波导

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我们都熟悉的波导管。
这些波导可以以非常小的能量损失有效地传输高功率微波。它们是具有矩形横截面(短于其宽度)的中空金属管。因为这种波导的宽度不能小于波长的一半,所以较大的波导用于波长较长的微波(低频)。设计合理的波导管可以如图所示弯曲或扭曲,并且仍然可以很好地传输微波。图片提供:Antek Systems,LLC

波导是一种结构,它使波沿着一定的路径传播,而不是扩散到越来越大的空间中。医生用来听胸部声音的听诊器是声波的波导管。来自身体的微弱声波通过管道被引导至医生的耳朵。声音的能量不是在房间里传播,而是被限制在从你的胸部到医生耳朵的特定路径上。这种将波的能量导向特定路径的原理对所有波导来说都是通用的。

光纤电缆由一束非常薄的纤维组成,由一种特殊的玻璃制成,对红外光具有难以置信的透明性。(红外光就像可见光,只是波长稍长,肉眼看不见。热射线是红外光。)为了通过光纤发送信息,传输端的激光器将“调制”(用于携带信息)的红外光照射到光纤中。光纤是如此透明,以至于光可以传播数十或数百英里,然后必须加强(“放大”)才能继续传播。如果你试图将激光束照射到空中,它会在几英尺后散开并分散开来。正是光纤的导向特性及其良好的透明度使得光束能够传播到它所能达到的距离。在接收端,光束被转换为电信号,用于传输语音、视频或计算机数据信息。

波导管也可用于传输微波无线电信号。第一种用于微波的波导管是空心金属管。当微波沿着导轨向下传播时,可以认为它们在管壁之间来回反弹。然而,使用这种波导,微波的波长不能太长,否则波就不能走得很远。这意味着长波长微波需要更大的管道,因为管道太大,不适合长波长微波。

用于微波的其他类型的波导包括同轴电缆(基本上与用于有线电视系统)以及一种称为“微带”的印刷电路结构。微波可以在印刷电路板上短距离传播,类似于计算机内部使用的电路板。微带线的问题是,它从微波中消耗了太多的能量,在几英尺以上的距离内无法使用。另一方面,空心管型波导可用于数百英尺或更长的距离。

波导管也用于微波炉在那里它们传送来自微波发生器的微波功率(电子管称为空腔磁控管)由于波导管几乎不吸收磁控管产生的电能,所以可以将大部分电能用于加热食物。

进一步阅读

1897年,瑞利勋爵设想使用波导管,但这一想法从未被采纳。它将在20世纪30年代被重新发现。请参阅下面的关键文章:MTT波导历史

1910年,Jagadish Chandra Bose进行了试验无线电频率约为60GHz,使用光学元件,其中许多元件现在可以被识别为波导管。