Pandu Gelombang dan Saluran Transmisi

Struktur konduksi memandu gelombang elektromagnetik, mendukung mode diskrit di atas frekuensi batas dan membawa sinyal serta daya.

Definition

Studi tentang gelombang elektromagnetik yang dibatasi dan diarahkan oleh struktur konduksi atau dielektrik, di mana kondisi batas membatasi propagasi ke satu set mode diskrit, masing-masing dengan frekuensi batas dan dispersi, impedansi, serta pola medan karakteristik.

Scope

Topik ini mencakup propagasi terpandu gelombang elektromagnetik dalam saluran transmisi dan pandu gelombang berongga atau dielektrik: mode listrik transversal, magnetik transversal, dan elektromagnetik transversal, frekuensi batas, dispersi dalam pandu, impedansi karakteristik, persamaan telegrafer, gelombang berdiri, dan rongga resonan. Ini menghubungkan kondisi batas pada konduktor dengan transportasi sinyal dan daya praktis.

Core questions

• Bagaimana kondisi batas memilih mode yang dapat didukung oleh pandu gelombang?
• Mengapa pandu gelombang berongga memiliki frekuensi batas?
• Bagaimana saluran transmisi membawa sinyal dan apa yang menentukan impedansinya?

Key concepts

• Mode TE, TM, dan TEM
• frekuensi batas
• impedansi karakteristik
• persamaan telegrafer
• rasio gelombang berdiri
• rongga resonan
• dispersi pandu gelombang

Key theories

Mode pandu gelombang dan batas

Kondisi batas pada dinding konduksi membatasi medan ke mode listrik transversal dan magnetik transversal diskrit, masing-masing hanya merambat di atas frekuensi batas yang ditentukan oleh geometri pandu.

Teori saluran transmisi

Persamaan telegrafer menjelaskan gelombang tegangan dan arus pada saluran dalam hal induktansi, kapasitansi, resistansi, dan konduktansi terdistribusi, mendefinisikan impedansi karakteristik dan refleksi dari beban yang tidak cocok.

Clinical relevance

Pandu gelombang dan saluran transmisi mengarahkan sinyal dan daya dalam radar, tautan satelit dan gelombang mikro, sistem frekuensi radio akselerator dan resonansi magnetik, interkoneksi sirkuit tercetak, serta perangkat pemanas dan ablasi gelombang mikro.

History

Heaviside mengembangkan teori saluran transmisi dan persamaan telegrafer pada akhir abad kesembilan belas. Rayleigh menganalisis propagasi gelombang dalam pandu berongga pada tahun 1897, dan teknologi pandu gelombang berongga serta gelombang mikro praktis berkembang pada tahun 1930-an–1940-an dengan karya Southworth, Barrow, dan lainnya.

Key figures

• Oliver Heaviside
• John William Strutt (Lord Rayleigh)
• George Southworth

Seminal works

• jackson1998
• pozar2011

Frequently asked questions

Mengapa pandu gelombang berongga berhenti mentransmisikan di bawah frekuensi tertentu?

Kondisi batas memaksa medan untuk menyesuaikan pola transversal dengan skala spasial minimum; di bawah frekuensi batas yang sesuai, gelombang tidak dapat memenuhinya dan meluruh alih-alih merambat.

Apa itu impedansi karakteristik?

Ini adalah rasio tegangan terhadap arus untuk gelombang yang merambat di sepanjang saluran transmisi, ditentukan oleh geometri dan bahan saluran; mencocokkan beban dengannya mencegah refleksi.