도파관

도파관 속이 빈 금속 튜브로 구성된 특수한 형태의 전송 라인입니다. 튜브 벽은 분산된 인덕턴스를 제공하고 튜브 벽 사이의 빈 공간은 분산된 커패시턴스를 제공합니다.

도파관은 동축 케이블보다 낮은 손실로 마이크로파 에너지를 전도합니다.

도파관은 파장이 도파관의 단면 치수에 접근하는 극도로 높은 주파수의 신호에만 실용적입니다. 이러한 주파수 아래에서는 도파관이 전기 전송 라인으로 쓸모가 없습니다.

도파관을 전송선으로 사용

그러나 전송선으로 기능할 때 도파관은 제조 및 유지 보수가 2도체 케이블(특히 동축 케이블)보다 훨씬 간단합니다.

단일 도체(도파관의 "쉘")만 있으면 도파관의 유일한 유전체가 공기이기 때문에 적절한 도체 간 간격 또는 유전체 재료의 일관성에 대한 우려가 없습니다.

습기는 동축 케이블 내에서만큼 도파관에서 심각한 문제가 아니므로 도파관은 종종 가스 "충전"의 필요성을 절약합니다.

도파관은 전자기 에너지의 도관으로 간주될 수 있으며, 도파관 자체는 정상적인 의미의 신호 도체라기보다는 에너지의 "지시자"에 불과한 역할을 합니다.

어떤 의미에서 모든 전송선은 펄스나 고주파수를 전달할 때 전자기 에너지의 도관 역할을 하여 강둑이 해일을 지시하듯 파도를 지시합니다.

그러나 도파관은 단일 도체 요소이기 때문에 도파관으로 전기 에너지를 전파하는 것은 2도체 전송 라인으로 전기 에너지를 전파하는 것과는 매우 다른 특성을 가지고 있습니다.

횡 전기 및 자기(TEM) 파동 전파란 무엇입니까?

모든 전자기파는 동일한 진행 방향으로 전파되지만 서로 수직인 전기장과 자기장으로 구성됩니다. 정상적인 전송 라인의 길이를 따라 전기장과 자기장은 모두 파동의 진행 방향에 수직(가로)입니다.

이를 기본 모드라고 합니다. , 또는 TEM (T 가로 E 전기 및 M 자기) 모드. 이 파동 전파 방식은 두 개의 도체가 있는 경우에만 존재할 수 있으며, 신호의 파장에 비해 전송선로의 단면 치수가 작은 경우가 지배적인 파동 전파 방식입니다.

트윈 리드 전송선 전파:TEM 모드.

전자레인지에서 신호 주파수(100MHz ~ 300GHz), 표준 TEM 모드에서 작동하는 상당한 길이의 2도체 전송 라인은 비실용적이 됩니다.

마이크로파 신호에 대한 TEM 모드 신호 전파를 유지하기 위해 단면 치수가 충분히 작은 라인은 정격 전압이 낮은 경향이 있으며 도체 "외피" 및 유전 효과로 인해 큰 기생 전력 손실을 겪습니다.

그러나 다행히도 이러한 단파장에는 두 개의 평행한 도체가 아닌 전도성 튜브를 사용하는 경우 "손실"이 아닌 다른 전파 모드가 있습니다. 이러한 고주파수에서 도파관이 실용적이 됩니다.

전자기파가 속이 빈 관을 따라 전파될 때 전기장이나 자기장 중 하나만 실제로는 파동의 진행 방향을 가로지릅니다.

다른 필드는 이동 방향에 대해 세로로 "루프"하지만 여전히 다른 필드에 수직입니다. 이동 방향에 대해 가로로 남아 있는 필드가 TE에서 파동이 전파되는지 여부를 결정합니다. 모드(T 가로 E 강의) 또는 TM (T 가로 M 자기) 모드.

도파관(TE) 가로 전기 모드 및 (TM) 가로 자기 모드

주어진 도파관에 대해 각 모드의 다양한 변형이 존재하며 이 주제에 대한 완전한 논의는 이 책의 범위를 훨씬 벗어납니다.

도파관에서 신호를 어떻게 도입하고 추출합니까?

신호는 일반적으로 도파관에 삽입된 작은 안테나와 같은 결합 장치를 통해 도파관에 도입되고 도파관에서 추출됩니다. 때때로 이러한 결합 요소는 적절한 길이의 개방형 스터브 와이어 2개에 불과한 쌍극자 형태를 취합니다.

다른 경우 커플러는 단일 스터브(반쌍극자, 원칙적으로 "휩" 안테나와 유사, 물리적 길이 1/4λ) 또는 도파관 내부 표면에서 종단된 짧은 와이어 루프입니다.

도파관에 대한 스텁 및 루프 결합

어떤 경우에는 유도 출력관이라고 하는 진공관 장치의 종류와 같이 (소위 klystron 튜브가 이 범주에 속함) 전도성 물질로 형성된 "공동"은 빔 자체와 접촉하지 않고 변조된 전자 빔에서 전자기 에너지를 차단할 수 있습니다.

Klystron 유도 출력 튜브.

캐비티 공진기란 무엇입니까?

전송 라인이 회로에서 공진 요소로 기능할 수 있는 것처럼, 특히 단락 또는 개방 회로에 의해 종단될 때 막힌 도파관은 특정 주파수에서 공진할 수도 있습니다.

그대로 사용하는 경우 장치를 공진기라고 합니다. . 유도 출력 튜브는 토로이드 모양의 공동 공진기를 사용하여 전자빔과 출력 케이블 간의 전력 전달 효율을 극대화합니다.

공동 공진 주파수는 물리적 치수를 변경하여 변경할 수 있습니다. 이를 위해 이동식 플레이트가 있는 캐비티, 나사 및 기타 튜닝용 기계적 요소를 제조하여 거친 공진 주파수 조정을 제공합니다.

공진 공동의 한쪽 끝을 열면 단방향 안테나 역할을 합니다.

다음 사진은 "802.11b" 컴퓨터 통신 네트워크에서 2.4GHz 신호용 안테나로 사용되는 주석 캔으로 만든 집에서 만든 도파관을 보여줍니다.

커플링 요소는 1/4파동 스터브입니다. 캔 측면을 관통하는 동축 케이블 커넥터의 중심에서 연장되는 길이가 약 1-1/4인치인 단선 구리선에 불과합니다.

Can-tenna는 도파관에 스터브 결합을 보여줍니다.

배경에 주석 캔 안테나가 몇 개 더 있을 수 있으며 그 중 하나는 "프링글스" 감자 칩 캔입니다. 이 캔은 판지(종이) 구조이지만 금속 내부 라이닝은 도파관으로 기능하는 데 필요한 전도성을 제공합니다.

배경에 있는 캔 중 일부는 여전히 플라스틱 뚜껑이 제자리에 있습니다. 플라스틱은 비전도성이므로 RF 신호를 간섭하지 않지만 비, 눈, 먼지 및 기타 물리적 오염 물질이 도파관에 유입되는 것을 방지하는 물리적 장벽 역할을 합니다.

"실제" 도파관 안테나는 유사한 장벽을 사용하여 튜브를 물리적으로 둘러싸지만 전자기 에너지가 방해받지 않고 통과할 수 있도록 합니다.

검토:

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도파관 전자기파를 전달하기 위한 "도관" 역할을 하는 금속 튜브입니다. 신호 파장이 도파관의 단면 치수에 접근하는 극도로 높은 주파수의 신호에만 실용적입니다.

도파관을 통한 전파 전파는 다음과 같은 두 가지 광범위한 범주로 분류될 수 있습니다. TE (횡전기) 또는 TM (횡 자기), 어떤 필드(전기 또는 자기)가 파동의 진행 방향에 수직(횡)하는지에 따라 다릅니다. 표준 2도체 전송 라인을 따라 이동하는 파동은 TEM (횡 전기 및 자기) 모드, 두 필드가 이동 방향에 수직으로 배향됩니다. TEM 모드는 두 개의 도체에서만 가능하며 도파관에는 존재할 수 없습니다.

극초단파 회로에서 공진 요소 역할을 하는 막힌 도파관을 공진기라고 합니다. .

개방형 종단이 있는 공동 공진기는 단방향 안테나 역할을 하여 개방형 종단 방향으로 RF 에너지를 송수신합니다.