표면파

Surface wave
다이빙 그레베는 표면 파동을 일으킨다.

물리학에서 표면파는 서로 다른 매체들 사이의 접점을 따라 전파되는 기계적 파동이다. 일반적인 예는 바다의 파도와 같은 액체 표면을 따라 중력파다. 중력파는 다른 밀도를 가진 두 유체 사이의 인터페이스에서 액체 내에서 발생할 수도 있다. 탄성 표면파는 레일리러브 파동과 같은 고형물의 표면을 따라 이동할 수 있다. 전자파굴절률 경사도와 함께 또는 유전체 상수가 다른 두 매체 사이의 인터페이스를 따라 유도될 수 있다는 점에서 "표면파"로도 전파될 수 있다. 전파 전송에서 지상파지구 표면 가까이에서 전파되는 유도파다.[1]

기계파

지진학에서는 몇 가지 종류의 표면파를 접한다. 이러한 기계적 의미에서 표면파는 흔히 사랑파(Lea wave) 또는 레일리파(Layleigh wave)로 알려져 있다. 지진파종종 지진이나 폭발의 결과로 지구를 통과하는 파동을 말한다. 사랑파는 가로운동(이동은 광파처럼 이동방향에 수직)인 반면, 레일리파는 세로운동(음파처럼 이동방향에 평행한 이동)과 가로운동이 모두 있다. 지진파는 지진학자에 의해 연구되고 지진계나 지진계로 측정된다. 표면파는 넓은 주파수 범위에 걸쳐 있으며, 가장 피해가 큰 파장의 기간은 보통 10초 이상이다. 표면의 파도는 가장 큰 지진으로부터 지구 곳곳을 여러 번 돌아다닐 수 있다. 표면파는 P파와 S파가 수면 위로 올라올 때 발생한다.

공기 표면의 파동(해양 표면파)이 그 예다. 또 다른 예로는 내부 파동이 있는데, 서로 다른 밀도의 두 물 덩어리의 접점을 따라 전달될 수 있다.

청각 생리학 이론에서 폰 베키시의 이동파(TW)는 기저막의 음향 표면파에서 달팽이관까지 도달한 결과였다. 그의 이론은 이러한 수동적인 기계 현상 때문에 청각 감각의 모든 특징을 설명한다고 한다. 조제프 즈위슬로키, 그리고 후에 데이비드 켐프는 그것이 비현실적이고 적극적인 피드백이 필요하다는 것을 보여주었다.

전자기파

지상파는 지구의 곡률에 따라 지구 표면에 평행하고 인접한 전파의 전파를 전파하는 것을 말한다. 이 복사 지상파는 전파 전파의 지상파가 표면에 국한되지 않기 때문에 노턴 지표파, 즉 노턴 지상파로 더 적절하게 알려져 있다. 또 다른 형태의 표면파는 비방사성, 바운드 모드 Zenneck 표면파 또는 Zenneck-Sommerfeld 표면파다.[2][3][4][5][6] 지구는 하나의 굴절률을 가지고 있고 대기는 또 다른 굴절률을 가지고 있기 때문에 유도된 젠넥파의 전달을 지원하는 인터페이스를 구성한다. 다른 종류의 표면파로는 다른 대칭성을 가진 투명한 물질의 인터페이스에서 전파되는 갇힌 표면파,[7] 활공파, 디아코노프 표면파(DSW) 등이 있다.[8][9][10][11] 이러한 것 외에도 광파장을 위한 다양한 형태의 표면파가 연구되어 왔다.[12]

전파 전파

3MHz 이하의 저주파 전파가 지파로 효율적으로 이동한다. ITU 명명법에서는 (순서에 따라) 중주파(MF), 저주파(LF), 초저주파(VLF), 초저주파(ULF), 초저주파(SLF), 초저주파(ELF) 파동을 포함한다.

지반 전파는 저주파파가 긴 파장으로 인해 장애물 주위에서 더 강하게 확산되어 지구의 곡률을 따라갈 수 있기 때문에 효과가 있다. 지상파는 자기장이 수평이고 전기장이 수직인 수직 양극화에서 전파된다.

표면의 전도성은 지파의 전파에 영향을 미치며, 바닷물과 같은 전도성 표면이 더 잘 전파되도록 한다.[13] 표면의 전도도를 높이면 소모가 적다.[14] 굴절지수는 공간적, 시간적 변화에 따라 달라진다. 지면이 완벽한 전기 도체가 아니기 때문에 지면은 지표면을 따라가면서 감쇠된다. 웨이브프론트는 처음에는 수직이지만, 지면에서는 손실 유전체 역할을 하는 파동이 이동하면서 앞으로 기울어지게 한다. 이것은 에너지의 일부를 그것이 소멸되는 지구로 유도하여 신호는 기하급수적으로 감소한다.[15]

대부분의 장거리 LF "장파" 무선 통신(30 kHz ~ 300 kHz)은 지상파 전파의 결과물이다. AM 방송 대역을 포함한 중파 무선 송신(300kHz~3000kHz 사이의 주파수)은 지상파로 이동하며, 야간에는 더 긴 거리를 하늘파로 이동한다. 지반 손실은 저주파에서 낮아져 대역 하단을 사용하는 AM 방송국의 커버리지가 크게 증가한다. VLFLF 주파수는 주로 군 통신에 사용되며, 특히 선박과 잠수함에 사용된다. 주파수가 낮을수록 파도가 바닷물을 잘 관통한다. ELF파(3kHz 이하)는 깊은 물에 잠긴 잠수함과의 통신에도 사용되었다.

지상파는 주로 바다 위 2~20MHz 사이의 주파수에서 작동하며, 적당한 거리(최대 100km 이상, 상공 레이더도 훨씬 더 먼 거리에서의 스카이파 전파 사용)로 전달하기에 충분한 전도성을 가지고 있다. 전파의 발달에는 지상파가 광범위하게 사용되었다. 초기의 상업 및 전문 무선 서비스는 오로지 장파, 저주파, 지상파 전파에만 의존했다. 이러한 서비스에 대한 간섭을 방지하기 위해, 아마추어 및 실험 송신기는 고주파(HF)로 제한되었고, 지상파의 범위가 제한되었기 때문에 무용지물처럼 느껴졌다. 중파단파 주파수에서 가능한 다른 전파 모드가 발견되자, 상업적, 군사적 목적으로 HF의 이점이 명백해졌다. 아마추어 실험은 그 범위 내에서 허가된 주파수에만 국한되었다.

중파와 단파는 밤에 전리층을 반사하는데, 이것을 하늘파라고 한다. 일광 시간 동안, 전리층의 낮은 D층은 낮은 주파수 에너지를 형성하고 흡수한다. 이것은 스카이웨이브 전파가 일광 시간대의 중파 주파수에 매우 효과적이지 못하게 한다. 밤에는 D층이 흩어지면 중파 송신이 스카이파로 더 잘 이동한다. 지상파는 전리권대류권포함하지 않는다.

낮은 주파수를 보다 효율적으로 전송할 수 있는 지구의 능력을 이용하여 지면을 통해 음파가 전파되는 것을 오디오 접지파(AGW)라고 한다.

마이크로파장 이론

마이크로파장 이론 내에서 유전체 및 도체의 인터페이스는 "표면파 전송"을 지원한다. 표면파는 전송 라인의 일부로 연구되었고 일부는 단일 와이어 전송 라인으로 간주될 수 있다.

전기 표면파 현상의 특성과 활용도는 다음과 같다.

  • 파동의 필드 구성요소는 인터페이스로부터의 거리에 따라 감소한다.
  • 전자파 에너지는 표면파장에서 다른 형태의 에너지(누수 또는 손실 표면파 제외)[16]로 변환되지 않으므로 파형이 인터페이스에 정상적으로 전력을 전달하지 않는다(즉, 해당 차원을 따라 방출된다.[17]
  • 광섬유 전송에서 발광파는 표면파다.[citation needed]
  • 동축 케이블에는 TEM 모드 외에도 중심 도체 주위의 영역에서 표면파로 전파되는 횡단 자기(TM) 모드도[18] 존재한다. 공통 임피던스의 동축의 경우 이 모드는 효과적으로 억제되지만 고임피던스 동축과 외부 실드가 없는 단일 중앙 도체에서는 낮은 감쇠와 매우 큰 광대역 전파를 지원한다. 이 모드에서 트랜스미션 라인 작동을 E-Line이라고 한다.

표면 플라스몬 폴라리티톤

은-공기 인터페이스에서 10μm의 자유공간 파장에 해당하는 주파수에서 표면 플라스몬 폴라리티톤E-필드. 이 주파수에서 은은 대략 완벽한 전기 전도체 역할을 하며, SPP는 자유 공간 파장과 거의 같은 파장을 가진 소머펠트-제넥 파동이라고 불린다.

표면 플라스몬 폴라티톤(SPP)은 서로 다른 유전체 상수를 가진 두 매체 사이의 인터페이스를 따라 이동할 수 있는 전자기 표면파다. 그것은 인터페이스를 형성하는 물질 중 하나의 허용률이 음성이고, 다른 하나는 양성이라는 조건 하에 존재하며, 이는 공기와 플라즈마 주파수 이하의 손실 전도성 매체 사이의 인터페이스의 경우처럼 존재한다. 파도는 인터페이스와 평행하게 전파되며, 에반 에센스라고 불리는 속성인 그것에 기하급수적으로 수직으로 분해된다. 파동은 손실 도체와 두 번째 매체의 경계에 있으므로, 이러한 진동은 전도 표면에 의한 분자의 흡착과 같은 경계의 변화에 민감할 수 있다.[19]

소머펠트-제넥 표면파

소머펠트-제넥파 또는 젠넥파는 서로 다른 유전체 상수를 가진 두 균질 매체 사이의 평면 또는 구형 인터페이스에 의해 지지되는 비방사 유도 전자파다. 이 표면파는 인터페이스와 평행하게 전파되며, 에반 에센스라고 알려진 속성인 그것과 기하급수적으로 수직으로 분해된다. 인터페이스를 형성하는 물질 중 하나의 허용률은 음성이고, 다른 하나는 양성이라는 조건 하에 존재하며, 예를 들어 지상 송신선과 같은 손실 전도성 매체와의 인터페이스는 플라즈마 주파수보다 낮다. 그것의 전계 강도 e-αd/√d의 전파 인터페이스를 따라 방향이 지상파 전송 선로 손실이 α은 매체의 conductivi에 따라 달라지는 진동수 종속적인 지수 감쇠(α), 과 결합하여 2차원 기하학적 분야 1/√d의 속도로 확산에 기인한 속도로 떨어지게 된다.ty.손실된 대지 위에 파동이 전파되는 문제에 대한 아놀드 소머펠트조나단 젠넥의 독창적인 분석에서 비롯된 것으로 맥스웰 방정식에 대한 정확한 해법으로 존재한다.[20] 비방사 유도파 모드인 Zennec 표면파는 현실적인 지상 Zennec 표면파원과 연관된 방사형 지상전류의 한켈 변환을 채택해 도출할 수 있다.[6] 소머펠트-제넥 표면파는 에너지가 구의 표면이 아닌 원의 둘레에 분산되기 때문에 에너지가 R로 소멸한다고 예측한다−1. 전파 전파 전파에서 소머펠트-제넥 표면은 경로 손실 지수가 일반적으로 20 dB/dec에서 40 dB/dec 사이이기 때문에 전파 모드라는 증거는 없다.

참고 항목

흔든다
사람
기타
  • 접지 상수, 접지 전기적 파라미터
  • 근거리원거리장, 확산 에지 또는 안테나 및 그 이상의 파장의 1/4 이내에 있는 복사장.
  • 피부 효과, 도체 표면 근처의 전류 밀도가 중심부의 전류 밀도보다 크도록 도체 내에 자전하는 교류 전류의 경향.
  • 표면파 반전
  • 그린의 함수, 경계 조건의 비균형 미분 방정식을 푸는 데 사용되는 함수.

참조

  1. ^ Public Domain 문서에는 일반 서비스 관리 문서의 공용 도메인 자료가 포함되어 있다. "Federal Standard 1037C". (MIL-STD-188 지원)
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추가 읽기

기준과 교리

책들

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기타 매체

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외부 링크