موجة أرضية

الموجة الأرضية هي نمط من أنماط انتشار الموجات الراديوية ، وتتكون من تيارات تنتقل عبر الأرض . تنتشر الموجات الأرضية موازيةً لسطح الأرض ومجاورةً له، وهي قادرة على قطع مسافات طويلة بانعراجها حول انحناء الأرض. يُعرف هذا الإشعاع أيضًا بموجة نورتون السطحية ، أو بشكل أدق موجة نورتون الأرضية ، لأن الموجات الأرضية في انتشار الموجات الراديوية لا تقتصر على السطح. وتختلف الموجة الأرضية عن الانتشار المباشر الذي لا يتطلب وسطًا، وعن الموجة السماوية التي تنتقل عبر طبقة الأيونوسفير.

تُعدّ الموجة الأرضية مهمة لإشارات الراديو التي تقل تردداتها عن 30 ميجاهرتز، ولكنها تُصبح ضئيلة الأهمية عمومًا عند الترددات الأعلى حيث يسود الانتشار عبر خط البصر. وتستفيد منها أنظمة البث الإذاعي بتقنية AM والموجات الطويلة ، وأنظمة الملاحة مثل LORAN ، وإشارات التوقيت منخفضة التردد ، والمنارات غير الاتجاهية ، والاتصالات قصيرة المدى بتقنية HF . ويعتمد المدى على التردد وموصلية الأرض ، حيث تسمح الترددات المنخفضة وموصلية الأرض العالية بمسافات أطول. ^{[ 1 ]}

تنتقل الموجات الراديوية منخفضة التردد ، التي تقل عن 3  ميجاهرتز، بكفاءة عالية كموجات أرضية. ونظرًا لزيادة الفقد مع التردد، فإن الإرسال عالي التردد  بين 3 و30 ميجاهرتز يكون له مدى أقل للموجات الأرضية، وتصبح الموجات الأرضية غير مهمة فوق 30  ميجاهرتز. ^{[ 1 ]} تؤثر موصلية السطح على انتشار الموجات الأرضية، حيث توفر الأسطح عالية الموصلية، مثل مياه البحر، أفضل انتشار، بينما يكون أداء الأرض الجافة والجليد هو الأسوأ. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

مع ازدياد المسافة، تنتشر الموجات الأرضية وفقًا لقانون التربيع العكسي . يؤدي عدم كمال موصلية الأرض إلى ميل الموجات للأمام، مما يُبدد الطاقة في الأرض. ^{[ 3 ]} تسمح الأطوال الموجية الطويلة لهذه الإشارات بانعراجها فوق الأفق، لكن هذا يؤدي إلى مزيد من الفقد. تميل قوة الإشارة إلى الانخفاض أُسّيًا مع المسافة بمجرد أن يصبح انحناء الأرض كبيرًا. فوق حوالي 10 كيلوهرتز، يُساعد الانكسار الجوي على انحناء الموجات نحو الأسفل. ^{[ 1 ]} تنتقل الموجات المستقطبة رأسيًا فقط بشكل جيد؛ أما الإشارات المستقطبة أفقيًا فتُضعف بشدة.

تتمتع إشارات الموجات الأرضية بمناعة نسبية ضد التلاشي ، لكن التغيرات في سطح الأرض قد تُسبب تباينًا في قوة الإشارة. يكون التوهين فوق اليابسة في أدنى مستوياته خلال فصل الشتاء في المناطق ذات المناخ المعتدل ، ويزداد فوق الماء عندما تكون البحار مضطربة. كما تُساهم التلال والجبال والمناطق الحضرية والغابات في خلق مناطق ذات قوة إشارة منخفضة. ^{[ 1 ]} يتفاوت عمق اختراق الموجات الأرضية، حيث يصل إلى عشرات الأمتار عند الترددات المتوسطة فوق الأرض الجافة، ويزداد أكثر عند الترددات المنخفضة. لذا، تتطلب تنبؤات الانتشار معرفة الخصائص الكهربائية للطبقات تحت السطحية، والتي يُمكن قياسها على أفضل وجه من خلال توهين الموجات الأرضية. ^{[ 1 ]}

تعتمد معظم الاتصالات اللاسلكية منخفضة التردد على انتشار الموجات الأرضية. كما تُعدّ الموجات الأرضية الوسيلة الأساسية للاتصالات متوسطة التردد خلال النهار عندما تكون الموجات السماوية غائبة، ويمكن استخدامها أيضًا عند الترددات العالية في نطاقات قصيرة. تشمل استخداماتها إشارات الملاحة، وإشارات التوقيت منخفضة التردد، والراديو طويل الموجة، وراديو AM. تُتيح الفعالية المتزايدة للموجات الأرضية عند الترددات المنخفضة لمحطات راديو AM تغطية أوسع في الطرف الأدنى من النطاق. قد يستخدم رادار النطاق البعيد عالي التردد الموجات الأرضية في نطاقات متوسطة، بينما يستخدم الموجات السماوية في نطاقات أطول. تستخدم الاتصالات العسكرية في نطاق الترددات المنخفضة جدًا والمنخفضة الموجات الأرضية، وخاصةً للوصول إلى السفن والغواصات، حيث تخترق الموجات الأرضية ذات الأطوال الموجية الطويلة هذه أعماقًا كبيرة تحت سطح البحر. ^{[ 1 ]}

في تطور الراديو ، استُخدمت الموجات الأرضية على نطاق واسع. اعتمدت خدمات الراديو التجارية والمهنية المبكرة بشكل حصري على الموجات الطويلة والترددات المنخفضة وانتشار الموجات الأرضية. ولمنع التداخل مع هذه الخدمات، اقتصرت أجهزة الإرسال للهواة والهواة على الترددات العالية (HF)، التي اعتُبرت غير مجدية نظرًا لمحدودية مداها في نطاق الموجات الأرضية. ومع اكتشاف أنماط الانتشار الأخرى الممكنة في ترددات الموجات المتوسطة والقصيرة ، برزت مزايا الترددات العالية للأغراض التجارية والعسكرية. واقتصرت تجارب الهواة حينها على الترددات المصرح بها فقط ضمن هذا النطاق.

في ثلاثينيات القرن العشرين، كان ألفريد نورتون أول من وصف الموجات الأرضية رياضياً بدقة، حيث اشتق معادلة لشدة المجال فوق أرض مسطحة. ونشر فان دير بول وبريمر حسابات لأرض كروية بين عامي 1937 و1939. وركزت الأعمال اللاحقة على المسارات ذات الموصلية المتغيرة، وتأثيرات التضاريس والأجسام على الأرض، والنمذجة الحاسوبية. ^{[ 1 ]}

تنعكس الموجات المتوسطة والقصيرة عن طبقة الأيونوسفير ليلاً، فيما يُعرف بالموجات السماوية. خلال ساعات النهار، تتشكل الطبقة D السفلى من الأيونوسفير وتمتص طاقة الترددات المنخفضة. هذا يمنع انتشار الموجات السماوية بكفاءة عالية على ترددات الموجات المتوسطة خلال ساعات النهار. ليلاً، عندما تتلاشى الطبقة D، تنتقل الموجات المتوسطة بشكل أفضل عبر الموجات السماوية. لا تشمل الموجات الأرضية موجات الأيونوسفير والتروبوسفير .

• الموجة الجانبية