導波管

導波管 의 構造는 電磁氣波나 音波의 擴張을 1次元 또는 2次元으로 制限하여 波動을 案內하도록 되어 있다. 이것은 運河內部의 制限된 물결이나 銃알에 最大限의 에너지를 傳達하기 위해 高溫 가스의 膨脹을 制限하는 銃口를 가지는 總에게도 適用된다.만약 導波管이 없으면, 波動의 振幅은 3次元空間으로 擴張함에 따라 驛제곱 法則으로 減少하게 된다.

여러 波動의 種類만큼 各各의 導波管이 存在하는데,최초이자 가장 一般的인 ^[1] 種類의 導波管은 傳播 ,特히 마이크로파 를 運搬하는데 속이 빈 전도성 金屬 파이프를 利用한다.

導波管의 幾何學은 그 機能을 反映한다. 슬래브 導波管은 1次元, 纖維나 채널 導波管은 2次元으로 限定하는데, 電送波動의 周波數도 導波管의 形態를 의미한다. 高周波 빛을 案內하는 光纖維 는 훨씬 낮은 周波數의 電磁波를 案內하지 않는다. 經驗으로 보건데, 導波管의 幅은 誘導된 波動 의 波長 에 따라 同一한 크기가 되어야 한다.

自然的으로 生成된 一部構造物도 導波管으로 作用할 수 있다. 소파 채널 層은 엄청난 距離에 걸쳐서 고래의 노래를 案內할 수 있다

作動原理 [ 編輯 ]

波動은 모든 方向으로 빈 空間에 原形의 波動으로써 傳播한다. 波動의 힘은 根源으로부터 距離 R의 제곱으로 떨어진다.( 逆제곱 法則 ). 導波管은 傳播할 波動을 理想的인 條件으로 하여 一次元的으로 制限하고, 波動은 傳播하는 동안 힘을 잃지 않는다. 壁에서의 全體反射 때문에, 波動은 導波管의 內部를 制限한다.

歷史 [ 編輯 ]

波動을 案內하기 위한 첫 番째 構造物은 1893年에 조지프 존 톰슨 에 依해 提案되었다. 그리고 1894年에 最初로 올리버 로지 에 依해 實驗되었다. 처음 金屬 실린더 속의 電磁氣波의 數學的分析은 Lord Rayleigh에 依해 1897年에 遂行되었다. 音波는 , 레일리 警 이 完全한 電波形式 의 數學的分析을 ‘소리의 理論’으로 發表했다. Jagadish Chandra Bose는 밀리미터 波長을 使用한 導波管을 硏究했고, 그리고 1897年에 英國의 王立協會에 敍述된 그의 硏究를 Kolkata에 依해 遂行되었다.

油田의 導波管硏究는 1920年代初期부터 몇몇의 사람들, 그들 中有名한 Rayleigh, somner feld 그리고 Delye에 依해 始作되었다. 光纖維는 1960年代通信事業의 重要性 때문에 특별한 關心을 받기 始作했다.

라디오 通信의 發展은 처음에 작은 走破所에서 나타났다. 왜냐하면 이것들은 더 큰거리를 더 쉽게 傳播할 수 있었기 때문이다. 긴 波長들은 不正確하게 큰 지름의 튜브들이 必要했기 때문에이러韓 맞지 않는 周波數를 番金屬導波管 안에서 使用하려고 만들었다. 結果的으로 빈 金屬導波管硏究를 避했고, 그리고 Lord Rayleigh의 作業이 그 當時에는 잊혀져 다른 이들에 依해 發見되어 져야만했다. 實用的인 搜査는 1930年代에 George C. Southnorth가 Bell의 實驗室에서 그리고 Wilmer L. Barrow가 MIT에서 다시 始作했다. Southnorth는 처음에 종이로부터 波動으로 遺傳學的 막대들을 理論으로 가져왔다. 왜냐하면 그는 Lord Rayleigh의 作業을 몰랐기 때문이다. 이것은 어느程度 그를 잘못 이끌었다; 그의 實驗들이 失敗했다. 왜냐하면 그는 Lord Rayleigh의 結果中 이미 찾은 周波數를 끊는 導波管의 事件을 알아차리지 못했기 때문이다. 深奧한 理論의 作業은 John R. Carson 과 Sallie P. Mead에 依해 일어났다. 이 作業은 周波數의 損失이 줄게 하는 原形의 導波管 TE01 모드를 發見하는 것을 이끌었고, 同時에 이것은 긴 署理의 通信을 위한 構成形式의 深奧한 挑戰者였다.

世界2次大田의 電波探知機의 重要性은 적어도 同盟國 쪽에서 導波管硏究에 큰 刺戟을 주었다. 자전관은 1940年에 John Randall과 Harry Boot가 英國의 Birmingham 大學校에서 發展되었고, 實現可能한 電波探知機를 만들었다. 가장 重要한 硏究의 中心은 MIT의 放射能實驗室에서 實驗했지만 많은 다른 것들은 美國에서 이루어졌고, 例를 들어, 英國은 通信硏究設立제가 있다. 基礎 그룹의 (放射線實驗) 리더는 Edward Mills Purcell이다. 긔의 硏究員들은 Julian Schwinger, Nathan Marcuvitz, Carol Gray Montgomery 그리고 Robert H. Dicke가 있었다. 大部分의 放射能硏究室의 일은 循環理論의 基準이 分析될 수 있도록 하는 導波管의 構成要素인 集中된 基礎의 導波管建築들을 찾는 것이었다. Han Bethe는 또한 簡單하게 放射能硏究室에 있었지만, 거기 있는 동안 그는 導波管 구멍 濾過裝置의 重要性을 證明하는 重要한 그의 작은 救命理論을 처음 그곳에서 發展시켰다. 反面에, 獨逸은, 戰爭이 늦어질 때까지 電波探知機의 導波管潛在力을 매우 無視했다. 가라앉은 英國飛行機의 레이다 部品들이 Siemens과 Halske에게 分析을 위해 보내지도록 할 때 그들이 電磁波의 構成要素로써 認識될지라도, 그들의 目的은 確認되지 않았다.

그 當時獨逸에서는 極超短波技術이 無視되었는데, 電子前에는 아무 쓸모가 없다고 判斷해서, 이 分野에 對한 硏究를 許可하지 않았다.
? H. Mayer, Siemens & Halske의 展示副會長

甚至於學者들은, 이것을 重要한 것으로 여기지 않아서, 이 分野에 對한 硏究를 公開的으로 出版할 수 있었다.

2次世界大戰直後,導波管은 마이크로파 領域에서 選擇한 技術이었다. 하지만, 몇가지 問題가 있었는데, 부피가 크고, 生産費用이 비쌋으며, 周波數遮斷效果로 인해 廣帶域裝置生産이 힘들었기 때문이다. 릿지드 導波管은 帶域幅을 옥타브 以上으로 增加시킬 수 있었지만, 동축 導體와 같은 TEM 모드( 비 導波管)에서 作動하는 技術이 代身使用되었는데, 왜냐하면 周波數遮斷이 發生하지 않았기 때문이다. 遮蔽된 直四角形導體度使用할 수 있고, 동축 케이블이 비해 製造上의 利點이 있어 平面技術(스트립 線路와 마이크로 스트립)의 先驅者로 볼 수 있지만, 印刷回路가 導入된 以後에나 平面技術이 使用되었다. 하지만 導波管은 如前히 衛星帶域(Ku-Band)에서부터 더 높은 마이크로파 帶域까지 選好되고 있다.

用度 [ 編輯 ]

信號를 電送하는 導波管의 用途는 用途가 만들어지기 以前에 알려졌다. 堅固한 와이어에 依해 音波가 案內되는 現象은 洞窟이나 醫療用聽診器와 같은 속이 빈 棺을 통해 오래 前부터 소리로 알려져 있었다. 導波管의 다른 用途는 라디오나 레이다 같은 光學裝備의 시스템 構成要素間에 前歷을 電送하는데 쓰인다. 導波管은 非破壞檢事의 여러 方法中 하나인 誘導派檢事(GWT)의 基本原理이다.

例示:

光纖維는 낮은 減衰와 넓은 波長範圍로 빛과 소리를 먼 距離로 電送한다.
전자레인지에서 導波管은 波動이 形成되는 마그네트론에서 料理 챔버로 電力을 傳達한다.
레이다에서, 導波管은 라디오 周波數 에너지를 안테나에서 送信하고 受信하는데, 여기서 임피던스는 效率的인 戰力電送을 위해 一致되어야 한다. (아래 參照)
直四角形 및 原形導波管은 電力增幅器/送信機의 電子裝置와 抛物線模樣의 접시의 피드를 連結하는데 一般的으로 使用된다.
導波管은 材料 및 物體의 光學, 音響, 歎聲을 測定하기 위해 科學機器에서 使用된다. 導波管은 醫療用超音波機器처럼 標本과 連結시킬 수 있으며, 이때 導波管은 試驗波動의 힘이 保存되는 것을 保障하거나 標本이 導波管 안쪽에 놓여있을 것이다. 이는 誘電常數測定과 같이, 작은 物體를 試驗할 수 있고, 正確性이 더욱 높다.
送電線은 매우 日常的으로 쓰이는 特定한 導波管의 種類中 하나이다.

傳達 모드와 컷오프 周波數 [ 編輯 ]

傳達 모드는 領域을 拘束하는 幾何學的模樣과 材料에 依한 一連의 境界條件을 따라 헬름 홀츠 方程式을 解決함으로써 計算된다. 無限大의 길고 一定한 導波管에 對한 一方的인 家庭은 그 電波의 傳達形式을 假定할 수 있다. 卽, 電波方向에 依存한다 라고 알려져 있다. 더 具體的으로 말하면, 一般的인 接近法은 먼저 알려지지 않은 周波數 F에서 無限히 긴 單一 톤 信號를 完全히 說明할 수 있는 모든 時間變動 필드 $u(x,y,z,t)$ 를 交替하는 것이다.(정밀하게 카를레시안 構成要素를 說明하는.)그리고 helmholtz方程式과 境界條件을 다시 쓰는 것이다.

임피던스 매칭 [ 編輯 ]

回路理論에서, 임피던스는 交流의 境遇電氣抵抗을 一般化하는 것이며, 옴( $\Omega$ )으로 測定된다. 回路理論의 導波管은 길이와 特性 임피던스를 가진 傳送線으로 說明된다. 다시 말해, 임피던스는 回路構成要素(李境遇導波管)의 電壓 대 電流比率을 나타냅니다. 이 導波管의 技術은 元來交流容易를 위해서였지만, 波濤와 材料特性(예: 壓力, 密度, 誘電常數)李電氣用語(예: 흐름, 임피던스)로 適切히 변환되는 境遇電磁波와 音波에도 적합하다.

임피던스 매칭은 電氣回路의 構成要素가 連結되어 있는 境遇(예:안테나에 連結된 導波管) 重要하다. 임피던스 比率에 따라 傳達되는 波形의 量과 反射되는 量이 決定된다. 導波管을 안테나에 連結하는 데에 있어서 一般的으로 完璧한 電送이 必要하다, 따라서 그들의 임피던스와 一致하도록 하는 努力이 必要하다.

反射係數는 다음을 使用해 計算할 수 있다: $\Gamma =\left({\frac {Z_{2}/Z_{1}-1}{Z_{2}/Z_{1}+1}}\right)$ , 여기서 $\Gamma$ 는 反射係數이고(o는 全體餞送을 나타내고, 1은 全體選擇, 0.5는 들어오는 電壓의 折半의 反射), $Z_{1}$ 과 $Z_{2}$ 는 各各 첫 番째(波形이 들어오는 곳)와 두 番째 構成要素의 임피던스이다.

임피던스 不一致는 들어오는 波形에 追加된 反射된 波形을 生成한다, 그리고 그것은 일어나는 波形을 生成한다. 임피던스 不一致는 또한 스탠드 波形比率(SWR 또는 電壓VSWR)로 數量化할 수 있다, 그리고 그것은 $VSWR={\frac {|V|_{max}}{|V|_{min}}}={\frac {1+|\Gamma |}{1-|\Gamma |}}$ 에 依한 半朔PTn와 임피던스 比率과 連結되어 있습니다. 여기서 $\left|V\right|_{min,max}$ 는 完全한 電壓絶對값의 最小값과 最大값이고, VSWR은 波形比率을 올리는 電壓이고, 1의 값은 全體通過를 나타내며, 反射 및 오르는 波形이 없는 狀態를 나타내는 反面, 매우 큰 값은 높은 反射 및 선 波形 패턴을 意味한다.

電磁氣導波管 [ 編輯 ]

導波管은 電磁氣 스펙트럼의 넓은 部分에 電波를 傳達하도록 構成 될 수 있지만 特히 電子 레인지 및 狂周波數範圍에서 有用하다.

周波數에 따라 전도성 또는 遺傳性物質로 構成 할 수 있다.

導波管은 全員 및 通信信號 를 電送하는 데 使用된다.

光學導波管 [ 編輯 ]

狂周波數에서 使用되는 導波管은 典型的으로 遺傳體導波管이며, 높은 誘電率을 갖는 誘電體物質, 따라서 높은 屈折率이보다 낮은 誘電率을 갖는 物質로 둘러싸인 構造이다.구조는 內部全反射에 依해 光波를 案內한다. 狂導波管의 例는 光纖維 이다.

다른 類型의 狂導波管度使用되며, 여기에는 몇 가지 別個의 메커니즘 中 하나를 使用하여 波動을 案內하는 光決定光纖維가 包含된다. 反射率이 높은 內部表面을 갖는 中共棺形態의 가이드는 또한 照明用途의 광 파이프로 使用되어왔다. 內部表面은 光澤을 가진 金屬 일 수도 있고, 브래그 反射 (이것은 광決定光纖維의 특별한 境遇이다)에 依해 光을 案內하는 多層 필름으로 덮여 질 수도 있다.

하나는 全體內部反射를 통해 빛을 反射하는 파이프 周邊에 작은 프리즘을 使用할 수도 있습니다. 프리즘 케이스의 프리즘 코너에서 一部 빛이 漏出된다.

音響導波管 [ 編輯 ]

音響導波管은 音波를 引導하기위한 物理的構造이다. 소리 傳播를 위한 덕트는 또한 傳送線처럼 作動한다.

덕트에는 音響電波를 支援하는 空氣와 같은 一部媒體가 들어 있다.

數學導波管 [ 編輯 ]

導波管은 嚴密히 말하면 數學的觀點에서 興味로운 硏究對象이다.

導波管 (또는 管)은 波動函數가 境界에서 0과 같아야하고 許容된 領域은 모든 次元에서 柔한 한 (卽, 無限히 긴 圓筒이 예제이다) 웨이브 方程式의 類型 o 境界條件으로 定義된다. 이러한 一般的인 條件에서 많은 흥미로운 結果가 立證 될 수 있다. 膨脹 (튜브 幅이 增加하는 곳)이 있는 모든 튜브는 적어도 하나의 바운드 狀態를 許容한다는 것이 밝혀졌다. 이것은 變異原理를 使用하여 보여 질 수 있다. 제프리 골드스톤 (Jeffrey Goldstone)과 로버트 제프 (Robert Jaffe)의 흥미로운 結果는 일정한 幅의 꼬임이 꼬인 狀態의 모든 튜브가 바운드 狀態임을 認定하는 것이다.

소리 合成 [ 編輯 ]

소리 合成은 디지털 遲延線을 計算要素로 使用하여 管樂器 튜브 및 絃樂器의 振動線을 시뮬레이션한다.

같이 보기 [ 編輯 ]

各州 [ 編輯 ]

↑ Institute of Electrical and Electronics Engineers, The IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms. 《The IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms》. ISBN 1-55937-833-6 .

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers, The IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms. 《The IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms》. ISBN 1-55937-833-6 .

[1]

作動 原理 [ 編輯 ]