Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 6 · RADIO WAVE PROPAGATION

Attenuation of the ground wave field over the highly inductive "ice - salt water" structure

M.G. Dembelov1, Y.B. Bashkuev1, S.N. Balkhaev1

1 Institute of physical materials science SB RAS, Ulan-Ude, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.6.4 UDC 538.566 EDN REVYBF

Abstract

The ground wave field above a highly inductive surface in the form of a two-layer medium «ice - salt water» is considered. The calculated graphs of strong variations in the modulus and additional phase of the ground wave field attenuation function are shown depending on the numerical distance, when at a fixed modulus value, the surface impedance phase varies from -30 to -89 degrees. The attenuation function is calculated using the Sommerfeld formulas for a flat Earth surface. The measured values of the attenuation function modulus obtained on the ice of Lake Solenoye in 2009 and 2024, when the ground wave field propagation conditions were significantly different, are presented. The attenuation function calculations based on the measured values of the resistivity and relative permittivity of salt water and ice thickness, as well as the selected values of the resistivity and relative permittivity for the ice of Lake Solenoye, represent a model of the measurements carried out depending on the distance from the transmitter. The performed modeling of the attenuation function modulus made it possible to estimate the electrical properties of ice.

  • ground wave field
  • attenuation function
  • highly inductive surface impedance
  • "ice - salt water" structure
Аннотация (на русском)

Ослабление поля земной волны над сильноиндуктивной структурой "лед - соленая вода"

Рассматривается поле земной волны над сильноиндуктивной поверхностью в виде двухслойной среды «лед - соленая вода». Показаны рассчитанные графики сильных вариаций модуля и дополнительной фазы функции ослабления поля земной волны в зависимости от численного расстояния, когда при фиксированном значении модуля фаза поверхностного импеданса изменяется от -30 до -89 градусов. Расчеты функции ослабления выполняются по формулам Зоммерфельда для плоской поверхности Земли. Представлены измеренные значения модуля функции ослабления, полученные на льду оз. Соленое в 2009 и 2024 гг., когда условия распространения поля земной волны имели существенные отличия. Расчеты функции ослабления по измеренным значениям удельного сопротивления и относительной диэлектрической проницаемости соленой воды и толщине льда, а также подобранных значений удельного сопротивления и относительной диэлектрической проницаемости для льда оз. Соленое представляют модель выполненных измерений в зависимости от расстояния от излучателя. Выполненные моделирования модуля функции ослабления позволили оценить электрические свойства льда.

For citation

Dembelov M.G., Bashkuev Y.B., Balkhaev S.N. Attenuation of the ground wave field over the highly inductive "ice - salt water" structure // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.6.4

References

  1. Sommerfeld A. Über die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie // Annalen der Physik. - 1926. - Т. 386. - №. 25. - С. 1135-1153.
  2. Weyl H. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen über einem ebenen Leiter // Annalen der Physik. - 1919. - Т. 365. - №. 21. - С. 481-500.
  3. Watson G.N. The diffraction of electric waves by the earth // Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character. - 1918. - Т. 95. - №. 666. - С. 83-99.
  4. Фок В.А. Дифракция радиоволн вокруг земной поверхности. - М: Изд-во АН СССР, 1946. 80 с.
  5. Norton K.A. The propagation of radio waves over the surface of the Earth and in the upper atmosphere // Proc. Inst. Radio Eng. - 1936. - Т. 24. - С. 1360-1378.
  6. Введенский Б.А. Основы теории распространения радиоволн. Распространение в однородной атмосфере. - М: Гостехтеоретиздат, 1934. 227 с.
  7. Bremmer H. Applications of operational calculus to ground-wave propagation, particularly for long waves //IRE Transactions on Antennas and Propagation. - 1958. - Т. 6. - №. 3. - С. 267-272.
  8. Щукин А.Н. Распространение радиоволн. - М: Союзиздат, 1940. 400 с.
  9. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение электромагнитных волн над земной поверхностью. - Наука, 1991. 196 с.
  10. Wait J.R. Electromagnetic waves in stratified media. - Pergamon Press, 1970.
  11. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. - АН СССР, 1961. 546 с.
  12. Башкуев Ю.Б., Хаптанов В.Б., Дембелов М.Г. Экспериментальное доказательство существования поверхностной электромагнитной волны // Письма в Журнал технической физики. - 2010. - Т. 36. - №. 3. - С. 88-95. https://doi.org/10.1134/S1063785010020136
  13. Башкуев Ю.Б., Дембелов М.Г., Хаптанов В.Б. Поверхностная электромагнитная волна над сильноиндуктивной средой "лед-соленая вода" // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. - 2021. - Т. 64. - № 8-9. - С. 611-615. https://doi.org/10.52452/00213462_2021_64_08_611
  14. Дембелов М.Г., Башкуев Ю.Б. Прогнозирование распространения длинных, средних и коротких радиоволн над импедансной структурой "лед-море" //Радиотехника и электроника. - 2024. - Т. 69. - № 6. - С. 541-546. https://doi.org/10.31857/S0033849424060052
  15. Макаров Г.И., Новиков В.В. Распространение электромагнитных волн над поверхностью с произвольным поверхностным импедансом // Проблемы дифракции и распространения волн. - Л: Изд-во ЛГУ, 1962. Вып. 1. - С. 95-115.
  16. Башкуев Ю.Б. Электрические свойства природных слоистых сред. - Изд-во СО РАН, 1996. 208 с.
  17. Пылаев А.А., Тамкун Л.Г., Трегубов А.Г. // XVII Межведомственный Семинар по распространению километровых и более длинных радиоволн. - 1991. - С. 64-65.
  18. Паундер Э. Физика льда. - М: Мир, 1968. 190 с.