表面波

物理学では、表面波は異なる媒体間の界面に沿って伝播する機械波です。一般的な例としては、海洋波などの液体表面に沿った重力波があります。重力波は、密度の異なる 2 つの流体の界面にある液体内でも発生することがあります。弾性表面波は、レイリー波やラブ波 などのように、固体の表面に沿って伝わります。電磁波も、屈折率勾配に沿って、または誘電率の異なる 2 つの媒体間の界面に沿って伝わるため、「表面波」として伝播することがあります。無線伝送では、地表波は地球の表面近くを伝播する誘導波です。^[1]

地震学では、数種類の表面波が扱われます。この機械的な意味での表面波は、一般にラブ波(L 波) またはレイリー波として知られています。地震波は、地震や爆発の結果として地球を伝わる波です。ラブ波は横方向の動き (光波のように移動方向に対して垂直な動き) を持ちますが、レイリー波は縦方向の動き(音波のように移動方向に対して平行な動き) と横方向の動きの両方を持ちます。地震波は地震学者によって研究され、地震計または地震計によって測定されます。表面波は広い周波数範囲に及び、最も被害が大きい波の周期は通常 10 秒以上です。表面波は、最大の地震から地球を何度も周回することがあります。表面波は、P 波と S 波が地表に到達したときに発生します。

例としては、水面や空気の表面の波（海洋表面波）があります。別の例としては、密度の異なる 2 つの水塊の境界に沿って伝わる 内部波があります。

聴覚生理学の理論では、フォン・ベケシーの進行波 (TW) は、蝸牛管に入る基底膜の音響表面波から生じたものである。彼の理論は、これらの受動的な機械的現象によって聴覚感覚のあらゆる特徴を説明すると主張した。ヨゼフ・ツヴィスロッキ、そして後にデイヴィッド・ケンプは、それが非現実的であり、能動的なフィードバックが必要であることを示しました。

地上波は、地球の曲率に沿って、地球の表面に平行かつ隣接して伝播する電波 です、無線伝播における地上波が表面に限定されないことから 、ノートン表面波、またはより正確にはノートン地上波として知られています

もう一つの表面波は、非放射性で束縛モードのゼンネック表面波またはゼンネック・ゾンマーフェルト表面波である。^{[2] [3] [4] [5] [6]}地球と大気は屈折率が異なるため、誘導ゼンネック波の伝搬をサポートする界面が形成される。その他の種類の表面波には、異なる対称性を持つ透明材料の界面を伝搬するトラップ表面波、^[7]滑走波およびディアコノフ表面波^{（DSW）がある。 [8] [9] [10] [11]} これらとは別に、さまざまな種類の表面波が光波長について研究されてきた。^[12]

マイクロ波場理論では、誘電体と導体の界面が「表面波伝送」をサポートします。表面波は伝送線路の一部として研究されており、一部は単線伝送線路として考えることができます。

電気表面波現象の特徴と利用法は次のとおりです。

• 波のフィールド成分は、インターフェースからの距離とともに減少します。
• 電磁エネルギーは表面波場から別の形態のエネルギーに変換されない（漏れ波や損失波を除く）^[13]ため、波は界面に垂直な方向に電力を伝達せず、つまりその次元に沿って消えていく。^[14]
• 同軸ケーブルでは、TEMモードに加えて、中心導体の周囲の領域で表面波として伝搬する横磁気（TM）モード^[15]も存在します。共通インピーダンスの同軸ではこのモードは効果的に抑制されますが、高インピーダンスの同軸や外部シールドのない単一の中心導体では、低減衰と非常に広帯域の伝搬がサポートされます。このモードでの伝送線路動作はEラインと呼ばれます。

表面プラズモンポラリトン（SPP）は、誘電率の異なる2つの媒体の界面に沿って伝わる電磁表面波です。界面を形成する材料の1つ^[6]の誘電率が負で、もう1つの材料の誘電率が正である条件下で存在します。これは、プラズマ周波数​​以下の損失性導電媒体と空気の界面の場合に当てはまります。波は界面に平行に伝わり、界面に垂直に指数関数的に減衰します。この特性はエバネッセンスと呼ばれます。波は損失性導体と2番目の媒体の境界上にあるため、これらの振動は、導電表面による分子の吸着など、境界の変化に敏感になる可能性があります。^[16]

ゾンマーフェルト・ツェネック波またはツェネック波は、異なる誘電率を持つ 2 つの均質な媒体の間の平面または球状の界面によって支えられる非放射の誘導電磁波です。この表面波は界面と平行に伝播し、界面に垂直な方向に指数関数的に減衰します。この特性はエバネッセンスとして知られています。これは、界面を形成する材料の 1 つの誘電率が負で、もう 1 つの誘電率が正であるという条件下で存在します。たとえば、プラズマ周波数​​未満の地上伝送線路などの損失のある導電媒体と空気との界面などです。その電界強度は、2 次元の幾何学的電界が 1/√d の速度で広がるため、界面に沿った伝播方向に e ^-αd /√d の速度で減少します。これは、地上伝送線路の散逸である周波数依存の指数関数的減衰 (α) と相まって生じます。α は媒体の導電率に依存します。これは、損失のある地球上の波動伝播の問題に関するアーノルド・ゾンマーフェルトとジョナサン・ゼンネックによる独自の解析から生まれたもので、マクスウェル方程式の厳密な解として存在します。^[17]非放射導波モードであるゼンネック表面波は、現実的な地上のゼンネック表面波源に関連する放射状地電流のハンケル変換を使用することで導くことができます。^[6]ゾンマーフェルト-ゼンネック表面波は、エネルギーが球面ではなく円周上に分布するため、エネルギーが R ⁻¹で減衰すると予測します。電波空間波伝播では、経路損失指数が一般に 20 dB/dec から 40 dB/dec の間であるため、ゾンマーフェルト-ゼンネック表面波が伝播モードであるという証拠はありません。

• 地震波
• 地震通信
• P波
• S波
• 表面弾性波
• 高周波送信の主な手段である空中波
• 表面プラズモン、導電体と誘電体の界面に沿った縦方向の電荷密度波
• 表面波持続モード、電磁表面波の伝播。
• エバネッセント波とエバネッセント波結合
• 海洋表面波、内部波と波頭、分散、異常波
• ラブ波とレイリー・ラム波
• 重力波は、特定の自然の境界面（大気と海洋など）で発生します。
• ストーンリー波
• ショルテ波
• ディアコノフ表面波

人々

• アルノルド・ゾンマーフェルト–ツェネック波に関する数学論文を出版した
• ジョナサン・ゼンネック– ゾンマーフェルトの弟子、無線の先駆者、ゼンネック波を開発
• ジョン・ストーン・ストーン– 無線の先駆者。無線伝搬に関する理論を提唱した。

他の

• 接地定数、地球の電気的パラメータ
• 近距離場と遠距離場、つまり回折エッジまたはアンテナの波長の 4 分の 1 以内、およびそれを超える放射場。
• 表皮効果とは、交流電流が導体内で分布し、導体の表面近くの電流密度が導体の中心部の電流密度よりも大きくなる傾向のことです。
• 表面波反転
• グリーン関数は、境界条件に従う不同次微分方程式を解くために使用される関数です。

• 「表面波」は、 Wayback Machineで 2017-09-03 にアーカイブされています。電気通信用語集 2000、ATIS 委員会 T1A1、パフォーマンスと信号処理、T1.523–2001。
• 「表面波」、連邦規格1037C。
• 「表面波」、MIL-STD-188
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ゼンネック、ゾンマーフェルト、ノートン、グーバウ

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待って

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その他

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• LA Ostrovsky (編)、「移動球による表面波変調の実験モデル化と理論的研究」、m、海洋大気研究所、2002年。OCLC  50325097

• ファインマン物理学講義: 表面波
• Eric W. Weisstein 他、「表面波」、Eric Weisstein's World of Physics、2006 年。
• デイビッド・ライス、「電磁表面波」。物理学のネット進歩：特別レポート、第 1 号
• ゲイリー・ピーターソン、「ゼンネック波の再発見」。フィードライン No. 4。(編集複製は 21st Century Books でオンラインで入手可能)
• 3D Waves は、Jesse Nochella によるもので、Stephen Wolframのプログラム( Wolfram Demonstrations Project)に基づいています。
• Hendry, Janice (2009). 「表面波: 何ですか? なぜ興味深いのですか?」(PDF) . ARMMS RF & MICROWAVE SOCIETY . Roke Manor Research Ltd . 2023 年12 月 24 日に閲覧。