도파관(무선 주파수)

Waveguide (radio frequency)
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표준 도파관 구성 요소의 수집.
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도파관은 무선 주파수 공학 및 통신 공학에서 전파를 운반하는 데 사용되는 중공 금속 파이프입니다.[1] 이러한 유형의 도파관은 마이크로파 오븐, 레이더 세트, 위성 통신 및 마이크로파 라디오 링크와 같은 장비에서 마이크로파 송신기 및 수신기를 안테나에 연결하는 등의 목적으로 대부분 마이크로파 주파수에서 전송선로로 사용됩니다.

(금속 파이프) 도파관의 전자파는 지그재그 경로로 가이드를 따라 이동하면서 가이드의 서로 다른 벽 사이에서 반복적으로 반사되는 것으로 상상할 수 있습니다. 직사각형 도파관의 특정한 경우, 이 뷰를 기반으로 정확한 분석이 가능합니다. 유전체 도파관에서의 전파는 표면에서 내부 전반사에 의해 유전체에 국한되는 것과 같은 방식으로 볼 수 있습니다. 비방사성 유전체 도파관 및 Goubau 라인과 같은 일부 구조는 금속 벽과 유전체 표면을 모두 사용하여 파동을 구속합니다.

원리

항공 교통 관제 레이더에서의 도파관 및 다이플렉서의 예

주파수에 따라 도파관은 전도성 또는 유전성 재료로 구성할 수 있습니다. 일반적으로 통과해야 하는 주파수가 낮을수록 도파관의 크기가 큽니다. 예를 들어, 지구의 중간 고도에서 원주뿐만 아니라 전도성 전리층과 지면 사이의 치수에 의해 지구가 형성하는 자연 도파관은 7.83 Hz로 공명합니다. 이것을 슈만 공명이라고 합니다. 반면에 초고주파(EHF) 통신에 사용되는 도파관은 폭이 1밀리미터 미만일 수 있습니다.

역사

조지 C. 1930년대 초에 도파관을 개발한 사우스워스는 뉴저지 홈델의 벨 연구소에서 운영하는 1마일 길이의 실험 도파관 앞에서 연구에[2] 사용했습니다.
사우스워스(왼쪽)는 1938년 IRE 회의에서 도파관을 시연하며 다이오드 검출기에 등록된 7.5m 유연 금속 호스를 통과하는 1.5GHz 마이크로파를 보여주었습니다.[2]

1890년대에 이론가들은 전자파를 덕트에서 처음으로 분석했습니다.[3] 1893년경 J. J. Thomson은 원통형 금속 공동 내부의 전자기 모드를 유도했습니다.[3] 1897년 Rayleigh 경은 도파관을 확정적으로 분석했습니다. 그는 전도관과 임의의 모양의 유전체 막대를 통해 전파되는 전자파의 경계값 문제를 해결했습니다.[3][4][5][6] 그는 전파 방향에 수직인 전기장(TE 모드) 또는 자기장(TM 모드)이 있는 특정 정상 모드에서만 파동이 감쇠 없이 이동할 수 있음을 보여주었습니다. 그는 또한 각 모드가 파동이 전파되지 않는 컷오프 주파수를 가지고 있음을 보여주었습니다. 주어진 관의 컷오프 파장은 그 폭과 같은 순서였기 때문에, 속이 빈 전도체 관은 그 지름보다 훨씬 큰 전파 파장을 운반할 수 없다는 것이 분명했습니다. 1902년 R. H. 베버는 전자파가 자유 공간보다 튜브에서 더 느린 속도로 이동하는 것을 관찰하고, 그 이유를 추론했습니다: 파동이 벽에서 반사될 때 "지그재그" 경로로 이동하기 때문입니다.[3][5][7]

1920년대 이전에는 이러한 주파수가 장거리 통신에 더 적합했기 때문에 전파에 대한 실용적인 작업이 무선 스펙트럼의 저주파 끝에 집중되었습니다.[3] 이것들은 큰 도파관에서도 전파될 수 있는 주파수에 훨씬 못 미쳤기 때문에 몇 가지 실험이 수행되었지만 이 기간 동안 도파관에 대한 실험 작업은 거의 없었습니다. 1894년 6월 1일 왕립학회 앞에서 올리버 롯지는 "헤르츠의 작업"이라는 강연에서 짧은 원통형 구리 덕트를 통해 스파크 갭에서 3인치 전파가 전달되는 것을 시연했습니다.[3][8] 1894-1900년 마이크로파에 대한 그의 선구적인 연구에서, Jagadish Chandra Bose는 파동을 전도하기 위해 짧은 길이의 파이프를 사용했기 때문에, 일부 정보원들은 그가 도파관을 발명했다고 믿습니다.[9] 그러나 이 후, 전파가 튜브나 덕트에 의해 운반된다는 개념은 공학적 지식에서 벗어났습니다.[3]

1920년대에 최초의 연속적인 고주파 전파원이 개발되었습니다: UHF 주파수로 전력을 생산할 수 있는 최초의 발진기인 [10]바크하우젠-쿠르츠 튜브; 그리고 1930년대까지 최대 10GHz의 전파를 생성한 분할 양극 마그네트론.[3] 이것들은 1930년대에 마이크로파에 대한 최초의 체계적인 연구를 가능하게 했습니다. 저주파 전파, 평행선 및 동축 케이블을 운반하기 위해 사용되는 전송선로는 마이크로파 주파수에서 전력 손실이 과도하게 발생함을 알 수 있었으며, 이에 따라 새로운 전송 방법이 필요하게 되었습니다.[3][10]

도파관은 1932년과 1936년 사이에 George C에 의해 독립적으로 개발되었습니다. 벨 전화 연구소의[2] 사우스워스와 매사추세츠 공과대학의 윌머 L. 바로우는 서로 모르는 사이에 일했습니다.[3][5][6][10] 사우스워스의 관심은 1920년대 박사과정 중에 그가 긴 물탱크에서 무선 주파수 레처 선으로 물의 유전상수를 측정하는 과정에서 촉발되었습니다. 그는 레처 선을 제거하면 물탱크가 여전히 공명 피크를 보여 유전체 도파관 역할을 한다는 것을 발견했습니다.[3] 1931년 벨 연구소에서 그는 유전체 도파관 작업을 재개했습니다. 1932년 3월까지 그는 물이 채워진 구리 파이프에서 파도를 관찰했습니다. 레일리의 이전 작품은 잊혀졌고, 세르게이 A. 벨 연구소의 수학자인 셸쿠노프는 도파관에[3][11] 대한 이론적 분석을 수행하고 도파관 모드를 재발견했습니다. 1933년 12월, 금속 피복을 사용하면 유전체가 불필요하다는 것을 깨닫고 금속 도파관으로 관심을 옮겼습니다.

배로는 1930년 독일의 아놀드 소머펠트 밑에서 공부하면서 고주파수에 관심을 갖게 되었습니다.[3] 1932년 MIT에서 그는 안개 속에서 항공기의 위치를 찾기 위해 좁은 전파 빔을 생성하기 위해 고주파 안테나를 연구했습니다. 그는 혼 안테나를 발명하여 속이 빈 파이프를 안테나에 전파를 공급하는 공급선으로 사용하는 아이디어를 떠올렸습니다.[3] 1936년 3월까지 그는 직사각형 도파관에서 전파 모드와 차단 주파수를 도출했습니다.[10] 그가 사용하고 있던 소스는 40cm의 큰 파장을 가졌기 때문에, 그의 첫 번째 성공적인 도파관 실험을 위해 그는 직경 18인치의 공기 덕트의 16피트 단면을 사용했습니다.[3]

Barrow와 Southworth는 1936년 5월 미국 물리학회와 전파공학 연구소의 연합 회의에서 도파관에 관한 논문을 발표하기로 예정되어 있기 몇 주 전에 서로의 연구에 대해 알게 되었습니다.[3][10] 그들은 신용 공유와 특허 분할 협정을 원만하게 해결했습니다.

제2차 세계 대전 중 센티미터 레이더의 개발과 최초의 고출력 마이크로파 튜브인 클리스트론(1938)과 캐비티 마그네트론(1940)이 개발되면서 도파관이 최초로 널리 사용되게 되었습니다.[10] 표준 도파관 "플럼핑" 구성 요소가 제조되었으며, 끝에는 볼트로 연결할 수 있는 플랜지가 있습니다. 1950년대와 60년대의 전쟁 이후에 도파관은 도시 간의 전화 통화와 텔레비전 프로그램을 전송하기 위해 만들어진 공항 레이더와 마이크로파 중계 네트워크와 같은 상업용 전자레인지 시스템에서 일반화되었습니다.

묘사

직사각형 중공 도파관
J-Band 레이더의 유연한 도파관
일반적인 도파관 애플리케이션: 군사용 레이더용 안테나 피드.

전자기 스펙트럼의 마이크로파 영역에서 도파관은 일반적으로 속이 빈 금속 전도체로 구성됩니다. 이러한 도파관은 유전체 코팅이 있거나 없는 단일 도체 형태를 취할 수 있습니다. 예를 들어, Goubau 라인 및 나선형 도파관. 하나 이상의 횡파 모드를 지원하려면 중공 도파관의 직경이 1/2파장 이상이어야 합니다.

도파관은 아킹을 억제하고 다중 작용을 방지하기 위해 가압 가스로 채워질 수 있어 더 높은 전력 전송이 가능합니다. 반대로, 도파관은 대피된 시스템(예를 들어, 전자 빔 시스템)의 일부로서 대피하도록 요구될 수 있습니다.

슬롯형 도파관은 일반적으로 레이더 및 기타 유사한 응용 분야에 사용됩니다. 도파관은 공급 경로의 역할을 하며, 각 슬롯은 별도의 방사체이므로 안테나를 형성합니다. 이 구조는 방사 패턴을 생성하여 특정한 비교적 좁고 제어 가능한 방향으로 전자기파를 발사할 수 있습니다.

폐쇄형 도파관(closed waveguide)은 일반적으로 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 관형(tubular)인 전자기 도파관(electromagnetic waveguide)이고, (b) 전기 전도성 벽을 갖는(b), 속이 비어 있거나 유전체 물질로 채워질 수 있는(c), (d) 다수의 이산 전파 모드를 지원할 수 있는(d), 비록 소수만이 실용적일 수 있지만, (e) 각각의 이산 모드가 해당 모드에 대한 전파 상수를 정의하는 경우, (f) 임의의 지점의 필드가 지원되는 모드의 관점에서 설명될 수 있는 경우, (g) 방사선 필드가 없는 경우, (h) 불연속 및 굴곡이 방사선이 아닌 모드 변환을 야기할 수 있는 경우.[citation needed]

중공 금속 도파관의 치수는 지원할 수 있는 파장과 모드를 결정합니다. 일반적으로 도파관은 단일 모드만 존재하도록 작동됩니다. 일반적으로 가능한 최저 주문 모드를 선택합니다. 가이드의 차단 주파수 미만의 주파수는 전파되지 않습니다. 도파관을 고차 모드로 작동하거나 여러 모드가 존재하는 상태에서 작동하는 것은 가능하지만, 이는 일반적으로 비현실적입니다.

도파관은 거의 독점적으로 금속으로 만들어지며 대부분 강성 구조입니다. 굴곡 및 굽힘 기능이 있지만 전파 특성을 저하시키기 때문에 필수적인 경우에만 사용되는 특정 유형의 "골조된" 도파관이 있습니다. 도파관 내 대부분의 공기 또는 공간에서의 에너지 전파로 인해 가장 낮은 손실 전송 라인 유형 중 하나이며 대부분의 다른 유형의 전송 구조가 큰 손실을 도입하는 고주파 응용 분야에서 매우 선호됩니다. 고주파에서의 피부 효과로 인해 벽을 따라 흐르는 전류는 일반적으로 내부 표면의 금속에 몇 마이크로미터만 침투합니다. 대부분의 저항 손실이 발생하는 곳이기 때문에 내부 표면의 전도도를 최대한 높게 유지하는 것이 중요합니다. 이러한 이유로 대부분의 도파관 내부 표면은 구리, 은 또는 금으로 도금되어 있습니다.

도파관이 연속적이고 누출이나 급격한 굴곡이 없는지 확인하기 위해 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 측정을 수행할 수 있습니다. 도파관 표면에 그러한 굴곡 또는 구멍이 존재하는 경우, 이는 양쪽 끝에 연결된 송신기 및 수신기 장비의 성능을 감소시킬 수 있습니다. 또한 수분이 축적되어 내부 표면의 전도성을 부식시키고 저하시키기 때문에 도파관을 통한 전달 불량이 발생할 수 있으며, 이는 저손실 전파에 중요합니다. 이러한 이유로 도파관은 전파를 방해하지는 않지만 요소를 차단하는 외부 끝에 마이크로파 창을 장착합니다. 또한 습기로 인해 라디오나 레이더 송신기와 같은 고출력 시스템에서 곰팡이가 쌓이거나 아크가 발생할 수 있습니다. 도파관의 수분은 일반적으로 실리카겔, 건조제 또는 건조 질소 또는 아르곤으로 도파관 공동을 약간 가압하여 방지할 수 있습니다. 건조제 실리카겔 용기는 나사로 연결된 니브와 함께 부착될 수 있으며 더 높은 전력 시스템에는 누출 모니터를 포함한 압력을 유지하기 위한 가압 탱크가 있습니다. 높은 전력(보통 200와트 이상)으로 전송하는 경우 전도성 벽에 구멍이 나거나 찢기거나 혹이 있는 경우에도 아킹이 발생할 수 있습니다. 도파관 배관은[12] 적절한 도파관 성능을 위해 중요합니다. 전압 정상파는 도파관의 임피던스 불일치로 인해 에너지가 전파의 반대 방향으로 반사될 때 발생합니다. 이러한 반사는 효과적인 에너지 전달을 제한할 뿐만 아니라 도파관의 전압을 높이고 장비를 손상시킬 수 있습니다.

직사각형 도파관의 짧은 길이(UBR120 연결-플랜지 포함 WG17)
가요성 도파관 단면
도파관(발목 조각 900MHz)

Wave guids in practice

실제로 도파관은 SHF(초고주파) 시스템의 케이블과 동등한 역할을 합니다. 이러한 응용의 경우, 도파관을 통해 전파되는 하나의 모드만으로 도파관을 작동시키는 것이 좋습니다. 직사각형 도파관을 사용하면 하나의 모드만 전파하는 주파수 대역이 2:1로 높도록 도파관을 설계할 수 있습니다(즉, 상단 밴드 가장자리와 하단 밴드 가장자리의 비율은 2입니다). 도파관 치수와 가장 낮은 주파수 사이의 관계는 간단합니다. 가 두 치수 중 더 큰 경우, 전파되는 가장 긴 파장은 λ = 2W \lambda =2W}이며, 따라서 가장 낮은 주파수는 f = c / λ = c / 2 W {\displaystyle f\;=\;c/\lambda \;=\;c/2

원형 도파관의 경우 단일 모드만 전파할 수 있는 최대 대역폭은 1.3601:1에 불과합니다.[13]

직사각형 도파관은 단일 모드만 전파할 수 있는 대역폭이 훨씬 크기 때문에 직사각형 도파관에 대한 표준이 존재하지만 원형 도파관에 대해서는 표준이 존재하지 않습니다. 일반적으로(항상 그렇지는 않지만) 표준 도파관은 다음과 같이 설계됩니다.

  • 한 밴드는 다른 밴드가 끝나는 곳에서 시작하고, 두[14] 밴드가 겹치는 다른 밴드와 함께 시작합니다.
  • 밴드의 하단 가장자리는 도파관의 차단 주파수보다 약 30% 높습니다.
  • 밴드의 상단 가장자리는 다음 상위 모드의 컷오프 주파수보다 약 5% 낮습니다.
  • 도파관 높이가 도파관 폭의 절반입니다.

첫 번째 조건은 밴드 가장자리 근처에 적용할 수 있도록 하는 것입니다. 두 번째 조건은 전파 속도가 주파수의 함수인 분산을 제한합니다. 또한 단위 길이당 손실을 제한합니다. 세 번째 조건은 고차 모드를 통한 소멸파 커플링을 방지하는 것입니다. 네 번째 조건은 2:1 동작 대역폭을 허용하는 조건입니다. 높이가 폭의 절반 이하일 때 2:1 동작 대역폭을 갖는 것이 가능하지만, 높이가 폭의 절반이 되는 것은 절연 파괴가 일어나기 전에 도파관 내부에서 전파될 수 있는 전력을 극대화합니다.

아래는 표준 도파관 표입니다. 도파관 이름 WR은 직사각형을 의미하며 숫자는 가장 가까운 100분의 1인치(0.01인치 = 0.254mm)로 반올림한 도파관의 내부 치수 폭입니다.

사각형 도파관 표준크기
도파관명 빈도수.
밴드명 		권장된
주파수 대역
작동 중(GHz) 		의 차단 주파수(GHz) 도파관 개구 내부 치수
최저 차수 모드 넥스트 모드
EIA RCSC * IEC (인치) (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 밴드(부품) 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 S밴드(부품) 2.20 — 3.30 1.736 3.471 3.400 × 1.700 86.36 × 43.18
WR284 WG10 R32 S밴드(부품) 2.60 — 3.95 2.078 4.156 2.840 × 1.340 † 72.14 × 34.94
WR229 WG11A R40 C밴드(부품) 3.30 — 4.90 2.577 5.154 2.290 × 1.145 58.17 × 29.08
WR187 WG12 R48 C밴드(부품) 3.95 — 5.85 3.153 6.305 1.872 × 0.872 † 47.55 × 22.2
WR159 WG13 R58 C밴드(부품) 4.90 — 7.05 3.712 7.423 1.590 × 0.795 40.38 × 20.2
WR137 WG14 R70 C밴드(부품) 5.85 — 8.20 4.301 8.603 1.372 × 0.622 † 34.90 × 15.8
WR112 WG15 R84 — 7.05 — 10.0 5.260 10.520 1.122 × 0.497 † 28.50 × 12.6
WR90 WG16 R100 X밴드 08.2 — 12.4 6.557 13.114 0.900x0.400 22.9 × 10.2
WR75 WG17 R120 — 10.0 — 15.0 7.869 15.737 0.750 × 0.375 19.1 × 9.53
WR62 WG18 R140 K밴드u 12.4 — 18.0 9.488 18.976 0.622 × 0.311 15.8 × 7.90
WR51 WG19 R180 — 15 — 22 11.572 23.143 0.510 × 0.255 13.0 × 6.48
WR42 WG20 R220 K밴드 0.18 — 26.5 14.051 28.102 0.420 × 0.170 † 10.7 × 4.32
WR34 WG21 R260 — 22 — 33 17.357 34.715 0.340 × 0.170 8.64 × 4.32
WR28 WG22 R320 K밴드a 26.5 — 40.0 21.077 42.154 0.280 × 0.140 7.11 × 3.56
WR22 WG23 R400 큐밴드 33 — 50 26.346 52.692 0.224 × 0.112 5.68 × 2.84
WR19 WG24 R500 U밴드 40 — 60 31.391 62.782 0.188 × 0.094 4.78 × 2.39
WR15 WG25 R620 V밴드 50 — 75 39.875 79.750 0.148 × 0.074 3.76 × 1.88
WR12 WG26 R740 E 밴드 60 — 90 48.373 96.746 0.122 × 0.061 3.10 × 1.55
WR10 WG27 R900 W밴드 075 — 110 59.015 118.030 0.100 × 0.050 2.54 × 1.27
WR8 WG28 R1200 F밴드 090 — 140 73.768 147.536 0.080 × 0.040 2.03 × 1.02
WR6
WR7
WR6.5 		WG29 R1400 D밴드 110 — 170 90.791 181.583 0.0650 × 0.0325 1.65 × 0.826
WR5 WG30 R1800 G밴드 140 — 220 115.714 231.429 0.0510 × 0.0255 1.30 × 0.648
WR4 WG31 R2200 170 — 260 137.243 274.485 0.0430 × 0.0215 1.09 × 0.546
WR3 WG32 R2600 220 — 330 173.571 347.143 0.0340 × 0.0170 0.864 × 0.432
WR2.8 260 — 400 211.121 422.243 0.02795 × 0.01398 0.71 × 0.355
WR2.2 325 — 500 262.975 525.951 0.02244 × 0.01122 0.57 × 0.285
WR1.9 400 — 600 318.928 637.856 0.01850 × 0.009252 0.47 × 0.235
WR1.5 500 — 750 394.463 788.927 0.01496 × 0.007480 0.38 × 0.19
WR1.2 600 — 900 483.536 967.072 0.01220 × 0.006102 0.31 × 0.155
WR1 750 — 1100 599.584 1199.2 0.009843 × 0.004921 0.25 × 0.125
* 무선부품표준화위원회
† 역사적인 이유로 이러한 도파관의 내부 치수가 아닌 외부 치수는 2:1(벽 두께 WG6–WG10: 0.08"(2.0mm), WG11A–WG15: 0.064"(1.6mm), WG16–WG17: 0.05"(1.3mm), WG18–WG28: 0.04"(1.0mm)입니다.[15]

위 표의 주파수의 경우, 동축 케이블보다 도파관의 주요 장점은 도파관이 더 낮은 손실로 전파를 지원한다는 것입니다. 낮은 주파수의 경우 도파관 치수가 비현실적으로 커지며 높은 주파수의 경우 치수가 비현실적으로 작아집니다(제조 공차는 도파관 크기의 상당 부분이 됩니다).

수리해석학

전자파 가이드는 물질과 계면의 특성에 의해 결정되는 경계 조건을 가진 맥스웰 방정식 또는 그 축소된 형태의 전자파 방정식을 풀어서 분석됩니다. 이 방정식들은 방정식 시스템의 고유 함수인 여러 해 또는 모드를 가지고 있습니다. 각 모드는 모드가 가이드에 존재할 수 없는 컷오프 주파수를 특징으로 합니다. 도파관 전파 모드는 동작 파장과 편광, 가이드의 모양과 크기에 따라 달라집니다. 도파관의 종방향 모드는 공동에 국한된 파동에 의해 형성되는 특정 정상파 패턴입니다. 횡방향 모드는 다음과 같은 다양한 유형으로 분류됩니다.

  • TE 모드(횡전기)는 전파 방향으로 전기장이 없습니다.
  • TM 모드(횡방향 자기)는 전파 방향으로 자기장이 없습니다.
  • TEM 모드(횡단 전자기)는 전파 방향으로 전기장이나 자기장이 없습니다.
  • 하이브리드 모드에는 전파 방향으로 전기장과 자기장 성분이 모두 있습니다.

특정 대칭을 갖는 도파관은 변수 분리 방법을 사용하여 해결할 수 있습니다. 직사각형 웨이브 가이드는 직사각형 좌표로 해결할 수 있습니다.[16]: 143 원형 도파관은 원통 좌표로 해결할 수 있습니다.[16]: 198

중공의 단일 도체 도파관에서는 TEM 파형이 불가능합니다. 이는 TEM 모드가 가능한 동축 케이블, 병렬 와이어 라인 및 스트립라인 등 낮은 주파수에서 사용되는 2개의 도체 전송선과 대조됩니다. 또한 도파관 내부의 전파 모드(즉, TE 및 TM)는 수학적으로 두 개의 TEM파의 중첩으로 표현될 수 있습니다.[17]

컷오프 빈도가 가장 낮은 모드를 가이드의 도미넌트 모드라고 합니다. 작동 주파수 대역에서 이 하나의 모드만 존재할 수 있도록 가이드의 크기를 선택하는 것이 일반적입니다. 직사각형 및 원형(홀로우 파이프) 도파관에서 지배 모드는 각각 TE1,0 모드 및 TE1,1 모드로 지정됩니다.[18]

  • TE1,1 mode of a circular hollow metallic waveguide.

    원형 중공 금속 도파관의 TE1,1 모드

유전체 도파관

유전체 도파관은 속이 빈 파이프가 아닌 고체 유전체 막대를 사용합니다. 광섬유는 광 주파수에서 작동하도록 설계된 유전체 가이드입니다. 마이크로스트립, 코플레인 도파관, 스트립라인 또는 동축 케이블과 같은 전송선 또한 도파관으로 간주될 수 있습니다.

유전체 로드 및 슬래브 도파관은 주로 밀리미터파 주파수 이상에서 전파를 전도하는 데 사용됩니다.[19][20] 이들은 재료 표면의 유전율 변화로 인한 굴절률 단계부터 내부 전반사에 의해 전파를 구속합니다.[21] 밀리미터파 주파수 이상에서는 금속이 좋은 전도체가 아니므로 금속 도파관의 감쇄가 증가할 수 있습니다. 이러한 파장에서 유전체 도파관은 금속 도파관보다 손실이 적을 수 있습니다. 광섬유는 광 파장에서 사용되는 유전체 도파관의 한 형태입니다.

유전체와 금속 도파관의 한 가지 차이점은 금속 표면에서 전자파가 단단히 구속되어 있다는 것입니다. 높은 주파수에서 전기장과 자기장은 매우 짧은 거리를 금속 안으로 침투합니다. 반면, 유전체 도파관의 표면은 두 개의 유전체 사이의 계면이므로, 파동의 장은 소멸(비전파)파의 형태로 유전체 외부를 관통합니다.[21]

참고 항목

참고문헌

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  • 이 문서는 부분적으로 연방 표준 1037C 및 MIL-STD-188 및 ATIS의 자료에 기초하고 있습니다.
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더보기

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외부 링크

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