Dalga kılavuzu (radyo frekansı) - Waveguide (radio frequency)

Standart dalga kılavuzu bileşenlerinin toplanması.

Gelen radyo frekans tekniği ve iletişim mühendislik , dalga kılavuzu taşımak için kullanılan içi boş metal bir borudur radyo dalgaları . Bu tip dalga kılavuzu bir olarak kullanılan iletim hattı çoğunlukla en mikrodalga mikrodalga bağlantı gibi amaçlarla, frekanslar vericileri ve alıcıları kendi için antenleri gibi ekipmanda, mikrodalga fırınlar , radar setleri, uydu iletişimi ve mikrodalga radyo bağlantıları.

Bir (metal boru) dalga kılavuzundaki elektromanyetik dalgaların, kılavuzun karşıt duvarları arasında tekrar tekrar yansıtılarak kılavuz boyunca zikzak bir yolda ilerlediği düşünülebilir. Dikdörtgen dalga kılavuzunun özel durumu için, kesin bir analizi bu görüşe dayandırmak mümkündür. Dielektrik dalga kılavuzundaki yayılma , yüzeyindeki toplam iç yansıma ile dielektrikle sınırlı dalgalar ile aynı şekilde görülebilir . Işınımsız dielektrik dalga kılavuzları ve Goubau çizgisi gibi bazı yapılar, dalgayı sınırlamak için hem metal duvarları hem de dielektrik yüzeyleri kullanır.

Prensip

Bir hava trafik kontrol radarındaki dalga kılavuzları ve bir çift yönlüleştirici örneği

Frekansa bağlı olarak, dalga kılavuzları iletken veya dielektrik malzemelerden yapılabilir. Genel olarak, geçirilecek frekans ne kadar düşük olursa, dalga kılavuzu o kadar büyük olur. Örneğin, iletken iyonosfer ile yer arasındaki boyutların ve ayrıca Dünya'nın medyan yüksekliğindeki çevrenin verdiği yeryüzü formlarının doğal dalga kılavuzu, 7.83 Hz'de rezonanslıdır. Bu Schumann rezonansı olarak bilinir . Öte yandan, aşırı yüksek frekanslı (EHF) iletişimlerde kullanılan dalga kılavuzlarının genişliği bir milimetreden daha az olabilir.

Tarih

1930'ların başlarında, Holmdel, New Jersey'deki Bell Labs'de yürütülen, mil uzunluğundaki deneysel dalga kılavuzunun önünde dalga kılavuzları geliştiren George C. Southworth , araştırmasında kullanıldı.
Southworth (solda) 1938'deki IRE toplantısında dalga kılavuzunu göstererek, bir diyot detektörüne kaydolan 7.5 m esnek metal hortumdan geçen 1.5 GHz mikrodalgaları gösteriyor.

1890'larda teorisyenler kanallardaki elektromanyetik dalgaların ilk analizlerini yaptılar. 1893 civarında JJ Thomson , silindirik bir metal boşluk içindeki elektromanyetik modları türetmiştir. 1897'de Lord Rayleigh , dalga kılavuzlarının kesin bir analizini yaptı; Hem iletken tüpler hem de keyfi şekilli dielektrik çubuklar boyunca yayılan elektromanyetik dalgaların sınır değer problemini çözdü . O dalgaları sadece belirli zayıflama olmadan seyahat göstermiştir , normal mod ile ya elektrik alanı ( TE modu ) ya da manyetik alan ( TM modları yayılma yönüne dik) ya da her ikisi. Ayrıca her modun altında dalgaların yayılmayacağı bir kesme frekansı olduğunu gösterdi . Belirli bir tüp için kesme dalga boyu, genişliğiyle aynı sırada olduğundan, içi boş bir iletken tüpün, çapından çok daha büyük radyo dalga boylarını taşıyamayacağı açıktı. 1902'de RH Weber, elektromanyetik dalgaların tüplerde boş uzaya göre daha yavaş hareket ettiğini gözlemledi ve bunun nedenini ortaya çıkardı; dalgaların duvarlardan yansıdığı gibi "zikzak" bir yolda ilerlediğini.

1920'lerden önce, radyo dalgaları üzerindeki pratik çalışmalar, radyo spektrumunun düşük frekanslı ucunda yoğunlaştı, çünkü bu frekanslar uzun menzilli iletişim için daha iyi idi. Bunlar, büyük dalga kılavuzlarında bile yayılabilen frekansların çok altındaydı, bu nedenle birkaç deney yapılmasına rağmen, bu süre zarfında dalga kılavuzları üzerinde çok az deneysel çalışma vardı. Bir 1 Haziran 1894 ders önce "Hertz iş", in The Royal Society , Oliver Lodge bir 3 inç radyo dalgalarının iletim gösterdi kıvılcım aralığı , bir kısa silindirik bakır kanalının içinden. Jagadish Chandra Bose , mikrodalgalar üzerine yaptığı öncü 1894-1900 araştırmasında dalgaları iletmek için kısa boru uzunlukları kullandı, bu nedenle bazı kaynaklar onu dalga kılavuzunu icat ettiğine inandırdı. Ancak bundan sonra radyo dalgalarının bir tüp veya kanal tarafından taşındığı kavramı mühendislik bilgisinin dışına çıkmıştır.

1920'lerde yüksek frekanslı radyo dalgalarının ilk sürekli kaynakları geliştirildi: UHF frekanslarında güç üretebilen ilk osilatör olan Barkhausen-Kurz tüpü ; ve 1930'larda 10 GHz'e kadar radyo dalgaları üreten ayrık anot magnetron . Bunlar 1930'larda mikrodalgalar üzerine ilk sistematik araştırmayı mümkün kıldı. Daha düşük frekanslı radyo dalgaları, paralel hat ve koaksiyel kablo taşımak için kullanılan iletim hatlarının mikrodalga frekanslarında aşırı güç kayıplarının ortaya çıkması yeni bir iletim yöntemine ihtiyaç doğurmuştur.

Dalga kılavuzu ile 1932 ile 1936 arasında bağımsız geliştirilen George C. Southworth at Bell Telephone Laboratories ve Wilmer L. Barrow de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü birbirinden haberi olmadan çalıştı. Southworth'un ilgisi, uzun bir su tankında bir radyo frekansı Lecher hattı ile suyun dielektrik sabitini ölçtüğü 1920'lerdeki doktora çalışması sırasında ateşlendi . Lecher hattını kaldırırsa, su deposunun hala dielektrik dalga kılavuzu olarak hareket ettiğini gösteren rezonans zirveleri gösterdiğini buldu . 1931'de Bell Laboratuarlarında dielektrik dalga kılavuzlarında çalışmaya devam etti. Mart 1932'de su dolu bakır borularda dalgalar gözlemledi. Rayleigh'in önceki çalışmaları unutulmuştu ve bir Bell Labs matematikçisi olan Sergei A. Schelkunoff , dalga kılavuzlarının teorik analizlerini yaptı ve dalga kılavuzu modlarını yeniden keşfetti. Aralık 1933'te metal bir kılıfla yalıtkanlığın gereksiz olduğu ve dikkatlerin metal dalga kılavuzlarına çevrildiği anlaşıldı.

Barrow, 1930'da Almanya'da Arnold Sommerfeld'in yanında çalışırken yüksek frekanslarla ilgilenmeye başlamıştı . 1932'den itibaren MIT'de, siste uçakların yerini tespit etmek için dar radyo dalgaları üretmek için yüksek frekanslı antenler üzerinde çalıştı. Bir korna anteni icat etti ve radyo dalgalarını antene beslemek için içi boş bir boruyu besleme hattı olarak kullanma fikrine ulaştı. Mart 1936'da yayılma modlarını ve kesme frekansını dikdörtgen bir dalga kılavuzunda elde etmişti. Kullandığı kaynak 40 cm'lik geniş bir dalga boyuna sahipti, bu nedenle ilk başarılı dalga kılavuzu deneyleri için 18 inç çapında 16 fitlik bir hava kanalı bölümü kullandı.

Barrow ve Southworth , Mayıs 1936'da Amerikan Fizik Derneği ve Radyo Mühendisleri Enstitüsü'nün ortak bir toplantısına dalga kılavuzları üzerine makaleler sunmaları planlanmadan birkaç hafta önce birbirlerinin çalışmalarından haberdar oldular. Dostane bir şekilde kredi paylaşımı ve patent bölümü düzenlemeleri üzerinde çalıştılar. .

İkinci Dünya Savaşı sırasında santimetre radarın geliştirilmesi ve ilk yüksek güçlü mikrodalga tüpleri, klystron (1938) ve boşluk magnetronu (1940), dalga kılavuzunun ilk yaygın kullanımıyla sonuçlandı. Standart dalga kılavuzu "tesisat" bileşenleri, uçlarında birbirine cıvatalanabilen flanşlarla üretildi. 1950'lerde ve 60'larda savaştan sonra dalga kılavuzları, şehirler arasında telefon görüşmeleri ve televizyon programlarını iletmek için inşa edilen havaalanı radarı ve mikrodalga röle ağları gibi ticari mikrodalga sistemlerinde yaygınlaştı .

Açıklama

Dikdörtgen içi boş Dalga kılavuzu
J-Band radarından esnek dalga kılavuzu
Tipik dalga kılavuzu uygulaması: askeri radar için anten beslemesi .

İçinde mikrodalga bölgesinde , elektromanyetik spektrumun , bir dalga kılavuzu normal olarak, içi boş bir metalik iletken oluşur. Bu dalga kılavuzları, örneğin Goubau hattı ve sarmal dalga kılavuzları gibi dielektrik kaplamalı veya kaplamasız tek iletkenler şeklini alabilir . Bir veya daha fazla enine dalga modunu desteklemek için içi boş dalga kılavuzlarının çapı yarım dalga boyu veya daha fazla olmalıdır.

Dalga kılavuzları, ark oluşumunu engellemek ve çoklu hareketi önlemek için basınçlı gazla doldurulabilir , bu da daha yüksek güç aktarımına izin verir. Tersine, dalga kılavuzlarının tahliye edilen sistemlerin bir parçası olarak tahliye edilmesi gerekebilir (örn. elektron ışını sistemleri).

Bir yarıklı dalga kılavuzu genellikle kullanılan radar ve diğer benzer uygulamalar. Dalga kılavuzu bir besleme yolu görevi görür ve her yuva ayrı bir radyatördür, böylece bir anten oluşturur. Bu yapı, belirli, nispeten dar ve kontrol edilebilir bir yönde bir elektromanyetik dalga başlatmak için bir radyasyon modeli oluşturma yeteneğine sahiptir .

Bir kapalı dalga kılavuzu genellikle dairesel veya dikdörtgen enine kesit içi boş ya da bir ile doldurulabilir elektriksel olarak iletken duvarları vardır, (b), (c), boru şekilli (a) elektromanyetik bir dalga kılavuzu olup , dielektrik malzeme, (d) Çok sayıda ayrık yayılma modunu destekleyebilir, ancak sadece birkaçı pratik olabilir, (e) her bir ayrık modun o mod için yayılma sabitini tanımladığı , (f) herhangi bir noktadaki alanın , desteklenen modlar, (g) radyasyon alanının olmadığı ve (h) süreksizliklerin ve bükülmelerin mod dönüşümüne neden olabileceği ancak radyasyona neden olmadığı.

İçi boş bir metalik dalga kılavuzunun boyutları, hangi dalga boylarını ve hangi modlarda destekleyebileceğini belirler. Tipik olarak dalga kılavuzu, yalnızca tek bir mod mevcut olacak şekilde çalıştırılır. Mümkün olan en düşük dereceli mod genellikle seçilir. Kılavuzun kesme frekansının altındaki frekanslar yayılmayacaktır. Dalga kılavuzlarını daha yüksek dereceli modlarda veya birden fazla mod mevcutken çalıştırmak mümkündür, ancak bu genellikle pratik değildir.

Dalga kılavuzları neredeyse tamamen metalden ve çoğunlukla sert yapılardan yapılmıştır. Bükülme ve bükülme kabiliyetine sahip olan ancak yayılma özelliklerini bozdukları için sadece gerekli olan yerlerde kullanılan belirli tipte "oluklu" dalga kılavuzları vardır. Enerjinin dalga kılavuzu içinde çoğunlukla havada veya boşlukta yayılması nedeniyle, en düşük kayıplı iletim hattı türlerinden biridir ve diğer iletim yapılarının çoğunun büyük kayıplara neden olduğu yüksek frekanslı uygulamalar için oldukça tercih edilir. Yüksek frekanslardaki cilt etkisinden dolayı , duvarlar boyunca elektrik akımı tipik olarak iç yüzeyin metaline sadece birkaç mikrometre nüfuz eder. Direnç kaybının çoğunun burada meydana geldiği için, iç yüzeyin iletkenliğinin mümkün olduğu kadar yüksek tutulması önemlidir. Bu nedenle, çoğu dalga kılavuzu iç yüzeyi bakır , gümüş veya altın ile kaplanmıştır .

Bir dalga kılavuzunun bitişik olduğundan ve hiçbir sızıntı veya keskin bükülme olmadığından emin olmak için gerilim duran dalga oranı ( VSWR ) ölçümleri alınabilir. Dalga kılavuzu yüzeyinde bu tür kıvrımlar veya delikler varsa, bu, her iki uca bağlı olan hem verici hem de alıcı ekipmanın performansını azaltabilir. Dalga kılavuzu yoluyla zayıf iletim, düşük kayıplı yayılma için çok önemli olan iç yüzeylerin iletkenliğini aşındıran ve bozan nem birikiminin bir sonucu olarak da meydana gelebilir. Bu nedenle, dalga kılavuzları, yayılmaya müdahale etmeyecek ancak elemanları dışarıda tutacak dış uçta mikrodalga pencereleri ile nominal olarak donatılmıştır . Nem ayrıca radyo veya radar vericileri gibi yüksek güçlü sistemlerde mantar oluşumuna veya ark oluşumuna neden olabilir . Dalga kılavuzlarındaki nem, tipik olarak silika jel , bir kurutucu madde veya dalga kılavuzu boşluklarının kuru nitrojen veya argon ile hafif basınçlandırılması ile önlenebilir . Kurutucu silika jel kutuları vidalı uçlarla eklenebilir ve daha yüksek güçlü sistemler, sızıntı monitörleri dahil olmak üzere basıncı korumak için basınçlı tanklara sahip olacaktır. İletken duvarlarda bir delik, yırtılma veya tümsek olması durumunda, yüksek güçte (genellikle 200 watt veya daha fazla) iletim yapılıyorsa ark oluşumu da meydana gelebilir. Dalga kılavuzu tesisatı, uygun dalga kılavuzu performansı için çok önemlidir. Gerilim duran dalgalar, dalga kılavuzundaki empedans uyumsuzlukları, enerjinin yayılmanın ters yönünde geri yansımasına neden olduğunda meydana gelir. Etkili enerji transferini sınırlamanın yanı sıra, bu yansımalar dalga kılavuzunda daha yüksek voltajlara neden olabilir ve ekipmana zarar verebilir.

Kısa dikdörtgen dalga kılavuzu uzunluğu ( UBR120 bağlantı flanşlı WG17 )
Esnek dalga kılavuzunun bölümü
Dalga kılavuzu (ayak bileği parçası 900MHz)

Pratikte dalga kılavuzları

Pratikte dalga kılavuzları, süper yüksek frekanslı (SHF) sistemler için kabloların eşdeğeri olarak işlev görür . Bu tür uygulamalar için, dalga kılavuzu boyunca yayılan sadece bir mod ile dalga kılavuzlarının çalıştırılması arzu edilir. Dikdörtgen dalga kılavuzları ile dalga kılavuzunu, üzerinden sadece bir modun yayıldığı frekans bandı 2:1 kadar yüksek olacak şekilde tasarlamak mümkündür (yani üst bant kenarının alt bant kenarına oranı ikidir). Dalga kılavuzu boyutları ve en düşük frekans arasındaki ilişki basittir: eğer iki boyutundan büyükse, o zaman yayılacak en uzun dalga boyu ve dolayısıyla en düşük frekanstır.

Dairesel dalga kılavuzlarıyla, yalnızca tek bir modun yayılmasına izin veren mümkün olan en yüksek bant genişliği yalnızca 1.3601:1'dir.

Dikdörtgen dalga kılavuzları, üzerinde yalnızca tek bir modun yayılabileceği çok daha büyük bir bant genişliğine sahip olduğundan, dikdörtgen dalga kılavuzları için standartlar mevcuttur, ancak dairesel dalga kılavuzları için geçerli değildir. Genel olarak (ancak her zaman değil), standart dalga kılavuzları şu şekilde tasarlanmıştır:

  • bir bant, diğer bandın bittiği yerde başlar, iki bandın üzerine binen başka bir bant ile
  • bandın alt kenarı, dalga kılavuzunun kesme frekansından yaklaşık %30 daha yüksektir
  • bandın üst kenarı, sonraki yüksek dereceli modun kesme frekansından yaklaşık %5 daha düşüktür
  • dalga kılavuzu yüksekliği dalga kılavuzu genişliğinin yarısıdır

İlk koşul, bant kenarlarına yakın uygulamalara izin vermektir. İkinci koşul , yayılma hızının frekansın bir fonksiyonu olduğu bir fenomen olan dağılımı sınırlar . Ayrıca birim uzunluk başına kaybı da sınırlar. Üçüncü koşul, daha yüksek dereceli modlar aracılığıyla kaybolan dalga eşleşmesinden kaçınmaktır . Dördüncü koşul, 2:1 işlem bant genişliğine izin veren koşuldur. Yükseklik genişliğin yarısından daha az olduğunda 2:1'lik bir çalışma bant genişliğine sahip olmak mümkün olsa da, yüksekliğin genişliğin tam olarak yarısı olması, dielektrik bozulma meydana gelmeden önce dalga kılavuzu içinde yayılabilen gücü en üst düzeye çıkarır .

Aşağıda standart dalga kılavuzlarının bir tablosu bulunmaktadır. Dalga kılavuzu adı WR , dalga kılavuzu dikdörtgeni anlamına gelir ve sayı, dalga kılavuzunun bir inçin yüzde biri (0.01 inç = 0.254 mm) olarak en yakın yüzde birine yuvarlatılmış iç boyut genişliğidir .

Standart boyutlarda dikdörtgen dalga kılavuzu
dalga kılavuzu adı Frekans bandı adı Önerilen frekans çalışma bandı (GHz) En düşük dereceli modun kesme frekansı (GHz) Sonraki modun kesme frekansı (GHz) Dalga kılavuzu açıklığının iç boyutları
ÇED RCSC  * IEC (inç) (mm)
WR2300 WG0.0 R3 0.32 — 0.45 0.257 0.513 23.000 × 11.500 584.20 × 292.10
WR2100 WG0 R4 0,35 — 0,50 0.281 0,562 21.000 × 10.500 533.40 × 266.7
WR1800 WG1 R5 0.45 — 0.63 0.328 0.656 18.000 × 9.000 457,20 × 228,6
WR1500 WG2 R6 0,50 — 0,75 0,393 0.787 15.000 × 7.500 381.00 × 190,5
WR1150 WG3 R8 0,63 — 0,97 0.513 1.026 11.500 × 5.750 292.10 × 146.5
WR975 WG4 R9 0.75 — 1.15 0.605 1.211 9.750 × 4.875 247,7 × 123.8
WR770 WG5 R12 0.97 — 1.45 0.766 1.533 7.700 × 3.850 195,6 × 97,79
WR650 WG6 R14 L bandı (parça) 1.15 — 1.72 0.908 1.816 6.500 × 3.250 165.1 × 82.55
WR510 WG7 R18 1.45 — 2.20 1.157 2.314 5.100 × 2.550 129.5 × 64.77
WR430 WG8 R22 1.72 — 2.60 1.372 2.745 4.300 × 2.150 109.2 × 54.61
WR340 WG9A R26 S bandı (parça) 2.20 — 3.30 1.736 3.471 3.400 × 1.700 86.36 × 43.18
WR284 WG10 R32 S bandı (parça) 2.60 — 3.95 2.078 4.156 2.840 × 1.340  72.14 × 34.94
WR229 WG11A R40 C bandı (parça) 3.30 — 4.90 2.577 5.154 2.290 × 1.145 58.17 × 29.08
WR187 WG12 R48 C bandı (parça) 3,95 — 5,85 3.153 6.305 1.872 × 0.872  47,55 × 22,2
WR159 WG13 R58 C bandı (parça) 4,90 — 7,05 3.712 7.423 1.590 × 0.795 40.38 × 20.2
WR137 WG14 R70 C bandı (parça) 5.85 — 8.20 4.301 8.603 1.372 × 0.622  34.90 × 15.8
WR112 WG15 R84 - 7,05 — 10,00 5.260 10.520 1.122 × 0.497  28,50 × 12,6
WR90 WG16 R100 X bandı 8.20 — 12.40 6.557 13.114 0,900 × 0,400  22,9 × 10,2
WR75 WG17 R120 - 10.00 — 15.00 7.869 15.737 0,750 × 0,375 19,1 × 9,53
WR62 WG18 R140 K u bandı 12.40 — 18.00 9.488 18.976 0,622 × 0,311 15,8 × 7,90
WR51 WG19 R180 - 15.00 — 22.00 11.572 23.143 0,510 × 0,255 13,0 × 6,48
WR42 WG20 R220 K bandı 18.00 — 26.50 14.051 28.102 0,420 × 0,170  10.7 × 4.32
WR34 WG21 R260 - 22.00 — 33.00 17.357 34.715 0.340 × 0.170 8.64 × 4.32
WR28 WG22 R320 K bir grup 26.50 — 40.00 21.077 42.154 0,280 × 0,140 7,11 × 3,56
WR22 WG23 R400 Q bandı 33.00 — 50.00 26.346 52.692 0,224 × 0,112 5,68 × 2,84
WR19 WG24 R500 U bandı 40,00 — 60,00 31.391 62.782 0.188 × 0.094 4,78 × 2,39
WR15 WG25 R620 V bandı 50,00 — 75.00 39.875 79.750 0.148 × 0.074 3,76 × 1,88
WR12 WG26 R740 E bandı 60,00 — 90,00 48.373 96.746 0.122 × 0.061 3.10 × 1.55
WR10 WG27 R900 W bandı 75.00 — 110.00 59.015 118.030 0.100 × 0.050 2.54 × 1.27
WR8 WG28 R1200 F bandı 90,00 — 140,00 73.768 147.536 0.080 × 0.040 2.03 × 1.02
WR6, WR7, WR6,5 WG29 R1400 D bandı 110,00 — 170,00 90.791 181.583 0.0650 × 0.0325 1.65 × 0.826
WR5 WG30 R1800 140,00 — 220,00 115.714 231.429 0.0510 × 0.0255 1.30 × 0.648
WR4 WG31 R2200 172.00 — 260.00 137.243 274.485 0.0430 × 0.0215 1.09 × 0.546
WR3 WG32 R2600 220,00 — 330,00 173.571 347.143 0.0340 × 0.0170 0,864 × 0,432
* Radyo Bileşenleri Standardizasyon Komitesi
Tarihsel nedenlerle, bu dalga kılavuzlarının iç boyutları yerine dış boyutları 2:1'dir (duvar kalınlığı WG6–WG10: 0,08" (2,0 mm), WG11A–WG15: 0,064" (1,6 mm), WG16–WG17: 0,05" (1,3 mm), WG18–WG28: 0,04" (1,0 mm))

Yukarıdaki tablodaki frekanslar için, dalga kılavuzlarının koaksiyel kablolara göre ana avantajı, dalga kılavuzlarının daha düşük kayıpla yayılmayı desteklemesidir. Daha düşük frekanslar için, dalga kılavuzu boyutları pratik olarak büyük olur ve daha yüksek frekanslar için boyutlar pratik olarak küçülür (üretim toleransı, dalga kılavuzu boyutunun önemli bir kısmı haline gelir).

Matematiksel analiz

Elektromanyetik dalga kılavuzları, Maxwell denklemleri veya bunların indirgenmiş şekli olan elektromanyetik dalga denklemi , malzemelerin özellikleri ve arayüzleri tarafından belirlenen sınır koşulları ile çözülerek analiz edilir . Bu denklemlerin , denklem sisteminin özfonksiyonları olan çoklu çözümleri veya modları vardır . Her mod, altında modun kılavuzda bulunamayacağı bir kesme frekansı ile karakterize edilir . Dalga kılavuzu yayılma modları, çalışma dalga boyuna ve polarizasyona ve kılavuzun şekline ve boyutuna bağlıdır. Uzunlamasına modu bir dalga kılavuzu bir özel olduğunu duran dalga boşluğunda kapalı dalgalar ile oluşturulan modeldir. Çapraz modlar , farklı tip olarak sınıflandırılmıştır:

  • TE modları (enine elektrik) yayılma yönünde elektrik alanına sahip değildir.
  • TM modları (enine manyetik) yayılma yönünde manyetik alana sahip değildir.
  • TEM modları (enine elektromanyetik) yayılma yönünde elektrik veya manyetik alana sahip değildir.
  • Hibrit modlar, yayılma yönünde hem elektrik hem de manyetik alan bileşenlerine sahiptir.

Belirli simetrilere sahip dalga kılavuzları , değişkenlerin ayrılması yöntemi kullanılarak çözülebilir . Dikdörtgen dalga kılavuzları, dikdörtgen koordinatlarda çözülebilir. Yuvarlak dalga kılavuzları silindirik koordinatlarda çözülebilir.

İçi boş, tek iletkenli dalga kılavuzlarında TEM dalgaları mümkün değildir. Çözümü Maxwell denklemlerinin böyle bir dalga gösterileri için elektrik alan sıfır sapma ve sıfır curl hem olması gerektiğini. İletken sınırlara teğet olan elektrik alan sıfıra eşit olması gerektiğinden, her yerde sıfır olmalıdır. Eşdeğer olarak, sınır koşullarıyla birlikte yalnızca alan yokluğundaki önemsiz çözümü garanti eder. Bu , daha düşük frekanslarda kullanılan iki iletkenli iletim hatlarıyla çelişir ; TEM modunun mümkün olduğu koaksiyel kablo , paralel tel hattı ve şerit hattı . Ek olarak, dalga kılavuzu içindeki yayılma modları (yani TE ve TM), iki TEM dalgasının süperpozisyonu olarak matematiksel olarak ifade edilebilir.

En düşük kesme frekansına sahip mod , kılavuzun baskın modu olarak adlandırılır . Kılavuzun boyutunun, işlemin frekans bandında yalnızca bu modun bulunabileceği şekilde seçilmesi yaygındır. Dikdörtgen ve dairesel (içi boş boru) dalga kılavuzlarında, baskın modlar sırasıyla TE 1,0 modu ve TE 1,1 modları olarak adlandırılır.

Dielektrik dalga kılavuzları

Bir dielektrik dalga kılavuzu , içi boş bir boru yerine katı bir dielektrik çubuk kullanır . Bir optik fiber , optik frekanslarda çalışmak üzere tasarlanmış bir dielektrik kılavuzdur. Mikroşerit , eş düzlemli dalga kılavuzu , şerit hattı veya koaksiyel kablo gibi iletim hatları da dalga kılavuzları olarak kabul edilebilir.

Dielektrik çubuk ve levha dalga kılavuzları, çoğunlukla milimetre dalga frekanslarında ve üzerinde radyo dalgalarını iletmek için kullanılır . Bunlar , malzeme yüzeyindeki dielektrik sabitindeki değişiklik nedeniyle kırılma indisindeki adımdan toplam iç yansıma ile radyo dalgalarını sınırlar . Milimetre dalga frekansları ve üzerinde metal iyi bir iletken değildir, bu nedenle metal dalga kılavuzları artan zayıflamaya sahip olabilir. Bu dalga boylarında dielektrik dalga kılavuzları, metal dalga kılavuzlarından daha düşük kayıplara sahip olabilir. Optik fiber , optik dalga boylarında kullanılan bir dielektrik dalga kılavuzu biçimidir.

Dielektrik ve metal dalga kılavuzları arasındaki bir fark, metal bir yüzeyde elektromanyetik dalgaların sıkı bir şekilde sınırlandırılmış olmasıdır; yüksek frekanslarda elektrik ve manyetik alanlar metale çok kısa bir mesafe katederler. Buna karşılık, dielektrik dalga kılavuzunun yüzeyi, iki dielektrik arasındaki bir arayüzdür, bu nedenle dalga alanları, dielektrik dışına bir geçici (yayılmayan) dalga şeklinde nüfuz eder .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Bu makalede, malzeme kısmen dayanır Federal Standard 1037C ve gelen MIL-STD-188 , ve ATIS

  1. ^ Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü, “IEEE standart elektrik ve elektronik terimleri sözlüğü”; 6. baskı. New York, NY, Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü, c1997. IEEE Std 100-1996. ISBN  1-55937-833-6 [ed. Standartlar Koordinasyon Komitesi 10, Şartlar ve Tanımlar; Jane Radatz, (başkan)]
  2. ^ a b c Southworth, GC (Ağustos 1936). "Elektrik Dalgası Kılavuzları" (PDF) . Kısa Dalga El Sanatları . 7 (1): 198, 233 . 27 Mart 2015'te erişildi .
  3. ^ Bir b c d e f g h i j k l m n o P Packard, Karle S. (Eylül 1984). "Dalga Kılavuzlarının Kökeni: Çoklu Yeniden Keşif Örneği" (PDF) . Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri Üzerine IEEE İşlemleri . MTT-32 (9): 961-969. Bibcode : 1984ITMTT..32..961P . CiteSeerX  10.1.1.532.8921 . doi : 10.1109/tmtt.1984.1132809 . Erişim tarihi: 24 Mart 2015 .
  4. ^ Strutt, William (Lord Rayleigh) (Şubat 1897). "Tüplerden elektrik dalgalarının geçişi veya dielektrik silindirlerin titreşimleri üzerine" . Felsefe Dergisi . 43 (261): 125-132. doi : 10.1080/14786449708620969 .
  5. ^ a b c Kizer, George (2013). Dijital Mikrodalga İletişimi: Mühendislik Noktadan Noktaya Mikrodalga Sistemleri . John Wiley ve Oğulları. P. 7. ISBN'si 978-1118636800.
  6. ^ a b Lee, Thomas H. (2004). Düzlemsel Mikrodalga Mühendisliği: Teori, Ölçüm ve Devreler İçin Pratik Bir Kılavuz, Cilt. 1 . Cambridge Üniversitesi Yayınları. s. 18, 118. ISBN 978-0521835268.
  7. ^ Weber, RH (1902). "Metallrohren'de Elektromagnetische Schwingungen". Annalen der Fizik . 8 (4): 721–751. Bibcode : 1902AnP...313..721W . doi : 10.1002/andp.19023130802 . hdl : 2027/uc1.$b24304 .
  8. ^ Lodge, Oliver (1 Haziran 1984). "Hertz'in Çalışması" . Proc. Kraliyet Kurumundan . 14 (88): 331-332 . 11 Nisan 2015'te erişildi .
  9. ^ Emerson, Darrel T. (1998). "Jagadish Chandra Bose: 19. yüzyılda milimetre dalga araştırması" (PDF) . ABD Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi . 11 Nisan 2015'te erişildi . Cite dergisinin ihtiyacı |journal=( yardım );Dış bağlantı |publisher=( yardım )
  10. ^ a b c d e f Brown, Louis (1999). Teknik ve Askeri Zorunluluklar: 2. Dünya Savaşının Radar Tarihi . CRC Basın. s. 146–148. ISBN'si 978-1420050660.
  11. ^ Schelkunoff, Sergei A. (Kasım 1937). "İletken Tüplerde Elektromanyetik Dalgalar". Fiziksel İnceleme . 52 (10): 1078. Bibcode : 1937PhRv...52.1078S . doi : 10.1103/PhysRev.52.1078 .
  12. ^ "Modül 12: Dalga Kılavuzu Tesisatı" . Dalga Kılavuzlarına Giriş . Plazma ve Işın Fiziği Araştırma Tesisi, Fizik ve Malzeme Bilimi Bölümü, Chiang Mai Üniversitesi, Tayland. 2012 . 21 Eylül 2015 tarihinde alındı .
  13. ^ 2:1'den düşük bant genişlikleri için, bunları merkez frekansın yüzdesi olarak ifade etmek daha yaygındır; 1.360:1 durumunda %26.55'tir. Referans olarak, 2:1 bant genişliği %66,67 bant genişliğine karşılık gelir. Bant genişliğini %66.67'den büyük bant genişlikleri için üst bant kenarlarının alt bant kenarlarına oranı olarak ifade etmenin nedeni, alt kenarın sıfıra gitmesi (veya üst kenarın sonsuza gitmesi) gibi sınırlayıcı durumda bant genişliğinin %200'e yaklaşmasıdır. 3:1 ila sonsuz:1 aralığının tamamının %100 ila %200 aralığına eşlendiği anlamına gelir.
  14. ^ Harvey, AF (Temmuz 1955). "Mikrodalga ekipmanı için standart dalga kılavuzları ve kaplinler". IEE Bildirileri - Bölüm B: Radyo ve Elektronik Mühendisliği . 102 (4): 493-499. doi : 10.1049/pi-b-1.1955.0095 .
  15. ^ Baden Fuller, AJ (1969). Mikrodalgalar (1 ed.). Bergama Basın. ISBN'si 978-0-08-006616-5.
  16. ^ a b Harrington, Roger F. (1961), Zaman Harmonik Elektromanyetik Alanlar , McGraw-Hill, s. 7–8, hdl : 2027/mdp.39015002091489 , ISBN 0-07-026745-6
  17. ^ Carlo G. Someda, 'Elektromanyetik Dalgalar , s. 257–258, CRC Press, 1998 ISBN  0412578700 .
  18. ^ AY Modi ve CA Balanis, "PEC-PMC Baffle Inside Circular Cross Section Waveguide for Reduction of Cut-Off Frequency", IEEE Mikrodalga ve Kablosuz Bileşenler Mektupları, cilt. 26, hayır. 3, s. 171-173, Mart 2016. doi : 10.1109/LMWC.2016.2524529
  19. ^ Lioubtchenko, Dimitri; Sergey Tretyakov; Sergey Dudorov (2003). Milimetre Dalga Dalga Kılavuzları . Springer. P. 149. ISBN 978-1402075315.
  20. ^ Shevgaonkar, RK (2005). Elektromanyetik Dalgalar . Tata McGraw-Hill Eğitimi. P. 327. ISBN 978-0070591165.
  21. ^ a b Rana, Farhan (Sonbahar 2005). "Ders 26: Dielektrik levha dalga kılavuzları" (PDF) . Sınıf notları ECE 303: Elektromanyetik Alanlar ve Dalgalar . Elektrik Mühendisliği Bölümü Cornell Üniv . 21 Haziran 2013 alındı .P. 2-3, 10
  • JJ Thomson, Son Araştırmalar (1893).
  • OJ Lodge, Proc. Roy. Enst. 14 , s. 321 (1894).
  • Lord Rayleigh, Phil. Mag. 43 , s. 125 (1897).
  • NW McLachlan, Mathieu Fonksiyonlarının Teorisi ve Uygulamaları , s. 8 (1947) (Dover tarafından yeniden basılmıştır: New York, 1964).

daha fazla okuma

  • George Clark Southworth , " Dalga kılavuzu iletiminin ilkeleri ve uygulamaları ". New York, Van Nostrand [1950], xi, 689 s. yanılsama. 24 cm. Bell Telefon Laboratuvarları serisi. LCCN 50009834

Dış bağlantılar