در فیزیک ، موج سطحی یک موج مکانیکی است که در امتداد سطح مشترک بین رسانه های مختلف منتشر می شود. یک مثال رایج، امواج گرانشی در امتداد سطح مایعات، مانند امواج اقیانوس است. امواج گرانشی همچنین می توانند در مایعات، در حد فاصل بین دو سیال با چگالی متفاوت، رخ دهند. امواج سطحی الاستیک می توانند در امتداد سطح جامدات حرکت کنند، مانند امواج رایلی یا عشق . امواج الکترومغناطیسی همچنین میتوانند بهعنوان «امواج سطحی» منتشر شوند، زیرا میتوانند همراه با یک گرادیان ضریب شکست یا در امتداد رابط بین دو رسانه با ثابتهای دی الکتریک متفاوت هدایت شوند. در انتقال رادیویی ، موج زمینی یک موج هدایت شده است که در نزدیکی سطح زمین منتشر می شود . [1]
امواج مکانیکی
در زلزله شناسی با انواع مختلفی از امواج سطحی مواجه می شود. امواج سطحی، در این مفهوم مکانیکی، معمولاً به عنوان امواج عشق (امواج L) یا امواج ریلی شناخته می شوند . موج لرزه ای موجی است که در زمین حرکت می کند، اغلب در نتیجه یک زلزله یا انفجار. امواج عشق دارای حرکت عرضی هستند (حرکت عمود بر جهت حرکت است، مانند امواج نور)، در حالی که امواج رایلی دارای حرکت طولی (حرکت موازی با جهت حرکت، مانند امواج صوتی) و حرکت عرضی هستند. امواج لرزه ای توسط زلزله شناسان مطالعه و توسط لرزه نگار یا لرزه نگار اندازه گیری می شوند. امواج سطحی محدوده فرکانسی وسیعی را در بر می گیرند و دوره امواجی که بیشترین آسیب را دارند معمولاً 10 ثانیه یا بیشتر است. امواج سطحی می توانند چندین بار از بزرگترین زمین لرزه ها در سراسر جهان حرکت کنند. امواج سطحی زمانی ایجاد می شوند که امواج P و امواج S به سطح می آیند.
به عنوان مثال می توان به امواج در سطح آب و هوا ( امواج سطح اقیانوس ) اشاره کرد. مثال دیگر امواج داخلی است که می تواند در امتداد فصل مشترک دو توده آب با چگالی متفاوت منتقل شود.
در تئوری فیزیولوژی شنوایی ، موج سفر (TW) فون بیکسی ، از یک موج سطحی صوتی از غشای بازیلار به مجرای حلزون ناشی میشود . تئوری او به دلیل این پدیدههای مکانیکی غیرفعال، تمام ویژگیهای حس شنوایی را توضیح میداد. جوزف زویسلوکی و بعداً دیوید کمپ نشان دادند که این غیرواقعی است و بازخورد فعال ضروری است.
امواج الکترومغناطیسی
امواج زمینی امواج رادیویی هستندبه موازات و در مجاورت سطح زمین و به دنبال انحنای زمین منتشر می شوند . این موج تابشی زمینی به عنوان موج سطحی نورتون یا به عبارت بهتر موج زمینی نورتون شناخته می شود ، زیرا امواج زمینی در انتشار رادیویی به سطح محدود نمی شوند.
نوع دیگری از امواج سطحی ، موج سطحی Zenneck با حالت غیر تابشی یا موج سطحی Zenneck-Sommerfeld است . [2] [3] [4] [5] [6] زمین دارای یک ضریب انکسار و اتمسفر دارای ضریب انکسار دیگری است، بنابراین رابطی را تشکیل می دهد که از انتقال موج هدایت شونده Zenneck پشتیبانی می کند. انواع دیگر امواج سطحی موج سطحی به دام افتاده ، [7] موج سرخوردن و امواج سطحی دیاکونوف (DSW) هستند که در فصل مشترک مواد شفاف با تقارن های مختلف منتشر می شوند. [8] [9] [10] [11] جدای از اینها، انواع مختلفی از امواج سطحی برای طول موجهای نوری مورد مطالعه قرار گرفتهاند. [12]
انرژی الکترومغناطیسی از میدان موج سطحی به شکل دیگری از انرژی تبدیل نمیشود (به جز در امواج سطحی نشتی یا اتلافپذیر) [13] به طوری که موج توان عادی را به سطح مشترک منتقل نمیکند، یعنی در امتداد آن بعد ناپدید میشود. [14]
در کابل کواکسیال علاوه بر حالت TEM یک حالت مغناطیسی عرضی (TM) [15] نیز وجود دارد که به صورت موج سطحی در ناحیه اطراف هادی مرکزی منتشر می شود. برای کواکس با امپدانس مشترک، این حالت به طور موثر سرکوب می شود، اما در کواکس با امپدانس بالا و روی یک هادی مرکزی واحد بدون هیچ گونه سپر خارجی، میرایی کم و انتشار بسیار پهن باند پشتیبانی می شود. عملیات خط انتقال در این حالت E-Line نامیده می شود .
پلاریتون پلاسمون سطحی
پلاریتون پلاسمون سطحی (SPP) یک موج سطحی الکترومغناطیسی است که می تواند در امتداد رابط بین دو محیط با ثابت های دی الکتریک متفاوت حرکت کند. در شرایطی وجود دارد که گذردهی یکی از مواد [6] که رابط را تشکیل میدهند، منفی باشد، در حالی که دیگری مثبت باشد، همانطور که در مورد رابط بین هوا و یک محیط رسانای کمتر از فرکانس پلاسما وجود دارد . موج به موازات سطح مشترک منتشر می شود و به طور نمایی عمودی نسبت به آن فرو می ریزد، این ویژگی به نام evanescence. از آنجایی که موج روی مرز یک رسانای با اتلاف و یک محیط دوم قرار دارد، این نوسانها میتوانند به تغییرات مرزی حساس باشند، مانند جذب مولکولها توسط سطح رسانا. [16]
موج سطحی سامرفلد-زنک
موج زومرفلد-زنک یا موج زنک یک موج الکترومغناطیسی هدایت شونده غیر تابشی است که توسط یک رابط مسطح یا کروی بین دو محیط همگن با ثابت های دی الکتریک متفاوت پشتیبانی می شود. این موج سطحی به موازات سطح مشترک منتشر می شود و به طور نمایی عمودی نسبت به آن فرو می ریزد، خاصیتی که به عنوان فروپاشی شناخته می شود. در شرایطی وجود دارد که گذردهی یکی از مواد تشکیلدهنده سطح مشترک منفی باشد، در حالی که دیگری مثبت باشد، برای مثال رابط بین هوا و یک رسانه رسانای پرتلفات مانند خط انتقال زمینی، زیر فرکانس پلاسما . شدت میدان الکتریکی آن با سرعت e -αd /√d در جهت انتشار در امتداد سطح مشترک به دلیل گسترش میدان هندسی دو بعدی با سرعت 1/√d، در ترکیب با تضعیف نمایی وابسته به فرکانس کاهش مییابد. (α)، که اتلاف خط انتقال زمینی است، که در آن α به رسانایی محیط بستگی دارد. برخاسته از تجزیه و تحلیل اصلی توسط آرنولد سامرفلد و جاناتان زنک از مسئله انتشار موج بر روی یک زمین پرتلفات، به عنوان یک راه حل دقیق برای معادلات ماکسول وجود دارد . [17] موج سطحی Zenneck، که یک حالت موج هدایتشده غیر تابشی است، میتواند با استفاده از تبدیل Hankel یک جریان زمین شعاعی مرتبط با منبع موج سطح زمینی واقعی Zenneck استخراج شود. [6] امواج سطحی Sommerfeld-Zenneck پیشبینی میکنند که انرژی به صورت R -1 تجزیه میشود ، زیرا انرژی در محیط یک دایره توزیع میشود و نه سطح یک کره. شواهد نشان نمی دهد که در انتشار امواج رادیویی فضایی، امواج سطوح Sommerfeld-Zenneck یک حالت انتشار هستند زیرا توان از دست دادن مسیر به طور کلی بین 20 dB/dec و dB/dec 40 است.
^ Hill، DA و JR Wait (1978)، تحریک موج سطحی Zenneck توسط یک دیافراگم عمودی، Radio Sci.، 13(6)، 969-977، doi :10.1029/RS013i006p00969.
↑ Goubau، G.، "Über die Zennecksche Bodenwelle" (در موج سطحی Zenneck)، Zeitschrift für Angewandte Physik ، جلد. 3، 1951، شماره 3/4، صص 103-107.
^ بارلو، اچ. براون، جی (1962). "II". امواج رادیویی سطحی . لندن: انتشارات دانشگاه آکسفورد. صص 10-12.
^ abc Corum، KL، MW Miller، JF Corum، "Surface Waves and the Crucial Propagation Experiment"، مجموعه مقالات سمپوزیوم 2016 تگزاس در مورد مدارها و سیستم های بی سیم و مایکروویو (WMCS 2016)، دانشگاه بیلور، Waco، TX، مارس 2013 1 آوریل 2016، IEEE، MTT-S، ISBN 9781509027569 .
↑ صبر کنید، جیمز، «تحریک امواج سطحی در سطوح رسانا، چینهای، پوشش دیالکتریک و موجدار»، مجله تحقیقات دفتر ملی استاندارد جلد. 59، شماره 6، دسامبر 1957.
↑ دیاکونوف، MI (آوریل 1988). "نوع جدیدی از موج الکترومغناطیسی که در یک رابط منتشر می شود". فیزیک شوروی JETP . 67 (4): 714. Bibcode :1988JETP...67..714D.
^ تاکایاما، او. کراسووان، LC، یوهانسن، SK; Mihalache، D، Artigas، D.; تورنر، ال (2008). "امواج سطحی دیاکونوف: یک بررسی". الکترومغناطیسی . 28 (3): 126-145. doi :10.1080/02726340801921403. S2CID 121726611.{{cite journal}}: CS1 maint: چندین نام: فهرست نویسندگان ( پیوند )
^ تاکایاما، او. کراسووان، ال سی، آرتیگاس، دی. تورنر، ال (2009). "مشاهده امواج سطحی دیاکونوف". نامه های بررسی فیزیکی 102 (4): 043903. Bibcode :2009PhRvL.102d3903T. doi :10.1103/PhysRevLett.102.043903. PMID 19257419. S2CID 14540394.{{cite journal}}: CS1 maint: چندین نام: فهرست نویسندگان ( پیوند )
^ تاکایاما، او. آرتیگاس، دی.، تورنر، ال. (2014). "هدایت جهتی بدون تلفات نور در نانوصفحات دی الکتریک با استفاده از امواج سطحی دیاکونوف". نانوتکنولوژی طبیعت 9 (6): 419-424. Bibcode :2014NatNa...9..419T. doi :10.1038/nnano.2014.90. PMID 24859812.{{cite journal}}: CS1 maint: چندین نام: فهرست نویسندگان ( پیوند )
^ تاکایاما، او. بوگدانوف، AA، Lavrinenko، AV (2017). "امواج سطحی فوتونیک بر روی رابط های فراماده". مجله فیزیک: ماده متراکم . 29 (46): 463001. Bibcode :2017JPCM...29T3001T. doi :10.1088/1361-648X/aa8bdd. PMID 29053474.{{cite journal}}: CS1 maint: چندین نام: فهرست نویسندگان ( پیوند )
^ لیو، هسوان هائو؛ چانگ، هونگ چون (2013). "حالتهای پلاریتون پلاسمون سطحی نشتی در رابطی بین فلز و مواد ناهمسانگرد تک محوری". مجله فوتونیک IEEE . 5 (6): 4800806. Bibcode :2013IPhoJ...500806L. doi : 10.1109/JPHOT.2013.2288298 .
↑ Collin, RE, Field Theory of Guided Waves , فصل 11 "موج های سطحی". نیویورک: انتشارات Wiley-IEEE، 1990.
^ "(TM) حالت" (PDF) . راهرو.بیز . بایگانی شده (PDF) از نسخه اصلی در 09-10-2022 . بازبینی شده در 4 آوریل 2018 .
^ S. Zeng; Baillargeat, Dominique; هو، هو-پوی؛ یونگ، کن تای (2014). "نانومواد رزونانس پلاسمون سطحی را برای کاربردهای سنجش بیولوژیکی و شیمیایی افزایش دادند". بررسی های انجمن شیمی . 43 (10): 3426-3452. doi : 10.1039/C3CS60479A. hdl : 10220/18851 . PMID 24549396.
^ بارلو، اچ. براون، جی (1962). امواج رادیویی سطحی . لندن: انتشارات دانشگاه آکسفورد. pp. v, vii.
در ادامه مطلب
استانداردها و دکترین ها
" موج سطحی بایگانی شده 03-09-2017 در ماشین Wayback ". واژه نامه مخابرات 2000، کمیته ATIS T1A1، عملکرد و پردازش سیگنال، T1.523-2001.
تاکتیکها، تکنیکها و رویههای چند سرویس برای ایجاد لینک خودکار با فرکانس بالا (HF-ALE): FM 6-02.74؛ MCRP 3–40.3E؛ NTTP 6-02.6؛ AFTTP(I) 3-2.48؛ COMDTINST M200 .7 "سپتامبر، 2003.
کتاب ها
بارلو، اچ ام، و براون، ج.، "امواج سطحی رادیویی"، انتشارات دانشگاه آکسفورد، 1962.
بودن، KG، " امواج رادیویی در یونوسفر؛ نظریه ریاضی انعکاس امواج رادیویی از لایه های یونیزه طبقه بندی شده ". Cambridge, Eng., University Press, 1961. LCCN 61016040 /L/r85
بودن، KG، " تئوری حالت هدایت موج در انتشار موج ". لندن، لوگوس چاپ؛ Englewood Cliffs، NJ، Prentice-Hall، c1961. LCCN 62002870 /L
بودن، KG، " انتشار امواج رادیویی: نظریه امواج رادیویی کم توان در یونوسفر و مگنتوسفر ". کمبریج (کمبریج شایر); نیویورک : انتشارات دانشگاه کمبریج، 1985. ISBN 0-521-25461-2 LCCN 84028498
Collin، RE، " نظریه میدان امواج هدایت شده ". نیویورک: انتشارات Wiley-IEEE، 1990.
Foti, S., Lai, CG, Rix, GJ, and Strobbia, C., "«Surface Wave Methods for Near-Surface Site Characterization»» CRC Press, Boca Raton, Florida (USA), 487 pp., ISBN 9780415678766 ، 2014 <https://www.crcpress.com/product/isbn/9780415678766>
Sommerfeld، A.، "معادلات دیفرانسیل جزئی در فیزیک" (نسخه انگلیسی)، Academic Press Inc.، نیویورک 1949، فصل 6 - "مشکلات رادیو".
Polo Jr., JA, Mackay, TG, and Lakhtakia, A., " امواج سطحی الکترومغناطیسی: یک چشم انداز مدرن ". Waltham, MA, USA: Elsevier, 2013 <https://www.elsevier.com/books/electromagnetic-surface-waves/polo/978-0-12-397024-4>.
Rawer, K., Wave Propagation in the Ionosphere , Dordrecht, Kluwer Acad.Publ. 1993.
Sommerfeld، A.، "معادلات دیفرانسیل جزئی در فیزیک" (نسخه انگلیسی)، Academic Press Inc.، نیویورک 1949، فصل 6 - "مشکلات رادیو".
وینر، ملوین ام.، " آنتن های تک قطبی " نیویورک، مارسل دکر، 2003. ISBN 0-8247-0496-7
ویت، جی آر، " تئوری امواج الکترومغناطیسی "، نیویورک، هارپر و رو، 1985.
صبر کن، جی آر، " امواج در رسانه های طبقه بندی شده ". نیویورک: پرگامون، 1962.
والدرون، ریچارد آرتور، " نظریه امواج الکترومغناطیسی هدایت شونده ". London, New York, Van Nostrand Reinhold, 1970. ISBN 0-442-09167-2 LCCN 69019848 //r86
وینر، ملوین ام.، " آنتن های تک قطبی " نیویورک، مارسل دکر، 2003. ISBN 0-8247-0496-7
مجلات و مقالات
Zenneck، Sommerfeld، Norton، و Goubau
J. Zenneck، (مترجمان: P. Blanchin، G. Guérard، É. Picot)، " Précis de télégraphie sans fil : complément de l'ouvrage : Les oscillations électromagnétiques et la télégraphie sans fil : Les oscillations électromagnétiques et la télégraphie sans fil. viii، 385 ص. : بیمار. 26 سانتی متر. ( Tr . "دقت های تلگراف بی سیم: مکمل کار: نوسانات الکترومغناطیسی و تلگراف بی سیم.")
J. Zenneck، " Über die Fortpflanzung ebener elektromagnetischer Wellen längs einer ebenen Leiterfläche und ihre Beziehung zur drahtlosen Telegraphie "، Annalen der Physik، vol. 23، صفحات 846-866، سپتامبر 1907. ( Tr . "درباره انتشار امواج صفحه الکترومغناطیسی در امتداد یک صفحه رسانا و رابطه آنها با تلگراف بی سیم.")
J. Zenneck, " Elektromagnetische Schwingungen und drahtlose Telegraphie ", gart, F. Enke, 1905. xxvii, 1019 p. : بیمار. 24 سانتی متر. (Tr . "نوسانات الکترومغناطیسی و تلگراف بی سیم.")
J. Zenneck، (مترجم: AE Seelig) " تلگراف بی سیم، "، نیویورک [و غیره] McGraw-Hill Book Company, inc., 1st ed. 1915. xx, 443 p. تصویر، نمودار. 24 سانتی متر. LCCN 15024534 ( ویرایش «کتابشناسی و یادداشتهای نظریه» صفحات 408-428.)
A. Sommerfeld، " Über die Fortpflanzung elektrodynamischer Wellen längs eines Drahtes "، Ann. der Physik und Chemie, vol. 67، صفحات 233-290، دسامبر 1899. ( Tr . "انتشار امواج الکترودینامیکی در امتداد یک هادی استوانه ای.")
A. Sommerfeld، " Über die Ausbreitung der Wellen in der drahtlosen Telegraphie "، Annalen der Physik، Vol. 28، صفحات 665-736، مارس 1909. ( Tr . "درباره انتشار امواج در تلگراف بی سیم.")
A. Sommerfeld، " انتشار امواج در تلگراف بی سیم "، Ann. Phys., vol. 81، صص 1367–1153، 1926.
KA Norton، " انتشار امواج رادیویی بر روی سطح زمین و در اتمسفر فوقانی "، Proc. IRE، جلد. 24، صص 1367–1387، 1936.
KA Norton، " محاسبات شدت میدان موج زمین بر روی یک زمین کروی محدود رسانا "، Proc. IRE، جلد. 29، صفحات 623-639، 1941.
G. Goubau، " امواج سطحی و کاربرد آنها در خطوط انتقال "، J. Appl. Phys., vol. 21، ص 1119-1128; نوامبر، 1950.
G. Goubau، "Über die Zennecksche Bodenwelle" ( Tr "در موج سطحی Zenneck.")، Zeitschrift für Angewandte Physik، جلد. 3، 1951، شماره 3/4، صص 103-107.
صبر کن
صبر کن، جی آر، " امواج جانبی و تحقیقات پیشگام کنت نورتون ".
صبر کنید، JR و DA Hill، " تحریک موج سطحی HF توسط دیافراگم های عمودی و افقی ". علوم رادیویی، 14، 1979، صفحات 767-780.
Wait, JR, and DA Hill, " Ecitation of the Zenneck Surface Wave by a Vertical Aperture ", Radio Science, Vol. 13، شماره 6، نوامبر – دسامبر، 1978، صفحات 969-977.
صبر کن، JR، " یادداشتی در مورد امواج سطحی و امواج زمینی "، IEEE Transactions on Antennas and Propagation، نوامبر 1965. جلد. 13، شماره 6، صص 996–997 ISSN 0096-1973
صبر کن، جی آر، " تاریخ باستانی و مدرن انتشار امواج زمینی EM ". انتشار آنتن های IEEE مجلد، ج. 40، صفحات 7-24، اکتبر 1998.
صبر کنید، JR، " ضمیمه C: در مورد تئوری انتشار موج زمین بر روی زمین منحنی کمی ناهموار "، کاوشگر الکترومغناطیسی در ژئوفیزیک . Boulder, CO., Golem, 1971, pp. 37-381.
Wait, JR, " Electromagnetic surface waves ", Advances in Radio Research , 1, New York, Academic Press, 1964, pp. 157-219.
دیگران
RE Collin، " دوقطبی هرتزی که بر فراز یک زمین یا دریا از بین رفته تابیده می شود: برخی از بحث های اوایل و اواخر قرن بیستم "، مجله Antennas and Propagation، 46، 2004، صفحات 64-79.
FJ Zucker، " آنتن های موج سطحی و آرایه های برانگیخته با امواج سطحی "، کتابچه راهنمای مهندسی آنتن، ویرایش دوم، RC Johnson and H. Jasik، Eds. نیویورک: مک گراو هیل، 1984.
یو. V. Kistovich، " امکان مشاهده امواج سطحی Zenneck در تابش از منبعی با دیافراگم عمودی کوچک "، فیزیک فنی فیزیک شوروی، جلد. 34، شماره 4، آوریل، 1989، صفحات 391-394.
VI Baĭbakov، VN Datsko، Yu. V. Kistovich، " کشف تجربی امواج الکترومغناطیسی سطح Zenneck "، Sov Phys Uspekhi، 1989، 32 (4)، 378-379.
Corum، KL و JF Corum، " موج سطحی Zenneck "، نیکولا تسلا، مشاهدات رعد و برق، و امواج ثابت، پیوست II . 1994.
MJ King و JC Wiltse، " انتشار موج سطحی روی سیم های فلزی پوشش داده شده یا بدون پوشش در طول موج های میلی متری ". J. Appl. Phys., vol. 21، ص 1119-1128; نوامبر،
MJ King و JC Wiltse، " انتشار موج سطحی بر روی میله دی الکتریک از مقطع الکتریکی ". Electronic Communications, Inc., Tirnonium: kld. علمی نه. 1, AFCKL Contract No. AF 19(601)-5475; آگوست 1960.
T. Kahan و G. Eckart، " درباره موج سطحی الکترومغناطیسی سامرفلد "، فیزیک. Rev. 76, 406-410 (1949).
رسانه های دیگر
LA Ostrovsky (ویرایش)، " مدل سازی آزمایشگاهی و مطالعات نظری مدولاسیون موج سطحی توسط یک کره متحرک "، m، آزمایشگاه های تحقیقاتی اقیانوسی و جوی، 2002. OCLC 50325097
لینک های خارجی
سخنرانی های فاینمن در مورد فیزیک: امواج سطحی
Eric W. Weiststein و همکاران، " موج سطحی "، دنیای فیزیک اریک وایستاین، 2006.
هندری، جانیس (2009). "امواج سطحی: آنها چه هستند؟ چرا جالب هستند؟" (PDF) . ARMMS RF & Microwave Society . Roke Manor Research Ltd. بازبینی شده در 24 دسامبر 2023 .