موجبرها و خطوط انتقال
ساختارهای رسانا امواج الکترومغناطیسی را هدایت میکنند، از مُدهای گسسته بالاتر از فرکانسهای قطع پشتیبانی کرده و سیگنالها و توان را منتقل میسازند.
Definition
مطالعه امواج الکترومغناطیسی محصور و هدایتشده توسط ساختارهای رسانا یا دیالکتریک، که در آن شرایط مرزی انتشار را به مجموعهای گسسته از مُدها محدود میکند، هر یک با فرکانس قطع و پاشندگی، امپدانس و الگوی میدان مشخصه خود.
Scope
این موضوع به انتشار هدایتشده امواج الکترومغناطیسی در خطوط انتقال و موجبرهای توخالی یا دیالکتریک میپردازد: مُدهای الکتریکی عرضی، مغناطیسی عرضی و الکترومغناطیسی عرضی، فرکانسهای قطع، پاشندگی در موجبرها، امپدانس مشخصه، معادلات تلگراف، امواج ایستاده و کاواکهای تشدیدگر. این مبحث شرایط مرزی روی رساناها را به انتقال عملی سیگنال و توان مرتبط میسازد.
Core questions
- چگونه شرایط مرزی مُدهایی را که یک موجبر میتواند پشتیبانی کند، انتخاب میکنند؟
- چرا یک موجبر توخالی دارای فرکانس قطع است؟
- خطوط انتقال چگونه سیگنالها را حمل میکنند و چه چیزی امپدانس آنها را تعیین میکند؟
Key concepts
- مُدهای TE، TM و TEM
- فرکانس قطع
- امپدانس مشخصه
- معادلات تلگراف
- نسبت موج ایستاده
- کاواک تشدیدگر
- پاشندگی موجبر
Key theories
- مُدهای موجبر و قطع
- شرایط مرزی روی دیوارههای رسانا، میدانها را به مُدهای الکتریکی عرضی و مغناطیسی عرضی گسسته محدود میکند، که هر یک تنها بالاتر از فرکانس قطعی که توسط هندسه موجبر تعیین میشود، منتشر میشوند.
- نظریه خطوط انتقال
- معادلات تلگراف امواج ولتاژ و جریان را روی یک خط بر حسب اندوکتانس، ظرفیت، مقاومت و رسانایی توزیعشده توصیف میکنند و امپدانس مشخصه و بازتاب از بارهای نامنطبق را تعریف میکنند.
Clinical relevance
موجبرها و خطوط انتقال سیگنالها و توان را در رادار، لینکهای ماهوارهای و مایکروویو، سیستمهای رادیوفرکانسی شتابدهنده و تشدید مغناطیسی، اتصالات مدارهای چاپی، و دستگاههای گرمایش و فرسایش مایکروویو هدایت میکنند.
History
هویساید نظریه خطوط انتقال و معادلات تلگراف را در اواخر قرن نوزدهم توسعه داد. ریلی انتشار موج در موجبرهای توخالی را در سال ۱۸۹۷ تحلیل کرد، و فناوری عملی موجبر توخالی و مایکروویو در دهههای ۱۹۳۰-۱۹۴۰ با کارهای ساوثورث، بارو و دیگران به بلوغ رسید.
Key figures
- Oliver Heaviside
- John William Strutt (Lord Rayleigh)
- George Southworth
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- pozar2011
Frequently asked questions
- چرا یک موجبر توخالی انتقال را زیر یک فرکانس خاص متوقف میکند؟
- شرایط مرزی میدان را مجبور میکند تا الگوی عرضی با حداقل مقیاس فضایی را داشته باشد؛ زیر فرکانس قطع مربوطه، موج نمیتواند این شرایط را برآورده کند و به جای انتشار، میرا میشود.
- امپدانس مشخصه چیست؟
- این نسبت ولتاژ به جریان برای موجی است که در طول یک خط انتقال حرکت میکند، که توسط هندسه و مواد خط تعیین میشود؛ تطبیق بارها با آن از بازتاب جلوگیری میکند.