爬波(Creeping Waves)和表面波(Surface Waves)对于刚接触的人来说容易混淆。
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爬波和表面波
电磁波的爬波(Creeping Waves)和表面波(Surface Waves)在传播特性和应用场景上存在显著的异同,
爬波
定义:爬波是一种特殊的沿着弯曲界面绕行的波,它是有关声散射的一个现象。当第一媒质传播的波遇到第二媒质构成的具有弯曲界面时,以90度入射弯曲界面,入射波会向几何阴影区沿着弯曲界面行进,而且在不过快衰减的情况下,有可能爬回到照明区,甚至可能沿界面环绕障碍物几周,才衰减殆尽。
传播特性:爬波主要沿工件表面下一定距离处在横波和表面纵波之间传播,是纵波的一种。爬波主瓣的角度约在80度左右,几乎垂直于工件的厚度方向,因此对垂直性裂纹有很好的检测灵敏度。
应用场景:爬波在声学领域有广泛应用,特别是在超声检测中,用于检测工件中的垂直性裂纹。
表面波
定义:表面波指的是当介质表面受到交变应力作用时,产生沿介质表面传播的波。在电磁波领域,表面波指被限制在两种媒质交界面上,并沿该界面传播的电磁波。
传播特性:表面波沿物体表面传播,具有极低的传播速度和极短的波长,它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。表面波的传播速度通常小于自由空间的波速,因此传输表面波的结构被称为慢波结构。此外,表面波还可以分为快波(或称漏波)和慢波(或称聚波)两类。
应用场景:表面波在电磁波传播中起着重要作用,特别是在天线之间的相互耦合和辐射特性方面。表面波不仅会增强相互耦合,还会增强横向辐射,从而导致内轴瞄准增益降低。因此,在天线设计中,需要采取措施来减少表面波的影响,以提高天线的辐射效率和方向性。
相同点:
两者都是沿介质表面或界面传播的波。
两者在传播过程中都会受到介质性质的影响。
不同点:
定义和传播机制:爬波是有关声散射的一个现象,主要沿工件表面下一定距离处在横波和表面纵波之间传播;而表面波则是沿介质表面传播的电磁波,其传播速度通常小于自由空间的波速。
应用场景:爬波主要用于超声检测中的裂纹检测;而表面波则在天线设计、电磁波传播等方面有广泛应用。
传播速度和波长:爬波的传播速度和波长特性与具体的工件材料和结构有关;而表面波的传播速度通常小于自由空间的波速,波长极短。
在BAN中的应用
无线体域网 (BAN) 需要带有低功率设备的可穿戴天线,以限制与微波的生物相互作用并延长电池寿命。
为了优化功耗,将所有传播机制集成到适当的 BAN 信道模型中以正确估计链路预算至关重要。通道模型包括统计和确定性部分。统计部分与步行/跑步场景中手臂/腿/头部位置的变化或天线相对于身体的位移有关,例如,由于呼吸或衣服的轻微位移。
在BAN中,由于传感器和天线设计在人体的不同位置,因此考虑爬波和表面波的影响是必不可少的。
[1] S. M. Pishnamaz, X. Zeng, H. D. Trefná, M. Persson, and A. Fhager, “Reducing Waves on the Body Surface in Near-Field Medical Diagnostics by a Dielectric Rod Antenna,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 71, no. 10, pp. 7958–7969, Oct. 2023, doi: 10.1109/TAP.2023.3305097.