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

1、 Rec. UIT-R P.527-3 1 RECOMMANDATION UIT-R P.527-3*CARACTRISTIQUES LECTRIQUES DU SOL (1978-1982-1990-1992) Rec 527-3 LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la propagation de londe de sol dpend surtout des caractristiques lectriques du sol et que la mesure dans laquelle les couc

2、hes infrieures influent sur les valeurs des caractristiques lectriques du sol dpend de la profondeur laquelle pntre lnergie radiolectrique; b) que les caractristiques lectriques peuvent tre reprsentes par trois paramtres: la permabilit , la permittivit et la conductivit ; c) que lon peut normalement

3、 considrer que la permabilit du sol est gale la permabilit du vide et que lon a besoin de valeurs de la permittivit relative et de la conductivit en fonction de la frquence pour diffrents types de sol; d) que lon a besoin de connatre la profondeur de pntration en fonction de la frquence, recommande

4、que les renseignements de lAnnexe 1 soient utiliss pour calculer le champ de londe de sol aux frquences considres et dans les conditions indiques. ANNEXE 1 1. Introduction La prsente Annexe donne les valeurs types des caractristiques lectriques pour diffrents types de sol et examine les facteurs phy

5、siques dont dpendent ces caractristiques. 2. Valeurs de permittivit et de conductivit La Fig. 1 donne les valeurs reprsentatives de conductivit et de permittivit pour diffrents types de sol, en fonction de la frquence. Ces valeurs, souvent qualifies de valeurs intrinsques, se rapportent une structur

6、e homogne du sous-sol. Toutefois, la structure du sous-sol est rarement homogne; elle se compose plutt de deux ou de plusieurs couches dpaisseurs diffrentes, ayant des conductivits et des permittivits diffrentes. Cest un fait dont il faut tenir compte, ce que lon peut faire en introduisant la notion

7、 de paramtres quivalents. Cette notion permet dappliquer les courbes de propagation de londe de sol pour une terre lisse et homogne de la Recommandation UIT-R P.368, en remplaant le sous-sol htrogne par une structure homogne quivalente dont les paramtres sont la conductivit et la permittivit quivale

8、ntes. Il est possible de dterminer ces paramtres si lon connat la valeur des paramtres pour chaque couche. Les valeurs de la permittivit relative (constante dilectrique) et de la conductivit donnes par la Fig. 1 pour divers types de sol indiquent la gamme approximative de valeurs que lon peut observ

9、er dans diverses conditions; cependant, dans des situations extrmes, on peut observer des valeurs se situant en dehors de cette gamme. Dans les zones fertiles trs humides, on relve des valeurs de conductivit beaucoup plus fortes, alors que, dans les rgions montagneuses ou arctiques, la conductivit p

10、eut descendre 105S/m aux frquences infrieures 100 MHz. Quand le sol est recouvert de neige, on peut trouver des valeurs de permittivit plusbasses que celles quindique la courbe E de la Fig. 1. La conductivit des lacs et des rivires augmente avec la teneur de leau en impurets. _ *La Commission dtudes

11、 3 des radiocommunications a apport des modifications rdactionnelles cette Recommandation en 2000 conformment aux dispositions de la Rsolution UIT-R 44. 2 Rec. UIT-R P.527-3 D01-scFIGURE 1 D01 = PAGE PLEINE Rec. UIT-R P.527-3 3 3. Pntration et talement des ondes 3.1 La mesure dans laquelle les couch

12、es profondes du sol influent sur la valeur de ses caractristiques lectriques dpend de la profondeur de pntration de lnergie radiolectrique, , que lon dfinit comme celle laquelle lintensit de londe est affaiblie dans le rapport 1/e (soit 37%) de la valeur quelle avait la surface. La Fig. 2 indique la

13、 profondeur de pntration en fonction de la frquence pour diffrents types de sol et deau. 3.2 Si la profondeur de pntration est infrieure lpaisseur de la couche, les couches sous-jacentes ont peu dinfluence. Si au contraire la profondeur de pntration est trs suprieure lpaisseur de la couche superfici

14、elle, la propagation dpend des constantes du sol des couches infrieures. Aux frquences basses, sauf pour leau de mer, il y a lieu, comme le montre la Fig. 2, de tenir compte des couches dune profondeur de 100 m, sinon davantage. Cela est dune importance particulire lorsque les couches suprieures ont

15、 la conductivit la plus faible et que lnergie peut donc pntrer plus facilement aux niveaux infrieurs. De tels cas se prsentent, par exemple, pour les lacs et zones ocaniques recouverts de glace. 3.3 Lnergie radiolectrique reue en un point donn ne se propage pas uniquement le long du trajet qui relie

16、 directement ce point lmetteur, mais galement sur un grand nombre de trajets indirects rpartis de part et dautre du prcdent. Il faut donc considrer les caractristiques lectriques, non seulement le long du trajet direct lui-mme, mais aussi dans tout le domaine o se produit ltalement latral des ondes.

17、 Il nest pas possible dassigner des limites prcises ce domaine; on a cependant mis lhypothse quil concide, en fait, avec la premire zone de Fresnel. D02-scFIGURE 2 D02 = 12 cm 4 Rec. UIT-R P.527-3 4. Mer 4.1 Eau de mer La conductivit lectrique de leau de mer est fonction de la teneur en sel (salinit

18、) et de la temprature. Aux frquences infrieures 1 GHz, sa valeur est donne par lexpression: = 0,18 C 0,931 + 0,02 (T 20)mmmmmmS/m (1) o C est la teneur en sel en millimes et T la temprature en degrs Celsius. A 20 C, on utilise une valeur de 5 S/m comme valeur moyenne lchelle mondiale. Dans certaines

19、 zones de la mer Baltique, on a observ des valeurs infrieures 1 S/m. Dans la mer Rouge, la conductivit peut dpasser 6 S/m. La permittivit de leau de mer est galement fonction de la salinit et de la temprature. On a souvent utilis une valeur de 80 pour exprimer la permittivit relative de leau de mer

20、20 C, bien que la valeur relle basses frquences soit denviron 70. Toutefois, aux frquences infrieures 100 MHz environ, rest bien infrieur 60 . On peut alors utiliser lune ou lautre valeur pour calculer les facteurs de propagation de londe de sol au-dessus de la mer sans noter de diffrences mesurable

21、s dans les rsultats. 4.2 Glace deau de mer La glace deau de mer est une substance complexe dont les caractristiques lectriques varient fortement selon la temprature et lge de la glace. La gamme de valeurs de ces caractristiques lectriques et des profondeurs de pntration est reprsente la Fig. 3 pour

22、les frquences comprises entre 0,1 et 30 MHz. Au-dessus de 30 MHz, les caractristiques lectriques de la glace deau de mer se rapprochent asymptotiquement de celles de la glace deau douce. 5. Facteurs influant sur les caractristiques lectriques quivalentes La valeur quivalente des constantes du sol dp

23、end, non seulement de la nature du sol, mais aussi de sa teneur en humidit et de sa temprature; les autres facteurs qui interviennent sont la frquence, la formation gologique gnrale du terrain, ainsi que la profondeur quivalente de pntration et ltalement latral des ondes. 5.1 Nature du sol De nombre

24、uses mesures ont permis dtablir que la valeur des caractristiques lectriques varie avec la nature du sol; il semble cependant probable que cette variation est due, moins la composition chimique du sol qu ses proprits dabsorption et de rtention de lhumidit. La conductivit de largile est normalement d

25、e lordre de 102S/m; or, on a pu montrer que, pour largile sche, la conductivit peut descendre jusqu 104S/m, cest-dire une valeur du mme ordre que celle du granit. 5.2 Teneur en humidit La teneur du sol en humidit est probablement le paramtre qui influe le plus sur la valeur de ses constantes lectriq

26、ues. Des mesures effectues en laboratoire ont montr que, si lon fait crotre la teneur en humidit partir dune valeur faible, les valeurs augmentent rapidement et deviennent maximales pour des teneurs en humidit voisines de celles quon rencontre normalement dans les sols rels correspondants. Il semble

27、 que, en un lieu donn, lhumidit du sol reste trs sensiblement constante toute lanne des profondeurs gales ou suprieures 1 m; il peut y avoir une augmentation de cette humidit pendant les chutes de pluie, mais, une fois que la pluie a cess, lcoulement des eaux ainsi que lvaporation en surface ont tt

28、fait de la ramener sa valeur normale. Toutefois, un mme sol peut prsenter des variations dhumidit considrables dun lieu un autre, par suite de diffrences entre les formations gologiques gnrales, auxquelles correspond un coulement plus ou moins rapide des eaux. Rec. UIT-R P.527-3 5 D03-scFIGURE 3 D03

29、 = 14,5cm 5.3 Temprature Des mesures de laboratoire portant sur les caractristiques lectriques du sol ont montr que, aux basses frquences, le coefficient de temprature de la conductivit est de lordre de 3% par degr Celsius; tandis quil est ngligeable dans le cas de la permittivit. Au point de congla

30、tion de leau, on observe gnralement une substantielle diminution de la valeur de la permittivit comme de la conductivit. Bien que les variations dont il sagit soient apprciables, il convient de se rappeler que la temprature varie annuellement entre des limites de plus en plus serres lorsque la profo

31、ndeur augmente, aussi est-il vraisemblable que la temprature na une influence notable quaux frquences leves, pour lesquelles la pntration des ondes est faible. 5.4 Variations saisonnires Leffet des variations saisonnires sur laffaiblissement de propagation de londe de sol dpend du rapport entre la p

32、rofondeur du sol laquelle se manifestent de telles variations et la profondeur de pntration. Un tel effet dpend toujours de la frquence. 5.5 Absorption de lnergie par des objets la surface de la Terre Les objets se trouvant la surface de la Terre ninfluent pas directement sur la valeur des caractristiques lectriques du sol lui-mme, mais ils peuvent participer dans une mesure importante laffaiblissement des ondes de sol; on peut tenir compte de ces pertes dnergie en utilisant, dans les calculs de propagation, des valeurs des caractristiques lectriques modifies de faon approprie.