します。^[3]これらの信号の長い波長は地平線を越​​えて回折することを可能にしますが、これによりさらなる損失につながります。地球の曲率が大きくなると、信号強度は距離とともに指数関数的に低下する傾向があります。約10 kHzを超えると、大気の屈折により波が下向きに曲がります。^[1]垂直偏波のみがよく伝わり、水平偏波信号は大幅に減衰します。

地上波信号はフェーディングの影響を比較的受けにくいが、地盤の変化によって信号強度が変化することがある。陸上での減衰は、温帯気候の冬季に最も低く、海が荒れている海上では減衰が大きくなる。丘、山、都市部、森林は信号強度が低下する場所を作ることがある。^[1]地上波の浸透深度は様々で、乾燥した地面では中周波数で数十メートルに達し、低周波数ではさらに深く浸透する。したがって、伝播予測には地下層の電気的特性を知る必要があり、これは地上波の減衰から測定するのが最もよい。^[1]

低周波無線通信のほとんどは、地上波伝播を介して行われます。地上波は、空中波がない日中の中周波の主なモードであり、短距離では高周波で役立ちます。用途には、ナビゲーション信号、低周波の時刻信号、長波ラジオ、AMラジオなどがあります。低周波での地上波の有効性が高まるため、AMラジオ局は帯域の低端でより広い範囲をカバーできます。高周波の水平線超えレーダーは、中距離では地上波を使用し、長距離では空中波を使用します。超低周波および低周波範囲での軍事通信では、特に船舶や潜水艦に到達するために地上波を使用します。これは、これらの長波長の地上波が海面下をはるかに貫通するためです。^[1]

ラジオの発展において、地上波は広く使用されました。初期の商用およびプロフェッショナルなラジオ サービスは、長波、低周波、および地上波伝搬のみに依存していました。これらのサービスへの干渉を防ぐため、アマチュアおよび実験用の送信機は、地上波の範囲が限られているため役に立たないと考えられていた高周波 (HF) に制限されていました。中波および短波周波数で可能な他の伝搬モードが発見されると、商用および軍事目的での HF の利点が明らかになりました。その後、アマチュアの実験は、範囲内の許可された周波数のみに制限されました。

1930年代、アルフレッド・ノートンは、地上波を数学的に正確に記述し、平らな地球上の電界強度の方程式を導出した最初の著者でした。ファン・デル・ポルとブレマーは、1937年から1939年にかけて、球形の地球に対する計算を発表しました。その後の研究は、導電率が変化する経路、地形や地上の物体の影響、およびコンピューターモデリングに焦点が当てられました。^[1]

中波と短波は夜間に電離層で反射し、スカイウェーブと呼ばれます。日中は電離層の下部D 層が形成され、低周波エネルギーを吸収します。これにより、日中は中波周波数でのスカイウェーブの伝播があまり効果的ではありません。夜間に D 層が消散すると、中波の送信はスカイウェーブによってよりよく伝わります。地上波には電離層波と対流圏波は 含まれません。