Волновод

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Эта статья о волноводах в самом общем смысле. Для обычных металлических труб волноводов, см. Волновод (электромагнетизм). Для оптических волноводов, см. Волновод (оптика).[1]
Волновод. Раздел гибких волноводов с волноводным фланцем - разъемом для соединения секций волновода, как фланец трубы - волновода, будучи полой металлической трубой для СВЧ энергии.[2]
Электрическое поле внутри x-band (внутренняя область электромагнитного спектра) полого металлического волновода.[3]

Волновод — оптические, пустотелые устройства с диэлектриком, проводящие элетромагнитные волны в прозрачных оптических материалах и материальных средах.

Волновод — полая или заполненная диэлектриком со светопрозраными оптическими материалами металлическая труба, в которой осуществляется направленное движение электромагнитного поля. В волноводе практически отсутствуют потери излучения. Потери проводимости в металле из-за отсутствия по сравнению с коаксиалом внутреннего провода, в волноводе меньше, чем в коаксиальной линии: волновод заполненный воздухом, имеет малые диэлектрические потери.

Принцип работы[править]

Пример волноводов и диплексеров en:Diplexer в РЛС управления воздушным движением.

Волны распространяются во всех направлениях в открытом космосе в виде сферических волн en:Wave_equation#Spherical_waves. Сила волны падает с расстоянием R от источника, как квадрат расстояния (закон обратных квадратов en:Inverse-square_law). Волноводе рамках волны распространяются в одном измерении, так что, при идеальных условиях, волна не теряет мощности при распространении. Проводники, как правило, используется в волноводах имеют малую глубину кожи и, следовательно, большое сопротивление поверхности. Вследствие полного отражения у стен, волны приурочены к интерьеру волновода. Распространения внутри волновода, следовательно, можно охарактеризовать примерно как "зигзаг" между стенами. Это описание точно для электромагнитных волн в полых металлическая трубах прямоугольного или круглого сечения.

История[править]

Первая система руководящих волн была предложен J. J. Thomson в 1893 году, и впервые была экспериментально проверена Оливер Лодж в 1894 году. Первый математический анализ электромагнитных волн в металлическом цилиндре была выполнена Лорд Рэлей в 1897 году.[3] [N. W. McLachlan, Теория и приложения функций Матье, р. 8 (1947) (переиздание издательством Dover: Нью-Йорк, 1964).] Для звуковых волн, Лорд Рэлей опубликовал полный математический анализ режима распространения в своей фундаментальной работе “Теория звука”.[4]

Исследование диэлектрических волноводов (например, оптические волокна, см. ниже) началась еще в 1920-е годы, несколько человек, наиболее известными из которых являются Рэлей, Зоммерфельд и Дебай.[5] Оптическое волокно начало получать особое внимание в 1960-е годы из-за его важности для отрасли связи.

Применение[править]

Использование волноводов для передачи сигналов были известны еще до того, как термин был придуман. Феномен звуковые волны с гидом через туго натянутые провода были известны в течение длительного времени, а также звука (звуковых волн) с помощью полой трубки, таких как пещеры (полое место в земле) или медицинский стетоскоп. Другие виды использования волноводов в мощной передаче между компонентами системы, такими как радио, радиолокационных или оптических приборов. Волноводы являются основополагающим принципом волноводного тестирования (GWT), один из многих методов неразрушающего контроля.

Конкретные примеры:

  • Оптические волокна передают свет и сигналы на большие расстояния и с большим уровенем сигнала.
  • В СВЧ волновод передает мощность магнетрона, где волны образуются, для варочной камеры.
  • В радарах, волновод передает радиочастотную энергию и энергию от антенны, где Импеданс en:Electrical_impedanceдолжен быть подобран для эффективной передачи энергии (см. ниже).
  • Волноводы под называним stripline могут быть созданы на печатной плате, и используются для передачи СВЧ сигналов на доске. Этот тип волновода очень дешев в изготовлении и имеет небольшие размеры, которые соответствуют внутренним печатным платам.
  • Волноводы используются в научных инструментов для измерения оптических, акустических и упругих свойств материалов и объектов. Волновод может быть введен в контакт с образцом (как в медицинском ультразвуковм исследование (УЗИ), в этом случае волновод обеспечивает и сохраняет мощность. Для тестирования волны или образец волновод должен быть размещен внутри волновода (как с диэлектрической проницаемостью измерения)[6], так что мелкие объекты могут быть проверены и точность лучше.

Электромагнитные волноводы[править]

Оптические волноводы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Волновод (оптика)

Акустические волноводы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Акустические волноводы

Синтез звука[править]

Акустический волновод — это физическая структура, которая направляет звуковые волны. Воздуховод для распространения звука также ведет себя как линия передачи. Воздуховод содержит некоторые среды, такие как воздух, что поддерживает распространения звука.

См. также[править]

Примечание[править]

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Waveguide
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Waveguide
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/Waveguide
  4. Теория звука, J. W. S. Рэлея, (1894)
  5. Advanced Engineering Электромагнетизма, К. А. Balanis, John Wiley & Sons (1989).
  6. J. Р. Бейкер-Джарвис, "передачи / отражения и короткого замыкания линии измерения диэлектрической проницаемости", NIST tech. внимание, 1341, Июль 1990