基本介紹
- 中文名：表面波
- 外文名：表面波
- 分類：樂甫波
- 傳播方向：短軸平行
- 質點振幅：橢圓長軸軸徑的大小
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基本介紹
在物理學中，表面波是沿不同介質之間的界面傳播的機械波。 一個常見的例子是沿著液體表面的重力波，如海浪。 在具有不同密度的兩種流體之間的界面處，重力波也可能發生在液體內。 彈性表面波可以沿固體表面行進，如瑞利或愛波浪。電磁波也可以作為“表面波”傳播，因為它們可以沿著折射率梯度或沿著具有不同介電常數的兩種介質之間的界面被引導。 在無線電傳輸中，地面波是靠近地球表面傳播的導波。
機械波
在地震學中，遇到幾種類型的表面波。在這種機械意義上的表面波通常被稱為L波或瑞利波。地震波是通過地球的波浪，通常是地震或爆炸的結果。愛波具有橫向運動（運動垂直於行進方向，如光波），而瑞利波具有縱向（運動方向平行於行進方向，如聲波）和橫向運動。地震波由地震學家研究，並由地震儀或地震儀測量。表面波跨越寬的頻率範圍，最有害的波浪周期通常為10秒以上。表面波可以從最大的地震多次繞地球旅行。當P波和S波到達表面時，會產生表面波。
例子是在水和空氣（海洋表面波）的表面上的波浪，或與水或空氣接觸的沙子中的波紋。另一個例子是內波，可以沿著兩個不同密度的水質的界面傳播。
在聽覺生理理論中，Von Bekesy的行波（TW）是由基底膜進入耳蝸管的聲表面波而產生的。他的理論假裝解釋了由於這些被動機械現象而引起的聽覺的每一個特徵。但是Jozef Zwislocki和後來的David Kemp表明，這是不現實的，積極的反饋是必要的。
電磁波
地面波是指隨著地球曲率的平行於和鄰近地球表面的無線電波的傳播。這種輻射地面波被稱為諾頓表面波。其他類型的表面波是非輻射Zenneck表面波或Zenneck-Sommerfeld表面波，被捕獲的表面波和滑翔波。
無線電傳播
低於3 MHz的低頻無線電空間波作為地面波有效運行。在國際電聯的命名中，這包括：中頻（MF），低頻（LF），極低頻（VLF），超低頻（ULF），超低頻（SLF），極低頻（ELF）波浪。
地面傳播的作用是因為低頻波由於波長長而在障礙物周圍更強烈地衍射，從而使它們能夠跟隨地球的曲率。地球具有一個折射率，大氣有另一個折射率，從而構成支持導波傳播的界面。地面波在垂直極化中傳播，其磁場水平和電場（接近）垂直。使用VLF波，電離層和地球表面作為波導。
表面的電導率影響地面波的傳播，更多的導電錶面如海水提供更好的傳播。增加表面電導率會減少耗散[9]折射率受時空變化的影響。由於地面不是完美的電導體，地面波隨著地球表面而衰減。波前最初是垂直的，但作為有損電介質的地面會使波浪在行進時向前傾斜。這將一些能量引導到地球，在那裡它被消散，使信號指數下降。
大多數長距離LF“長波”無線電通信（30 kHz至300 kHz）是地面波傳播的結果。中波無線電傳輸（300 kHz至3000 kHz之間的頻率），包括AM廣播頻段，作為地面波，並且在夜間更長的距離作為天空。地面損耗在較低頻率下變低，大大增加了使用低頻帶的AM電台的覆蓋範圍。 VLF和LF頻率主要用於軍事通信，特別是船舶和潛艇。頻率越低，波浪穿越海水越好。 ELF波（3 kHz以下）甚至被用來與深潛潛艇進行通信。
地面波已被用於超視距雷達，其主要在海上的頻率範圍為2到20MHz之間，具有足夠高的導電性，可以將它們傳輸到合理的距離（距離達100公里或更遠）超視距雷達還以更大的距離使用天波傳播）。在無線電的發展中，地面波被廣泛使用。早期商業和專業無線電業務完全依賴於長波，低頻和地波傳播。為了防止對這些業務的干擾，業餘和實驗發射機被限制在高頻（HF），因為它們的地波範圍有限，感覺到沒有用。在發現中波和短波頻率的其他傳播模式時，商業和軍事目的的HF的優點變得明顯。業餘實驗僅限於範圍內的授權頻率。
中波和短波在夜間反射出電離層，這被稱為天波。在白天，電離層的較低D層形成並吸收較低的頻率能量。這樣可以防止天波傳播在白天在中波頻率上非常有效。在晚上，當D層消散時，中波傳輸通過天波更好地傳播。地面波不包括電離層和對流層波。
利用地球能力更有效地傳輸低頻的聲波傳播通過地面被稱為音頻地面波（AGW）。
微波場理論
在微波場理論中，電介質和導體的界面支持“表面波傳播”。已經研究了表面波作為傳輸線的一部分，並且一些可以被認為是單線傳輸線。
電氣表面波現象的特點和用途包括：
隨著與界面的距離，波的場分量減小。
電磁能不會從表面波場轉換成另一形式的能量（除了泄漏或有損的表面波），使得波不傳播垂直於界面的功率，即沿著該尺寸消逝。
在光纖傳輸中，ev逝波是表面波。
在同軸電纜中，除了TEM模式之外，還存在橫向磁（TM）模式，其在中心導體周圍的區域中作為表面波傳播。對於共同阻抗的同軸電纜，該模式被有效地抑制，但是在高阻抗同軸電纜和單箇中心導體上，沒有任何外部禁止，支持低衰減和非常寬頻傳播。在這種模式下的傳輸線操作稱為E線。
SPP
表面電漿激元（SPP）是沿著具有不同介電常數的介質之間的界面傳播的電磁表面波。在形成界面的材料之一的介電常數為負，而另一個為正的情況下存在，如空氣和低於電漿頻率的有損傳導介質之間的界面的情況。波平行於界面傳播，並以指數方式垂直衰減，稱為消逝。由於波在有損導體和第二介質的邊界上，所以這些振盪可能對邊界的變化敏感，例如導電錶面吸附分子。
索末菲
- Zenneck表面波
索末菲 - Zenneck表面波或Zenneck波是一種非輻射導向電磁波，由兩個具有不同介電常數的均勻介質之間的平面或球形界面支撐。 這個表面波平行於界面傳播，並以指數方式垂直衰減，稱為消逝。 它存在於形成界面的材料之一的介電常數為負，而另一個為正的條件下，例如低於電漿頻率的空氣和諸如地面傳輸線的有損耗的導電介質之間的界面。 由Arnold Sommerfeld和Jonathan Zenneck從有損地球的波浪傳播問題的原始分析出發，它作為麥克斯韋方程的確切解決方案存在。
分類
根據傳播介質厚度與波長的比值大小及質點振動方式和傳播速度的不同，表面波又分為：瑞利波、樂甫波。
瑞利波
它是當傳播介質的厚度大于波長時在一定條件下在半無限大固體介質上與氣體介質的交界面上產生的表面波，用R表示。瑞利波使固體表面質點產生的複合振動軌跡是繞其平衡位置的橢圓，橢圓的長軸垂直於波的傳播方向，短軸平行於傳播方向。
質點振幅的大小（即橢圓長軸軸徑的大小）與材料的彈性及瑞利波的傳播深度有關，其振動能量隨深度增加而迅速減弱。當瑞利波傳播的深度在接近一個波長時，質點的振幅已經很小了。
當瑞利波在傳播途中碰到棱邊時，若棱邊曲率半徑R大於5倍波長，表面波可不受阻攔的完全通過。當R逐漸變小時，部分表面波能量被棱邊反射；當R小於等於波長時，反射能量很大。在超音波探傷中利用這種反射特性來檢測工件表面和近表面的缺陷，以及用來測定表面裂紋深度等。
瑞利波樂甫波
是當傳播介質厚度小于波長時，在一定條件下產生的表面波，樂甫波發生在介質表面非常薄的一層內。質點平行於表面方向振動，波動傳播方向與質點振動方向相垂直，相當於固體介質表面傳播的橫波。
