Introducción
Historia de la investigación de ondas largas y cortas.
Propagación de ondas cortas.
Propiedades generales de las ondas de radio.
Propagación de ondas de radio superficiales (terrestres).
Propagación de ondas de radio espaciales.
Propagación de ondas miriámétricas y kilométricas (ultralargas y largas)
Propagación de ondas hectómicas (medias).
Propagación de ondas decámétricas (cortas).
Propagación de ondas inferiores a 10 m (ondas VHF y microondas)
Conclusión
Bibliografía
Introducción
Al igual que las ondas de luz, las ondas de radio pueden viajar largas distancias en la atmósfera terrestre prácticamente sin pérdida, lo que las convierte en útiles portadores de información codificada.
Después de la aparición de las ecuaciones de Maxwell, quedó claro que predicen la existencia de un fenómeno natural desconocido para la ciencia: las ondas electromagnéticas transversales, que son oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos interconectados que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz. El propio James Clark Maxwell fue el primero en señalar a la comunidad científica esta consecuencia del sistema de ecuaciones que derivó. En esta refracción, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío resultó ser una constante universal tan importante y fundamental que se designó con una letra c separada, a diferencia de todas las demás velocidades, que generalmente se designan con la letra v.
En el siglo XX, las ondas electromagnéticas comenzaron a entrar firmemente en la vida de las personas. Incluso antes de la guerra, en los apartamentos de los residentes de la ciudad aparecieron aparatos de radio y luego televisores, que se generalizaron inusualmente en los años 60. En los años 90 empezaron a penetrar en nuestra vida cotidiana radioteléfonos, hornos microondas, mandos a distancia de televisores, VCR, etc. Todos estos dispositivos emiten o reciben ondas electromagnéticas.
Historia de la investigación de ondas largas y cortas.
longitud del rango de ondas de radio electromagnéticas
Las ondas de radio incluyen ondas electromagnéticas cuya frecuencia está en el rango de hasta 3000 GHz = 3·1012 Hz. Como puede verse en la figura siguiente, ocupan una parte muy modesta entre los tipos de radiación electromagnética que conocemos.
Hasta la fecha, la humanidad ha aprendido a utilizar ondas electromagnéticas hasta el rango ultravioleta para transmitir información.
Como saben, el desarrollo de las ondas de radio comenzó con los experimentos de G. Hertz. Realizó sus experimentos con ondas de hasta 67 cm de largo y demostró que tienen las mismas propiedades que la luz. En los sistemas de telegrafía inalámbrica prácticamente implementados por A.S. Popov y G. Marconi, se utilizaron ondas más largas. Esto se hizo de forma intuitiva: para aumentar el alcance era necesario emitir oscilaciones electromagnéticas de alta potencia. Sólo se podía obtener mayor potencia con antenas más grandes, y las antenas grandes sólo podían emitir longitudes de onda largas.
En primer lugar, la flota necesitaba comunicaciones inalámbricas. El tamaño de la antena en un barco estaba limitado por la altura de los mástiles y la distancia entre ellos. Por lo tanto, para la comunicación se utilizaban olas con una longitud de 150 a 200 m. Las estaciones costeras tenían mástiles más altos y mucho más espaciados y, por lo tanto, utilizaban olas de hasta 1000 m.
El aumento del alcance se produjo muy rápidamente, y no sólo dentro del campo de visión. Marconi logró resultados particularmente impresionantes. La empresa que formó, Wireless Telegraph and Signal Company Limited, tenía fondos suficientes, allí trabajaban muchos especialistas de renombre de la época y el propio Marconi se distinguía por su energía incontenible.
En 1896, demostró un equipo con un alcance de comunicación de 3 km. Un año después alcanzaron un alcance de comunicación de 21 km. Dentro de un año y medio – 70 km. A principios de 1901 - 300 km. Y en diciembre de 1901 G. Marconi estableció una conexión entre Inglaterra y América del Norte a una distancia de unos 3.700 km. La energía que Marconi desarrolló en la promoción de las comunicaciones por radio se puede juzgar por el hecho de que cruzó el Océano Atlántico ochenta veces.
La antena transmisora (Fig. arriba), que proporciona comunicación a larga distancia, ocupaba muchos cientos de metros. La antena receptora era un cable largo sujeto a un globo. En general, en las líneas de comunicación de larga distancia, se utilizaron varias antenas en el extremo receptor, por ejemplo, una rómbica, como se muestra en la siguiente figura.
Puede juzgar el tamaño de esta antena comparándola con el tamaño de los muebles del lavadero del primer piso.
Dos años más tarde se estableció comunicación con América del Sur (10.000 km), la siguiente figura muestra cómo ha ido cambiando el alcance de comunicación alcanzado a lo largo de los años.
Pero no estaba del todo claro cómo pasaban las ondas electromagnéticas al otro lado de la Tierra. Al comienzo de sus experimentos, tanto Popov como Marconi supusieron que las ondas de radio, como la luz, se propagan en línea recta. Sin embargo, la conexión establecida por G. Marconi el 12 de diciembre de 1901 entre Terranova (Canadá) y el suroeste de Inglaterra (distancia 3.700 km) obligó a los investigadores a abandonar la idea de la propagación lineal de ondas de radio.
Este hecho estaba lejos de tener explicación y la experiencia demostró que para lograr un mayor alcance se necesitaba una longitud de onda más larga. Y en la segunda década del siglo XX comenzaron a construir estaciones para comunicaciones transatlánticas con una potencia de cientos de kilovatios, en ondas de hasta 15.000 - 20.000 m. Se muestra la curva de desarrollo del largo alcance de las ondas de radio. abajo. En 1920, la longitud de onda alcanzó los 30.000 my se detuvo su crecimiento. Esto se explica, por un lado, porque los sistemas de antenas se estaban volviendo demasiado voluminosos. Por otro lado, la baja frecuencia de la onda electromagnética (frecuencia de oscilación con longitud de onda λ = 30.000 m es igual a f = c/λ = 3*108/3*104 = 104 Hz = 10 kHz) permitía la transmisión sólo de bajas -mensajes de frecuencia.
Y la necesidad de comunicaciones por radio iba en aumento. Por lo tanto, se vieron obligados a dominar los rangos de alta frecuencia. 
Pero una circunstancia se interpuso. Se estableció experimentalmente que las ondas cortas (de menos de 200 m) se propagaban en línea recta y no rodeaban la Tierra y no eran adecuadas para la comunicación a largas distancias. Por lo tanto, se consideraron inadecuados para las comunicaciones a larga distancia y se entregaron a radioaficionados. Y los radioaficionados estaban contentos con este alcance y pronto superaron a los profesionales. En 1921 - 1923 Los radioaficionados de América y Europa bloquearon el Océano Atlántico con estas ondas, con baja potencia de transmisión, y luego establecieron comunicaciones entre los continentes de las antípodas.
El movimiento de radioaficionados, apenas surgido, estuvo marcado por un descubrimiento fundamental: las comunicaciones por radio de onda corta, realizadas por transmisores de unos pocos vatios de potencia, surgieron y permanecieron estables durante un tiempo considerable en distancias inaccesibles para las estaciones de radio que operaban en el rango de onda larga, aunque la potencia de este último alcanzó los cientos de kilovatios. Este hecho, sin precedentes en la historia de la ciencia, atrajo la atención de muchos especialistas sobre las ondas cortas, y su estudio comenzó en todas partes.
La propagación de HF por una onda ionosférica se produce mediante una reflexión secuencial desde la capa F (a veces la capa E) de la ionosfera y la superficie de la Tierra. En este caso, las ondas pasan a través de la región inferior de la ionosfera, las capas E y D, en las que sufren absorción (Fig. 5, a). Para realizar comunicaciones por radio en ondas decamétricas, se deben cumplir dos condiciones: las ondas deben reflejarse desde la ionosfera y la intensidad del campo electromagnético en un lugar determinado debe ser suficiente para la recepción, es decir, la absorción de ondas en las capas de la ionosfera no debe ser demasiado grande. Estas dos condiciones limitan el rango de frecuencias operativas aplicables.Para reflejar una onda, es necesario que la frecuencia de operación no sea demasiado alta y que la densidad electrónica de la capa ionosférica sea suficiente para reflejar esta onda de acuerdo con (3-44). A partir de esta condición, se selecciona la frecuencia máxima aplicable (MUF), que es el límite superior del rango de operación.
La segunda condición limita el rango de operación desde abajo: cuanto menor sea la frecuencia de operación (dentro del rango de onda corta), más fuerte será la absorción de la onda en la ionosfera (ver Fig. 5). La frecuencia más baja aplicable (LOF) se determina a partir de la condición de que para una determinada potencia del transmisor, la intensidad del campo electromagnético debe ser suficiente para la recepción.
La densidad electrónica de la ionosfera cambia a lo largo del día y del año. Esto significa que los límites del rango operativo también cambian, lo que lleva a la necesidad de cambiar la longitud de onda operativa durante el día:
Durante el día trabajan con olas de 10 a 25 m, y por la noche, con olas de 35 a 100 m.
La necesidad de seleccionar la longitud de onda correcta para las sesiones de comunicación en diferentes momentos complica el diseño de la estación y el trabajo del operador.
Una zona de silencio KB es un área en forma de anillo que existe a cierta distancia de la estación transmisora, dentro de la cual es imposible recibir ondas de radio. La aparición de una zona de silencio se explica por el hecho de que la onda terrestre se atenúa y no llega a esta zona (punto 6 en la Fig. 3-39, a), y para las ondas ionosféricas que inciden en ángulos pequeños en la ionosfera, las condiciones de reflexión no se cumplen (3-44). Los límites de la zona silenciosa (SB) se expanden a medida que la longitud de onda se acorta y la densidad electrónica disminuye.
El desvanecimiento en la banda KB es más profundo que en la banda CB. La principal causa del desvanecimiento es la interferencia de los rayos que se propagan a través de una o dos reflexiones de la ionosfera (fig. 3-39, o). Además de esto, el desvanecimiento es causado por la dispersión de ondas de radio sobre irregularidades en la ionosfera y la interferencia de ondas dispersas (Fig. 3-39,6), así como la interferencia de los componentes ordinarios y extraordinarios de una división magnética. onda (Fig. 3-39, c). El procesamiento de mediciones en intervalos de tiempo cortos (hasta 5 minutos) mostró que las funciones de distribución de amplitud están cercanas a la distribución de Rayleigh (3-54). En intervalos de tiempo de observación grandes, la distribución se acerca más a la lognormal con una desviación estándar de 6 ± 1,25 dB. En ambos casos, la diferencia entre los niveles de intensidad de campo de la señal excedió el 10% y el 90% del tiempo es de 16±3,2 dB.
La tasa de desvanecimiento (§ 3-6) se encuentra en el rango de 6 a 16 desvanecimientos por minuto. En líneas con una longitud de 3000 km, la tasa de desvanecimiento es de 2 a 6 veces menor que en una línea con una longitud de 6000 km. El intervalo de tiempo de correlación oscila entre ?o = 4,5 - 1,5 s. La escala de correlación espacial depende de la longitud de la línea de radiocomunicación, la frecuencia de funcionamiento, la naturaleza de las heterogeneidades ionosféricas y se encuentra dentro del rango rо==210-560 m (10 - 25?). Para combatir el desvanecimiento se utiliza la recepción con antenas espaciadas. Se recomienda elegir la dirección de separación perpendicular a la dirección de la trayectoria; la distancia de separación se toma del orden de la escala de correlación de 10°. Las señales recibidas en antenas espaciadas se agregan después de la detección. La diversidad de polarización es efectiva: recepción mediante dos antenas que tienen polarización mutuamente perpendicular. Antenas receptoras con
patrón de radiación estrecho, enfocado en recibir solo uno de los haces.
En condiciones de propagación favorables, KB puede dar la vuelta al mundo una o varias veces. Luego, además de la señal principal, se puede recibir una segunda señal, con un retraso de aproximadamente 0,1 segundos y denominada eco de radio. El eco de radio tiene un efecto de interferencia en las líneas meridionales.
2005.
Las ondas superficiales son ondas que se propagan a lo largo de la interfaz entre dos medios y penetran en estos medios a una distancia menor que la longitud de onda. En las ondas superficiales, toda la energía se concentra en una estrecha vecindad de la interfaz y el estado de la superficie afecta significativamente su propagación. Por eso las ondas superficiales son una fuente de información sobre el estado de la superficie. Además, la interacción de las ondas corporales y superficiales puede provocar diversos efectos superficiales, como la generación de armónicos, la rotación del plano de polarización tras la reflexión, etc. Las propiedades de las ondas superficiales para superficies ideales se estudiaron teóricamente hace mucho tiempo, a principios del siglo XX. Pero no aprendieron a obtener superficies limpias experimentalmente hasta finales del siglo XX.
En 1901, Sommerfeld encontró soluciones especiales a las ecuaciones de Maxwell: ondas en decadencia exponencial que se propagan a lo largo de la interfaz entre dos medios. En ese momento no se prestaba atención a su trabajo, se creía que se trataba de objetos completamente exóticos. En 1902, Wood, mientras estudiaba las propiedades de las rejillas de difracción metálicas, descubrió desviaciones en la propagación de la luz de las leyes de difracción en determinadas frecuencias. Estas anomalías se denominaron anomalías de Wood. En 1941, Fano explicó estas anomalías: la energía se transforma en ondas superficiales. En 1969, Otto propuso un esquema para excitar ondas superficiales en una película metálica utilizando un prisma. En 1971, Kretschmann propuso otra geometría del mismo objeto. En 1988, los científicos alemanes Knohl y Rothenhäusler propusieron e implementaron un diseño de microscopio basado en ondas superficiales.
Un poco de teoría. Las ecuaciones de Maxwell en un medio.
Ecuaciones de materiales
Al sustituir este tipo de solución en las ecuaciones de materiales, encontramos que e y m dependen de la frecuencia (dispersión temporal) y del vector de onda (dispersión espacial). La relación entre la frecuencia y el vector de onda que pasa por e y m se llama relación de dispersión.
En este informe asumiremos que m no depende de la frecuencia y = 1. En el rango de frecuencia óptica, esta condición se cumple bastante bien. Como e depende de la frecuencia, puede tomar diferentes valores, incluidos los negativos.
Consideremos el problema de la incidencia de una onda monocromática plana de un medio con e1 sobre una superficie ideal de alguna sustancia e2.
A partir de estas condiciones de contorno, sustituyendo las soluciones por la forma habitual, se obtienen las conocidas fórmulas de Fresnel, la ley de Snell, etc., pero tales soluciones no siempre existen. Consideremos el caso en el que la constante dieléctrica del medio es negativa. Este caso se realiza en un cierto rango de frecuencia en metales. Entonces no existen soluciones en forma de ondas que se propagan. Buscaremos soluciones en forma de ondas superficiales.
Sustituyendo esta representación en las ecuaciones y condiciones de contorno *, encontramos que existen ondas del tipo TM (magnéticas transversales). Se trata de ondas parcialmente longitudinales; el vector del campo eléctrico puede tener una componente longitudinal.
donde Vacío" href="/text/category/vakuum/" rel="bookmark">vacuum. La dependencia de la frecuencia también está implícitamente presente en las funciones e1(w) y e2(w).
Entonces, ¿qué es la constante dieléctrica negativa en los metales? Las propiedades ópticas básicas de los metales están determinadas por las propiedades de los electrones. Los electrones de los metales son libres y pueden moverse bajo la influencia de un campo eléctrico. Además, se mueven de tal manera que el campo que crean tiene la dirección opuesta al campo eléctrico externo. De aquí viene el signo negativo. Por lo tanto, los electrones en el metal protegen parcialmente el campo externo y éste penetra en el metal a una profundidad significativamente menor que la longitud de onda. Sin embargo, si la frecuencia del campo externo es tan alta que los electrones no tienen tiempo de reaccionar, entonces el metal se vuelve transparente. La frecuencia característica a la que esto ocurre se llama frecuencia plasmática .
Aquí hay una fórmula simple: la fórmula de Drude, que muestra la dependencia de la constante dieléctrica de un metal de la frecuencia.
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Entonces, la curva de dispersión de ondas superficiales en un metal. En la figura es una curva azul. La línea roja es la curva de dispersión del vacío.
La condición principal para la excitación de cualquier onda es la condición de coincidencia de fases. La coincidencia de fases es la igualdad de las velocidades de fase de la onda incidente y la onda superficial. De las curvas de dispersión se desprende claramente que es imposible excitar ondas superficiales en una placa de metal mediante una onda que incide en el vacío. Hay dos formas de excitar ondas superficiales: a) interrumpiendo la reflexión interna total y b) la creación de estructuras resonantes en la superficie.
a) La reflexión interna total perturbada también se conoce como efecto túnel óptico. En el límite dieléctrico, en un ángulo de incidencia mayor que el ángulo de reflexión interna total, surgen ondas superficiales, que luego se convierten en ondas volumétricas reflejadas. Pero cuando se cumplen las condiciones de coincidencia de fases en el límite con el metal, estas ondas pueden transformarse en ondas superficiales de la placa metálica. Este fenómeno es la base de la excitación prismática de las ondas superficiales.
b) Por estructuras resonantes se entiende aquí estructuras periódicas con un período del orden de la longitud de onda de las ondas superficiales. En tales estructuras periódicas, la condición de coincidencia de fases cambia - , donde es el vector reticular recíproco. La excitación de ondas superficiales conduce a las anomalías de Wood: un cambio en la intensidad de la luz que se difracta en una rejilla de difracción, contrariamente a la ley estándar de difracción.
https://pandia.ru/text/78/325/images/image018_2.gif" align="left" width="85" height="72 src=">- detección de cambios en la permeabilidad dieléctrica con un espesor de película fijo
Detección de cambios de espesor en un dial fijo. permeabilidad
Sin embargo, aquí no se viola la relación de incertidumbre: pero en otra coordenada, en el plano de la película, la resolución es bastante baja: el láser se enfoca en un punto con un tamaño de aproximadamente 2 micrones.
https://pandia.ru/text/78/325/images/image020_2.gif" ancho="155 altura=70" altura="70">
luz
La litografía por haz de electrones tiene alta resolución, pero requiere imágenes secuenciales (línea por línea, como en un televisor), lo que requiere mucho tiempo para aplicaciones industriales. Si esta capacidad de hacer copias se logra a escala industrial, se reducirá significativamente el costo de fabricación de microestructuras integradas.
Bibliografía:
1. . Microscopio de plasmón de superficie, Revista Educativa de Soros, No. 8, 1999
2. Ondas electromagnéticas superficiales del rango óptico., Revista Educativa de Soros, No. 10, 1996
3. Rothenhäusler B., Knoll W. Microscopía De Plasmón De Superficie, Naturaleza. 1988. No. 000. p. 615-617.
4. Nacido, lobo " Conceptos básicos de óptica", capítulo "Óptica de metales"
5. F. J. García-Vidal, L. Martín-Moreno Transmisión y enfoque de luz en metales unidimensionales periódicamente nanoestructurados., Físico. Rdo. B 66, 155
6. , S. G. Tikhodeev, A. Christ, J. Kuhl, H. Giessen . Polaritones de guía de ondas de plasmón en capas de cristal fotónico dieléctrico de metal, Física del Estado Sólido, 2005, volumen 47, número. 1
- Especialidad de la Comisión Superior de Certificación de la Federación de Rusia 01.04.03
- Número de páginas 155
Parte I. ONDAS DE MAGNETO-PLASMA DE SUPERFICIE LENTA EN SEMICONDUCTORES
Capítulo I. Fundamentos teóricos de la existencia de ondas electromagnéticas superficiales.
1.1. Estructura del campo electromagnético cerca de la superficie de un semiconductor magnetizado.
1.2. Teoría de las ondas superficiales lentas
Capitulo dos. Método experimental
2.1. Requisitos para el método experimental.
2.2. Principios generales de la técnica.
2.3. Configuración experimental
2.4. Acerca de la tecnología de medición
2.5. Opciones de muestra
Capítulo III. Modo de onda viajera
3.1. idea de experimento
3.2. Estudio de forma de frente de onda
3.3. Interferencia de onda lenta
3.4. Propiedades básicas de la onda.
3.5. Reflexión de la onda desde el borde del plano de la guía de ondas.
3.6. Eficiencia de excitación de ondas superficiales.
3.7. Conexión onda-superficie
Capítulo IV. Propagación de la guía de ondas del PMV.
4.1. El experimento decisivo
4.2. Formación del modo guía de ondas
4.3. Región de existencia de olas.
4.4. Atenuación de ondas superficiales lentas.
4.5. Efecto de la temperatura en la propagación de las ondas.
Capítulo V. Régimen de ondas estacionarias
5.1. Patrón de movimiento ondulatorio
5.2. Resonador plano Fabry-Perot
5.3. Dispersión de ondas superficiales
5.4. Estructura del campo de ondas
5.5. Polarización de ondas superficiales
5.6. vigas de helicón
Capítulo VI. Dispositivos basados en PMV lentos
Parte II. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS DE SUPERFICIE EN AGUA SALADA
Capítulo I. Revisión analítica
1.1. Historia de la investigación
1.2. Análisis de resultados negativos de la investigación.
1.3. Crítica al concepto de L.I. Mandelintamma
1.4. Una visión moderna de la onda Zenneck 1.5 Propiedades de la onda Zenneck
Capitulo dos. Búsqueda de ondas experimental
2.1. Método experimental
2.2. Observación de la onda Zenneck-Sommerfeld
2.3. PEV de pie sobre una superficie de agua plana
2.4. Experimentos con ondas viajeras.
2.5. Divergencia radial de la onda superficial.
2.6. Estructura de campo vertical
2.7. Emisor PEV Zenneka
Capítulo III. Aplicaciones de Zenneka PEV
3.1. Experimentos de laboratorio por ubicación.
3.2. Sobre la excitación de SEW en la superficie del océano.
3.3. El experimento natural de Hansen
3.4. Sobre la metodología de un experimento a gran escala.
3.5. Comunicaciones por radio marinas
3.6. radar PEV
Conclusiones de la Parte II. ¿Por qué no se ha observado la onda Zenneck en condiciones naturales?
RESULTADOS PRINCIPALES
Lista recomendada de disertaciones.
Fenómenos de ondas electromagnéticas en plasma de electrones en estado sólido confinado y en desequilibrio. 1998, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas Popov, Vyacheslav Valentinovich
Efectos de la transformación resonante de la polarización de ondas electromagnéticas en estructuras con plasma magnetoactivo de electrones bidimensionales. 2001, Candidata de Ciencias Físicas y Matemáticas Teperik, Tatyana Valerievna
Propagación y emisión de ondas electromagnéticas en una estructura abierta con plasma de electrones bidimensional y una red metálica periódica. 1998, Candidata de Ciencias Físicas y Matemáticas Polishchuk, Olga Vitalevna
Procesos ondulatorios y control de la radiación electromagnética en estructuras guías con frecuencia y dispersión espacial. 2010, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas Sannikov, Dmitry Germanovich
Ondas acústicas y de espín en semiconductores magnéticos, superconductores y estructuras en capas. 2009, Doctora en Ciencias Físicas y Matemáticas Polzikova, Natalya Ivanovna
Introducción de la tesis (parte del resumen) sobre el tema "Nuevos tipos de ondas electromagnéticas superficiales en medios conductores"
En 1873, James Clerk Maxwell formuló las ecuaciones que llevan su nombre y predijo la existencia de ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz. Los experimentos clásicos de Heinrich Hertz observaron ondas electromagnéticas en el espacio libre. Los resultados de estos experimentos rápidamente ganaron fama y reconocimiento mundial. La historia de los estudios de ondas electromagnéticas superficiales que surgen en la interfaz entre dos medios con diferentes propiedades dieléctricas no ha sido tan simple, verdaderamente dramática.
El concepto de "ondas electromagnéticas superficiales" (SEW) fue introducido en la ciencia por Arnold Sommerfeld, cuando en 1899 consideró el problema de una corriente axial en un cable largo y recto y obtuvo soluciones a las ecuaciones de Maxwell, cuya amplitud disminuye rápidamente con la distancia. desde la superficie del alambre. Él interpretó estas soluciones como SEW, quizás por analogía con las ondas acústicas de la superficie de Rayleigh. Al parecer, las ondas electromagnéticas superficiales fueron observadas experimentalmente por primera vez por R. Wood en 1902 durante la dispersión de electrones en una fina lámina metálica. El fenómeno no se entendió en ese momento y siguió siendo conocido como "anomalías de Wood" hasta la década de 1960. Los teóricos alemanes Kohn y Uller, siguiendo a A. Sommerfeld, establecieron que una interfaz plana entre un dieléctrico y un buen conductor tiene un efecto guía en la propagación de una onda corporal y que en una interfaz plana es posible SEW con bajas pérdidas.
En 1901 ocurrió un hecho histórico: Guglielmo Marconi realizó una transmisión de radio a través del Océano Atlántico en una frecuencia de 30 kHz. Este sorprendente descubrimiento generó especulaciones sobre el mecanismo de propagación de las ondas de radio. En ese momento, aún no se sospechaba de la existencia de la ionosfera de la Tierra, por lo que no se discutía la posibilidad de comunicación por radio a larga distancia debido al reflejo de un haz de radio de la ionosfera. En cambio, se sugirió que sus experimentos excitaban un nuevo tipo de onda de radio: una onda superficial (SW).
Quizás por esta razón, el estudiante graduado de Sommerfeld, Jacek Zenneck, comenzó a aclarar la cuestión en 1907. Señaló la conexión entre las investigaciones de Kohn y Uller con la cuestión de la propagación de las ondas de radio sobre la superficie terrestre. En el desarrollo de sus resultados, J. Zenneck demostró que en un medio con pérdidas no sólo pequeñas, sino también grandes, las ecuaciones de Maxwell con las condiciones de contorno correspondientes permiten una solución que puede llamarse onda superficial, dirigida por una interfaz plana entre dos medios de comunicación:
Vector P de Hercios) 6 es decir es una combinación de dos ondas planas, una de las cuales se localiza en el aire y la otra en el medio. Si el medio tiene conductividad finita, entonces a y P son complejos. La relación de dispersión para los PV que se propagan a lo largo de la interfaz entre medios con constantes dieléctricas 8 y e0 tiene la forma k k,
2 &0 O donde k y co son el vector de onda y la frecuencia de la onda; co-?
CO C c - velocidad de la luz en el vacío. La onda está "unida" a la superficie, su velocidad de fase es ligeramente mayor que la velocidad de la luz en un dieléctrico y depende de las propiedades de la superficie subyacente. Zenneck creía que el campo de un emisor real a gran distancia tendría la apariencia de la onda que encontró. Sin embargo, de su trabajo se desprende únicamente que las soluciones de la forma anterior son compatibles con las ecuaciones de la electrodinámica, la posibilidad de la existencia de PV, pero el campo no está relacionado de ninguna manera con la antena, es decir. El punto principal del problema de la radiación no ha sido revelado.
La primera teoría rigurosa de la propagación de ondas electromagnéticas emitidas por un dipolo situado en una interfaz plana entre dos medios homogéneos (tierra y aire) fue propuesta por A. Sommerfeld en una obra clásica de 1909. Un importante paso adelante que dio fue que no consideró que la Tierra fuera un conductor ideal y la atmósfera un aislante absoluto, y atribuyó a cada mitad una determinada constante dieléctrica y conductividad finitas.
Sommerfeld demostró que el campo electromagnético emitido por un dipolo se puede representar como la suma de una onda de superficie y una de volumen. Creía que el SW predomina a grandes distancias y así estableció la conexión entre la onda superficial y la fuente de radiación. En otras palabras, consideró probado que a largas distancias el campo desde una fuente puntual es un fotovoltaico Zenneck. El concepto de PV Tsennek, apoyado por la autoridad de Sommerfeld, fue aceptado casi en general durante mucho tiempo. Se aplicó a la interpretación de muchos fenómenos anómalos observados durante la propagación de ondas de radio, por ejemplo el llamado. "refracción costera", cuando una ola que viaja sobre el mar se refleja desde la orilla.
Sin embargo, a partir de 1919, en los trabajos teóricos de Weyl, Van der Pol, V. A. Fock y otros, esta conclusión fue cuestionada y considerada errónea. El propio A. Sommerfeld, reconociendo las inexactitudes en los cálculos, no consideró erróneo el concepto de onda superficial. La disputa entre teóricos sólo podría resolverse mediante la experimentación. Un experimento de este tipo fue realizado por primera vez por Feldman en 1933, quien estudió la propagación de ondas de radio cerca de la superficie de la Tierra (rayo terrestre) y no detectó SW. Luego, en 1937, Barrow intentó detectar la onda superficial de Zenneck excitando ondas de radio sobre la superficie del lago Senneck en el estado de Nueva York y también fracasó. En nuestro país se llevaron a cabo una serie de experimentos a gran escala bajo la dirección de los académicos L.I. Mandelstam y N.D. Papaleksi. Durante varios años, de 1934 a 1941, se estudió el campo de radiación de las antenas de radio convencionales, se estudió la propagación de ondas de radio a lo largo de la superficie terrestre (sobre tierra y mar), pero en ningún caso se observó una onda electromagnética de Zenneck en la superficie. . Desde entonces, en la radiofísica rusa se ha establecido firmemente la opinión de que es imposible excitar esta onda con emisores reales y que el concepto mismo de onda superficial de Zenneck no se corresponde con la realidad física.
Ha surgido una situación paradójica: la existencia de una onda electromagnética superficial se desprende de las ecuaciones de Maxwell, pero no se observa experimentalmente. Por tanto, se puso en duda la validez de las ecuaciones electrodinámicas. El deseo de resolver la paradoja obligó al autor a proponerse la tarea de realizar una investigación independiente en condiciones de laboratorio. El resultado obtenido confirma la exactitud de Sommerfeld y Zenneck y elimina la contradicción.
Como resultado de los acontecimientos descritos, el interés por las ondas electromagnéticas de superficie disminuyó considerablemente y en los años 40 y 50 prácticamente no se estudiaron. En los años 60 se produjo un resurgimiento del interés por las SEW en relación con el estudio de la interacción de la radiación con la materia, principalmente con sólidos y plasma. Al parecer, Stern y Ferrell fueron los primeros en demostrar que los picos observados en la región de baja energía durante la dispersión inelástica de electrones rápidos en una lámina metálica (anomalía de Wood) pueden explicarse por la excitación de los plasmones superficiales en la interfaz entre el metal y la superficie. película de óxido que lo recubre. Los experimentos de Powell confirmaron las predicciones de la teoría. El plasmón de superficie se describe en la parte superior de la curva de dispersión SEW, ubicada cerca de la frecuencia del plasma. (curva 4 en la Fig. 2)
En los últimos años, las ondas electromagnéticas superficiales se han estudiado teóricamente y observado experimentalmente en varios laboratorios de todo el mundo. Al mismo tiempo, se llegaron a dos conclusiones importantes. En primer lugar, se dio una definición clara de onda superficial: es una onda que decae exponencialmente a medida que se aleja de la superficie por la que se propaga. La distribución del campo de olas es la mejor evidencia de su naturaleza superficial. En segundo lugar, se muestra que una onda superficial puede considerarse un tipo de vibración característica para una superficie determinada. La excitación de la PV es un problema independiente y no debe confundirse con las condiciones de existencia de la onda. Dado que la velocidad de fase del SEW es algo diferente de la velocidad de la luz en el aire, puede excitarse usando una onda corporal sólo si se cumple la condición de sincronismo: igualdad aproximada de las velocidades de fase, o más precisamente, igualdad de los componentes de vectores de onda en la dirección de propagación. De esto se deduce que no todos los emisores pueden excitar una onda superficial. Según los conceptos teóricos modernos, son posibles dos casos (Fig.1 del trabajo)
Regiones de existencia de los SEV Fano y Zenneck
Tsennek 8 p o
1) cantidad del complejo electrónico,0. Luego, en la interfaz existen los llamados Ondas de Fano con velocidad de fase V< с (прямая 5 на рис2), наблюдающиеся в газоразрядной плазме (поверхностные плазмоны), в полупроводниках и металлах. В настоящее время они активно исследуются и применяются в спектроскопии поверхности .
2) cantidad compleja z, c" > -8o, c" > 0, . Aparece una onda de Zenneck superficial con velocidad de fase V > c en la interfaz plana (línea recta 6 en la Fig. 2). Esta ola no se había observado antes de nuestro trabajo. La interfaz (curva 1 en la Fig. 1) entre las regiones de existencia de Fano y Zenneck está determinada por la ecuación s
0 e0 donde 8=8" + 18"
Al pasar de una interfaz plana a una curva con un radio de curvatura pequeño, menor que la longitud de onda, la onda de Zenneck se transforma en una onda de Sommerfeld. Este último se describe mediante otra ecuación de dispersión más compleja, que incluye las funciones cilíndricas de Bessel y Hankel. Un grupo de investigadores logró excitar en condiciones de laboratorio una onda SEW de Zenneck-Sommerfeld en el rango de microondas, demostrar su naturaleza superficial y medir sus características principales.
Una nueva etapa en el estudio de SEW en plasmas gaseosos y de estado sólido está asociada a la consideración de la influencia de un campo magnético externo en el medio conductor. En un campo magnético, el medio conductor se vuelve girotrópico y aparece una nueva característica: la frecuencia de rotación ciclotrón de los portadores, lo que conduce a un cambio en las propiedades de los SEM conocidos (Fig. 2). El plasmón superficial (curva 4 en la Fig. 2), por ejemplo, se transforma en magnetoplasmón con una velocidad de fase ligeramente menor (varios %). Sin embargo, se creía que la influencia del campo magnético no era muy significativa.
El autor estableció experimentalmente (junto con V.I. Baibakov) que en un campo magnético constante las propiedades electrodinámicas de la superficie de un medio conductor cambian drásticamente. Esto conduce al surgimiento de una clase fundamentalmente nueva de ondas electromagnéticas superficiales (curva 1 en la Fig. 2). Existen sólo en la superficie del plasma magnetizado, tienen propiedades únicas y se propagan con velocidades de fase mucho más bajas que la velocidad de la luz en el vacío, por lo que las llamamos ondas de magnetoplasma de superficie lenta (SMW). A veces en la literatura se les llama helicones de superficie u ondas de Baibakov-Datsko.
Espectro de excitaciones electromagnéticas superficiales 1-PMV lento; 2 luces en dieléctrico; 3 ondas de Langmuir: plasmones volumétricos; plasmones de 4 superficies en plasma (polaritas en dieléctricos, magnones en imanes); onda de 5 fans; 6-Ola Zenneck;
La tesis consta de dos partes: la primera parte está dedicada a las ondas lentas de magnetoplasma superficial en semiconductores, la segunda parte está dedicada a las ondas electromagnéticas superficiales en agua salada. Descubrimos PMV lentos en sólidos en 1971. Durante su
Después de diez años de estudio, se desarrolló una técnica para la excitación, separación del campo mixto, identificación y medición de las principales características de las ondas electromagnéticas superficiales en condiciones de laboratorio. Esto permitió en los años siguientes demostrar experimentalmente la existencia de una onda electromagnética superficial de Sommerfeld-Zenneck.
PMV lento en 1p8b
La teoría de los PMV lentos en plasmas semiconductores se construyó después de su descubrimiento experimental. La existencia y las propiedades de las ondas de magnetoplasma de superficie lenta se derivan de las soluciones de las ecuaciones de Maxwell escritas para un medio conductor limitado con condiciones de contorno apropiadas y se describen mediante una ecuación de dispersión de cuarto orden. La teoría del fenómeno fue construida por un grupo de teóricos de Jarkov bajo el liderazgo de V. M. Yakovenko. Sus principales disposiciones son las siguientes.
En un campo magnético constante, las propiedades electromagnéticas de un semiconductor son anisotrópicas. Si el vector del campo magnético H se dirige a lo largo del eje Ob, entonces la constante dieléctrica del medio está descrita por el tensor girotrópico 0
XX xy 0 xy yy
0 0 donde los componentes fuera de la diagonal corresponden a la corriente Hall de alta frecuencia.
En un semiconductor en un campo magnético constante, hay dos ondas electromagnéticas volumétricas (anti-helicón ordinario y helicón extraordinario, caracterizadas por la dirección opuesta de polarización circular) con diferentes características de propagación. A frecuencias mucho más bajas que la frecuencia de colisión de los portadores V, así como del plasma Jp y del ciclotrón coc (con « Shp, coc, V) bajo la condición V « coc, las ondas extraordinarias tienen una ligera atenuación y el semiconductor resulta ser un medio transparente para ellos con un gran índice de refracción efectivo. Sin embargo, ninguna de estas ondas puede ser superficial, ya que no satisfacen las condiciones de contorno en la superficie del semiconductor, que consisten en la continuidad de los componentes del vector de intensidad del campo magnético de la onda en la interfaz. Estas condiciones se satisfacen para la superposición de ondas ordinarias y extraordinarias que forman ondas de magnetoplasma superficial en la interfaz.
11 de dos tipos: rápidos (y ~ c), que en ausencia de un campo magnético externo se transforman en ondas electromagnéticas superficiales conocidas (plasmones superficiales) y lentos (y ~ c) PMV, que no existen sin un campo magnético.
Deje que el semiconductor ocupe el medio espacio.<0 и граничит с вакуумом. Тогда, при условиях у « С0С; С22| » |8ху| » |£хх|:
8 XX £ 22 xy la dispersión y la región de existencia de ondas lentas están determinadas por las relaciones
2 2 S SOZ en [£уу (1 + БШ 2 в) + 218ух БШ en
Después de la simplificación (2) toma la forma с = к2Нпс 2 ме
Ya0.ush@< О где 3 = а затухание:
A co (ku ~ k*)exhu co y L, 2 yy
5) el ángulo entre el campo magnético H 0 y el vector de onda bidimensional k en el plano de separación de los medios, X2~componente del vector de onda en el medio, cofrecuencia, c-velocidad de la luz en el vacío, n-concentración de los principales portadores de carga en el semiconductor, carga del electrón e.
La relación (2a) muestra que los PMV lentos tienen una ley de dispersión cuadrática, la relación (3) muestra que la propagación de ondas a lo largo del campo magnético es imposible, es decir las ondas son oblicuas y existen sólo en dos sectores estrechos. La relación (4) significa que las ondas son no recíprocas (unidireccionales) con respecto a la dirección
12 campo magnético constante. Las ondas de magnetoplasma de superficie lenta pueden existir en los siguientes medios:
1) en un semiconductor de un solo componente con una concentración de portadora relativamente baja, cuando la corriente de polarización es mayor que la corriente de conducción;
2) en un plasma de estado sólido de un solo componente denso (la corriente de polarización es pequeña) con una masa anisotrópica de portadores; Algo similar se observa, por ejemplo, en los semiconductores multivalle;
3) en un plasma denso de un solo componente con electrones magnetizados y agujeros no magnetizados.
En la Fig. 3 se muestra un diagrama de la región de existencia de PMV lentos en un semiconductor específico, el antimonuro de indio. X
Fig. 3. Región teórica de existencia de ondas superficiales lentas en antimonuro de indio (vista superior de la superficie del semiconductor). e1 = 45°-60°, e2 = 135°-150°. La flecha rizada indica la dirección del campo magnético.
Descubrimos experimentalmente PMV lentos y los estudiamos en antimonuro de indio, un semiconductor con alta movilidad de portador (hasta l
77000 cm /V.sec a T=ZOOK), principalmente a temperatura ambiente, en el rango de frecuencia 10 MHz - 2 GHz y en campos magnéticos de hasta 30 kOe. El método experimental desarrollado por el autor permitió excitar y recibir ondas lentas y estudiar sus propiedades en varios modos de propagación:
Onda estacionaria (resonador plano de Fabry-Perot);
Guía de ondas;
Una onda plana que viaja sobre una superficie libre.
Fue en esta secuencia que el experimento se desarrolló a lo largo del tiempo. Cada uno de estos modos permitió determinar aquellas características de la onda que no se podían obtener por otros métodos, reproduciendo
13 creyeron y complementaron a los demás. La evidencia experimental de la existencia de una nueva clase de ondas electromagnéticas superficiales se reduce a los siguientes hechos establecidos.
Región de existencia.
La Figura 8 muestra un diagrama de uno de los experimentos en el que se observaron ondas que viajaban a lo largo de una superficie libre. La dependencia de la potencia de la señal de RF que pasa a lo largo de la superficie del semiconductor de la orientación del campo magnético se muestra en la Fig. 20. Se puede observar que en la superficie de un semiconductor magnetizado hay dos direcciones seleccionadas en las que se observa la mayor transmisión de señal. Estas direcciones coinciden con los sectores del área teórica de existencia de PMV lentos.
Lentitud de la ola.
Se registró el tipo de onda que viaja a lo largo de la superficie en una dirección seleccionada determinada, en un cierto ángulo con respecto al campo magnético (Fig. 18). La comparación de su longitud X con la longitud de una onda electromagnética de la misma frecuencia en el vacío X0 muestra que 103 I, es decir X « X0 y la ola es lenta.
Dispersión
Al medir la dependencia de la longitud de onda con la frecuencia y la intensidad del campo magnético, se estableció que su dispersión es cuadrática y coincide con la teórica, determinada por la relación (2); la curva de dispersión se muestra en la Fig. 43. La dispersión depende de la magnitud del campo magnético, es decir la onda es magnetoplasma.
No reciprocidad
Numerosos experimentos han establecido que las ondas lentas se propagan unidireccionalmente, lo que se confirma, en particular, en las figuras 17, 20. La propagación unidireccional también se observó en el modo de propagación de su guía de ondas (figura 31). Los modos de guía de ondas se forman cuando la superficie del semiconductor está limitada por bordes paralelos normales al campo magnético. En este caso, la onda se propaga a través del campo.
Conexión de superficie
Las direcciones de propagación de las ondas están determinadas de forma única no sólo por la orientación del campo magnético externo, sino también por la orientación de la normal a la superficie del semiconductor. Este efecto de "unión a la superficie" se manifiesta claramente cuando se excita una onda en los planos de una placa de antimonuro de indio magnetizada paralelamente a su plano. El diagrama registrado experimentalmente de las direcciones de propagación de las ondas en los planos de la placa se muestra en la Fig. 28. Las ondas excitadas en los planos superior e inferior de acuerdo con la orientación de las normales a estos planos corren en direcciones opuestas entre sí.
Estructura transversal del campo de ondas.
La distribución del campo se muestra en la Fig. 44. Se puede ver que el campo de la onda superficial disminuye en ambos lados de la superficie del semiconductor, pero su máximo no está en la superficie, sino que se desplaza profundamente hacia el medio. Esta distribución de amplitud es inusual para las ondas superficiales y no se observa para otras ondas de este tipo (ondas electromagnéticas superficiales rápidas, ondas capilares gravitacionales en la superficie de un líquido, ondas acústicas superficiales). El desplazamiento del campo de ondas máximo debajo de la superficie del semiconductor se debe a las peculiaridades de la propagación de ondas electromagnéticas en un medio girotrópico y se explica por la interferencia de dos ondas parciales que existen en la mayor parte del semiconductor (ordinaria y extraordinaria). ) y tienen diferentes tasas de desintegración del campo en lo profundo del semiconductor y están en antifase en su superficie.
Atenuación
Para el antimoniuro de indio intrínseco a temperatura ambiente y en un campo magnético de 18 kOe, la atenuación es de 2,7 dB o 1,35 veces la amplitud por longitud de onda. En las mismas condiciones, la longitud de onda en la dirección del campo magnético es ~7 mm (en la dirección de propagación X-5 mm), por lo que la atenuación por unidad de longitud es aproximadamente 0,4 dB/mm o el doble de la amplitud a una distancia de 10 milímetros. Para un PMV lento, la atenuación por longitud de onda es constante y no depende de la frecuencia.
Polarización
La transmisión máxima de señal a lo largo de la superficie de la muestra (Fig.46) se observa cuando se instala un radiador que excita la onda TE (el componente H del campo es normal a la superficie), lo que corresponde a la teoría PMV. Estrictamente hablando, la onda está polarizada elípticamente.
La importancia científica y práctica de los resultados obtenidos radica en el hecho de que el espectro de las oscilaciones electromagnéticas superficiales conocidas del rango de frecuencia óptica (plasmones, polaritones, magnones) se complementa con dos nuevas ramas: una onda de magnetoplasma superficial lenta y una onda rápida de Sommerfeld. Onda de Zenneck, descubierta en el rango de HF y microondas, que abre una nueva dirección de investigación de HF en electrodinámica de superficies.
A partir de PMV lentos se desarrollaron nuevos métodos para estudiar la superficie de medios conductores (metales, semiconductores, plasma), métodos para determinar los parámetros de semiconductores, diagnóstico de plasma sólido, así como nuevos tipos de sensores de campo magnético y dispositivos de ingeniería de radio. para diversos fines, se pueden crear dispositivos activos de microondas de estado sólido y TWT de magnetoplasma, elementos controlados de sistemas ópticos planos de procesamiento de información.
La importancia de la investigación se extiende más allá de la física del estado sólido. En la ionosfera de la Tierra existen condiciones favorables para la propagación de ondas lentas de magnetoplasma. Si se descubren experimentalmente, es posible utilizar los PMV para la investigación y la influencia activa en la ionosfera terrestre, así como para crear canales de comunicación por radio adicionales.
Una prioridad
Cualquier fenómeno físico nuevo debe ser discutido y reconocido por la comunidad científica, por lo que conviene brindar información sobre su prioridad y reconocimiento en Rusia y en el extranjero.
La posibilidad de la existencia de PMV lentos fue fundamentada teóricamente en el artículo de S. I. Khankina y V. M. Yakovenko "Sobre la excitación de ondas electromagnéticas superficiales en semiconductores", recibido por los editores de la revista "Solid State Physics" el 19 de julio. 1966. . La detección experimental de ondas lentas fue informada por V.I. Baibakov y V.N. Datsko en el artículo prioritario "Ondas superficiales en ln8b", recibido por los editores de la revista "JETP Letters" el 17 de enero de 1972.
Después de que publicamos nuestros trabajos principales, aparecieron artículos que abordaban la prioridad y la importancia del nuevo fenómeno. Por ejemplo, el artículo de Fly y Queen señaló que "Baibakov y Datsko presentaron resultados experimentales que indican que existe una nueva onda superficial de baja frecuencia en el plasma de HnSb con agujeros de electrones a temperatura ambiente"; A. B. Davydov y V. A. Zakharov señalan la prioridad de S. I. Khankina y V. M. Yakovenko en la investigación teórica, V. I. Baibakova y V. N. Datsko en la investigación experimental de un nuevo tipo de ondas superficiales. En el artículo de E.A. Kaner y V.M. Yakovenko en la revista "Advances in Physical Sciences" se señala que la onda superficial del helicón, predicha
16 involucrado en el trabajo fue descubierto recientemente experimentalmente por Baibakov y Datsko en antimonuro de indio."
La cuestión de la fiabilidad del fenómeno descubierto fue ampliamente discutida en la literatura científica; en la discusión se demostró la autenticidad. La confirmación experimental independiente fue obra de G. Ruybis y R. Tolutis.
Ondas electromagnéticas superficiales en agua salada.
Cualquier fuente real de campo electromagnético ubicada en la interfaz entre dos medios excita ondas tanto superficiales como volumétricas; separarlas resulta una tarea experimental difícil. En nuestros experimentos, se observaron SEW en condiciones de laboratorio en la superficie de agua de salinidad variable (principalmente 35%) en el rango de frecuencia de 0,7 a 6,0 GHz. Se utilizaron métodos previamente desarrollados para excitar y estudiar ondas superficiales estacionarias y viajeras.
En el modo de onda estacionaria, la onda de Sommerfeld-Zenneck (una modificación cilíndrica de un PV Zenneck plano) se observó por primera vez en una columna de agua salada colocada entre dos láminas de metal que representan un resonador plano de Fabry-Perot. Se midieron la dispersión y distribución transversal del campo, indicando claramente su naturaleza superficial. También se estudió una onda electromagnética superficial sobre una superficie plana de agua en un resonador de dos placas planas paralelas sumergidas en agua en condiciones de resonancia dimensional. Al mismo tiempo, se separó el PV de los campos volumétricos y se midió su estructura de amplitud.
En el modo de onda viajera, utilizando un emisor especialmente diseñado, fue posible arrancar la radiación volumétrica de la superficie y dirigirla hacia arriba en un gran ángulo hacia el horizonte, liberando así el PV de la mezcla del campo volumétrico. En la radiación de dicha fuente ubicada sobre la superficie del agua, se detecta la presencia de una onda que se propaga a lo largo de la superficie, cuya amplitud disminuye con la distancia p al emisor, lo que corresponde a la divergencia del PV excitado por una fuente axialmente simétrica. Las mediciones de la estructura vertical del campo en esta onda mostraron que el campo disminuye exponencialmente con la distancia a la superficie, y las dependencias medidas de la altura de localización con la frecuencia y la salinidad del agua resultaron estar en buen acuerdo con los cálculos teóricos.
Un análisis de los resultados del único experimento que conocemos (Hansen, EE. UU., 1974) sobre la propagación de un campo electromagnético en el rango de decámetros (5-30 MHz), excitado por antenas especiales, sobre la superficie del océano a lo largo de un camino Se realizó un recorrido de 237 km. A diferencia de Hansen, que encontró una anomalía inexplicable en la propagación del campo electromagnético, llegamos a la conclusión de que en su experimento se excitaba una mezcla de ondas volumétricas y superficiales, y la trayectoria misma seleccionaba ondas menos amortiguadas. Hemos demostrado que en frecuencias por debajo de cierta frecuencia crítica dependiente de la salinidad (15 MHz en el caso de Hansen), el fotovoltaico Zenneck se atenúa mucho menos que el haz de tierra. En consecuencia, a una frecuencia superior a 15 MHz, la propagación del campo electromagnético se produjo en forma de haz de tierra, y a una frecuencia inferior a 15 MHz, en forma de Zenneck PV, lo que explica la anomalía. Los datos de atenuación relativa del SW obtenidos del trabajo de Hansen concuerdan bien con los resultados de nuestras propias mediciones de laboratorio.
Observar e identificar la onda de Zenneck en el laboratorio es el primer paso para estudiar este fenómeno. El siguiente paso es estudiarlo en condiciones naturales. Hemos considerado varios aspectos de la propagación del SW sobre la superficie del océano (curvatura de la Tierra, influencia de las olas) desde el punto de vista de la posibilidad de crear nuevos canales de comunicación por radio de largo alcance y un radar de ondas de superficie Zenneck.
El material de tesis se presenta en la siguiente secuencia.
Parte I. PMV lentas en semiconductores
El capítulo I examina el espectro de ondas electromagnéticas normales en la superficie de un semiconductor magnetizado y describe la teoría de una onda de magnetoplasma de superficie lenta.
El Capítulo II describe la técnica experimental, la configuración experimental y los parámetros de las muestras.
En el Capítulo III se estudiaron las ondas que viajan a lo largo de una superficie libre, se encontró la región de su existencia, la forma de la onda, la no reciprocidad de propagación y la dependencia de la longitud del ángulo entre la dirección de su propagación y la orientación de Se estableció el campo magnético, se separaron la onda superficial y el helicón subterráneo.
El capítulo IV está dedicado a las ondas superficiales en estructuras limitadas (modo de propagación de guías de ondas). Se estableció la región de existencia de una onda en un campo magnético, se midió la atenuación y la influencia de la temperatura en las características de propagación y se demostró la pronunciada no reciprocidad y unidireccionalidad de la propagación de la onda en relación con un campo magnético.
El Capítulo V presenta los resultados de un estudio en el modo de onda estacionaria en un resonador de superficie Fabry-Perot. Se considera el patrón del movimiento ondulatorio, se determina su estructura, dispersión y velocidad. Se describe el efecto de una concentración inusual del campo de ondas volumétricas, la formación de haces de helicones en el volumen de un semiconductor, descubierto durante el estudio de las PMF lentas.
En el Capítulo VI se proponen 12 dispositivos de ingeniería radioeléctrica que podrían crearse basándose en ondas magnéticas superficiales lentas.
Parte II Ondas electromagnéticas superficiales en agua salada
El capítulo I proporciona un análisis del trabajo sobre ondas electromagnéticas superficiales sin campo magnético: se dan los puntos fundamentalmente importantes de la teoría de A. Sommerfeld; se revisa críticamente el concepto teórico de L.I. Mandelyptamma; se presenta una visión moderna de las ondas electromagnéticas superficiales; Se describen las propiedades básicas de la onda Zenneck.
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RESULTADOS PRINCIPALES
1 Se ha demostrado que existen ondas electromagnéticas superficiales lentas en un campo magnético en la interfaz entre un medio similar al plasma y un dieléctrico.
2 El espectro de oscilaciones electromagnéticas superficiales se complementa con una rama de baja frecuencia: se descubrieron y estudiaron ondas lentas de magnetoplasma en antimonuro de indio a 200-400 K, en los rangos de HF y microondas y en campos magnéticos de hasta 30 kOe. Se establece el dominio de la existencia; dispersión; velocidad de fase y atenuación, estructura de campo transversal; polarización.
3 Se ha establecido que en un semiconductor magnetizado, el helicón voluminoso cerca de la superficie se transforma en una onda pseudosuperficial.
4 Se ha desarrollado un método experimental para estudiar el magnetoplasma lento superficial y las ondas electromagnéticas rápidas en la superficie de medios conductores.
5 Se descubrió el fenómeno de la “punción electromagnética”: en una placa de antimonuro de indio colocada en un campo magnético normal a su plano, el campo electromagnético de microondas, con excitación no homogénea, se propaga por todo el volumen en forma de onda con un campo anormalmente concentrado. , diferente del conocido helicón.
7 Se han propuesto 12 dispositivos basados en ondas de magnetoplasma de superficie lenta y se han obtenido dos certificados de autoría.
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