ITU-R P 527-3 SPANISH-1992 Electrical Characteristics of the Surface of the Earth《地球表层的电特性》.pdf

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1、 Rec. UIT-R P.527-3 1 RECOMENDACIN UIT-R P.527-3*CARACTERSTICAS ELCTRICAS DE LA SUPERFICIE DE LA TIERRA (1978-1982-1990-1992) Rc. 527-3 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que la propagacin de las ondas de superficie depende principalmente de las propiedades elctricas del s

2、uelo, y que la medida en que los estratos inferiores del suelo influyen en los valores efectivos de las caractersticas elctricas de la Tierra depende de la profundidad de penetracin de la energa radioelctrica; b) que las caractersticas elctricas se pueden expresar por medio de tres parmetros: la per

3、meabilidad , la permitividad y la conductividad ; c) que la permeabilidad del suelo, , se puede considerar normalmente como igual a la permeabilidad en el vaco y que se necesitan valores de la permitividad relativa y de la conductividad en funcin de la frecuencia de los diferentes tipos de superfici

4、e; d) que es necesario conocer la profundidad de penetracin en funcin de la frecuencia, recomienda que se emplee la informacin indicada en el anexo 1 para el clculo de la intensidad de campo de la onda de superficie, en las frecuencias correspondientes y en las condiciones que se especifican. ANEXO

5、1 1. Introduccin En el presente anexo se indican los valores tpicos de las caractersticas elctricas de los diferentes tipos de superficie de la Tierra y se estudian los factores fsicos de los que dependen esas caractersticas. 2. Valores de permitividad y conductividad En la fig. 1 se muestran los va

6、lores tpicos de conductividad y permitividad para diferentes tipos de terrenos en funcin de la frecuencia. Estos valores, mencionados frecuentemente como valores intrnsecos, se refieren a estructuras de suelos subsuperficiales homogneas. Sin embargo, la estructura subsuperficial rara vez es homognea

7、, sino que est integrada ms bien por dos o ms capas de distinto espesor y diferentes conductividades y permitividades. Esta caracterstica se debe tomar en consideracin y para ello es conveniente introducir el concepto de parmetros efectivos. Este concepto permite utilizar las curvas de propagacin po

8、r onda de superficie sobre terreno liso homogneo que figuran en la Recomendacin UIT-R P.368. El suelo subsuperficial no homogneo se reemplaza por una estructura homognea equivalente cuyos parmetros son la conductividad efectiva y la permitividad efectiva. Se podrn determinar estos parmetros si se co

9、nocen los valores de los parmetros de cada capa. Los valores de la permitividad relativa (constante dielctrica) y de la conductividad mostrados en la fig. 1 para diferentes tipos de suelo indican la gama aproximada de valores que pueden encontrarse en diversas condiciones, pero en casos extremos pue

10、den encontrarse valores no comprendidos en dicha gama. En regiones frtiles muy hmedas se darn valores ms altos, en tanto que en regiones montaosas y rticas, la conductividad, a frecuencias inferiores a 100 MHz, puede ser de tan slo 105 S/m. En casos de suelos recubiertos de nieve pueden hallarse val

11、ores de permitividad inferiores a los mostrados en la curva E de la fig. 1. La conductividad del agua de los lagos y ros aumenta con la concentracin de impurezas. _ *La Comisin de Estudio 3 de Radiocomunicaciones efectu modificaciones de redaccin en esta Recomendacin en 2000 de conformidad con la Re

12、solucin UIT-R 44. 2 Rec. UIT-R P.527-3 D01-scFIGURA 1 D01 = PAGE PLEINE Rec. UIT-R P.527-3 3 3. Penetracin y dispersin de las ondas 3.1 El grado en que las capas inferiores influyen en las caractersticas elctricas efectivas depende de la profundidad de penetracin de la energa radioelctrica, , que se

13、 define como la profundidad a la cual la onda queda atenuada a 1/e ( 37%) de su valor en la superficie. En la fig. 2 se muestra la profundidad de penetracin en funcin de la frecuencia para diferentes tipos de terrenos y aguas. 3.2 Si la profundidad de penetracin, , es menor que el espesor de la capa

14、, los estratos subyacentes tienen escasa influencia. Si es mucho mayor que el espesor de la capa superior, la propagacin viene determinada por las caractersticas elctricas de los estratos inferiores. La fig. 2 muestra que en las frecuencias ms bajas, exceptuado el caso del agua de mar, hay que tener

15、 en cuenta los estratos de hasta 100 m de profundidad o ms. Este hecho tiene especial importancia cuando la conductividad de los estratos superiores es ms baja y la energa puede, por tanto, penetrar ms fcilmente en las capas inferiores. Tales casos se dan, por ejemplo, en regiones lacustres y ocenic

16、as cubiertas de hielo. 3.3 La energa radioelctrica recibida en un punto no se propaga nicamente por el trayecto directo desde el transmisor, sino tambin por un gran nmero de trayectos indirectos distribuidos a cada lado del mismo. Por tanto, es necesario tener en cuenta las caractersticas elctricas,

17、 no slo en el propio trayecto, sino tambin en la zona cubierta por la dispersin lateral de la onda. No se pueden establecer lmites definidos para esta zona, pero se ha sugerido que se trata de hecho de la primera zona de semionda Fresnel. D02-scFIGURA 2 D02 = 12 cm 4 Rec. UIT-R P.527-3 4. Mar 4.1 Ag

18、ua de mar La conductividad elctrica del agua de mar es funcin del contenido de sal (salinidad) y de la temperatura. En frecuencias por debajo de 1 GHz su valor viene dado por la expresin: = 0,18 C 0,931 + 0,02 (T 20)mmmmmmS/m (1) donde C es el contenido de sal en partes por mil y T es la temperatura

19、 en grados Celsius. A 20C se utiliza 5 S/m como valor medio mundial. En algunas zonas del Mar Bltico se han observado valores inferiores a 1 S/m. En el Mar Rojo la conductividad puede ser superior a 6 S/m. La permitividad del agua del mar es tambin funcin de la salinidad y de la temperatura. Se util

20、iza a menudo un valor de 80 para la permitividad relativa del agua de mar a 20C, aunque el valor real a baja frecuencia es de 70 aproximadamente. Sin embargo, en frecuencias inferiores a unos 100 MHz, res mucho menor que 60 , y se pueden utilizar ambos valores para calcular los factores de propagaci

21、n de la onda de superficie sobre el mar, sin diferencias mensurables en los resultados. 4.2 Hielo de mar El hielo de mar es una sustancia compleja cuyas caractersticas elctricas varan en un amplio margen en funcin de la temperatura y de la edad del hielo. En la fig. 3 se muestra la gama de valores d

22、e esas caractersticas elctricas y las profundidades de penetracin para frecuencias entre 0,1 y 30 MHz. Por encima de 30 MHz aproximadamente, las caractersticas elctricas del hielo de mar se aproximan asintticamente a las caractersticas del hielo de agua dulce. 5. Factores que determinan las caracter

23、sticas elctricas efectivas Los valores efectivos de las constantes del suelo vienen determinados, no slo por la naturaleza del suelo, sino tambin por su contenido de humedad y su temperatura, por la frecuencia, por la estructura geolgica general del terreno y por la profundidad de penetracin efectiv

24、a y la dispersin lateral de las ondas. 5.1 Naturaleza del suelo Si bien se ha establecido, en numerosas mediciones, que los valores de las caractersticas elctricas varan con la naturaleza del suelo, parece probable que esta variacin se deba no tanto a la composicin qumica del suelo, como a su capaci

25、dad para absorber y retener la humedad. Se ha demostrado que la greda, que normalmente tiene una conductividad del orden de 102S/m, puede llegar a tener una conductividad de 104S/m, que es del mismo orden que la del granito. 5.2 Contenido de humedad El contenido de humedad del suelo es probablemente

26、 el factor que ms determina sus constantes elctricas. Se ha demostrado en mediciones de laboratorio que, a medida que aumenta el contenido de humedad a partir de un valor bajo, los valores aumentan, alcanzando rpidamente el punto mximo al aproximarse el contenido de humedad a los valores normales de

27、l suelo de que se trata. A profundidades de 1 m, la humedad del suelo en un lugar determinado parece ser sustancialmente constante todo el ao y, si bien puede aumentar durante la lluvia, el drenaje del suelo y la evaporacin superficial hacen que la humedad vuelva pronto a su valor normal luego de ce

28、sar la lluvia. Sin embargo, el contenido de humedad de un suelo puede variar considerablemente de un lugar a otro, ya que las diferencias en la formacin geolgica general hacen que haya un mejor drenaje en un sitio que en otro. Rec. UIT-R P.527-3 5 D03-scFIGURA 3 D03 = 14,5cm 5.3 Temperatura Las medi

29、ciones en laboratorio de las caractersticas elctricas del suelo han demostrado que, a bajas frecuencias, el coeficiente de temperatura de la conductividad es del orden del 3% por grado Celsius, mientras que el correspondiente a la permitividad es despreciable. En el punto de congelacin se produce ge

30、neralmente una gran disminucin tanto de la permitividad como de la conductividad. Aunque estas variaciones son apreciables, se debe tener en cuenta que la gama de variacin de la temperatura durante el ao disminuye rpidamente con la profundidad, de manera tal que los efectos de la temperatura pueden

31、ser importantes slo en frecuencias elevadas, para las cuales la penetracin de las ondas es pequea, o cuando la tierra est helada hasta una profundidad considerable. 5.4 Variacin estacional El efecto de la variacin estacional sobre la prdida de propagacin de la onda de superficie depende de la relaci

32、n entre la profundidad del suelo que acusa cambios estacionales y la profundidad de penetracin. Todo efecto estacional de este tipo depender de la frecuencia. 5.5 Absorcin de energa por objetos en la superficie Si bien los objetos situados en la superficie no tienen una influencia directa sobre las caractersticas elctricas del suelo, pueden contribuir en forma apreciable a la atenuacin de las ondas de superficie. Por tanto, en los clculos de propagacin se pueden tener en cuenta los efectos de esas prdidas de energa utilizando valores adecuadamente modificados de las caractersticas elctricas.