Ống dẫn sóng và Đường truyền tải

Các cấu trúc dẫn điện dẫn sóng điện từ, hỗ trợ các chế độ rời rạc trên tần số cắt và mang tín hiệu và năng lượng.

Definition

Nghiên cứu về sóng điện từ bị giới hạn và định hướng bởi các cấu trúc dẫn điện hoặc điện môi, trong đó các điều kiện biên hạn chế sự lan truyền thành một tập hợp rời rạc các chế độ, mỗi chế độ có một tần số cắt và đặc trưng tán sắc, trở kháng và mẫu trường.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự lan truyền có hướng của sóng điện từ trong đường truyền tải và ống dẫn sóng rỗng hoặc điện môi: các chế độ điện từ ngang (TE), từ ngang (TM) và điện từ ngang (TEM), tần số cắt, tán sắc trong ống dẫn, trở kháng đặc trưng, các phương trình của telegrapher, sóng dừng và các khoang cộng hưởng. Nó kết nối các điều kiện biên trên dây dẫn với việc truyền tải tín hiệu và năng lượng thực tế.

Core questions

• Các điều kiện biên chọn các chế độ mà ống dẫn sóng có thể hỗ trợ như thế nào?
• Tại sao ống dẫn sóng rỗng có tần số cắt?
• Đường truyền tải mang tín hiệu như thế nào và điều gì xác định trở kháng của chúng?

Key concepts

• Các chế độ TE, TM và TEM
• tần số cắt
• trở kháng đặc trưng
• các phương trình của telegrapher
• tỷ số sóng dừng
• khoang cộng hưởng
• tán sắc ống dẫn sóng

Key theories

Các chế độ ống dẫn sóng và tần số cắt

Các điều kiện biên trên thành dẫn điện giới hạn các trường thành các chế độ điện từ ngang và từ ngang rời rạc, mỗi chế độ chỉ lan truyền trên một tần số cắt được thiết lập bởi hình học của ống dẫn.

Lý thuyết đường truyền tải

Các phương trình của telegrapher mô tả sóng điện áp và dòng điện trên một đường dây theo điện cảm, điện dung, điện trở và độ dẫn phân bố, xác định trở kháng đặc trưng và sự phản xạ từ các tải không phù hợp.

Clinical relevance

Ống dẫn sóng và đường truyền tải định tuyến tín hiệu và năng lượng trong radar, liên kết vệ tinh và vi sóng, hệ thống tần số vô tuyến của máy gia tốc và cộng hưởng từ, kết nối mạch in, và các thiết bị gia nhiệt và cắt bỏ bằng vi sóng.

History

Heaviside đã phát triển lý thuyết đường truyền tải và các phương trình của telegrapher vào cuối thế kỷ XIX. Rayleigh đã phân tích sự lan truyền sóng trong ống dẫn rỗng vào năm 1897, và công nghệ ống dẫn sóng rỗng và vi sóng thực tế đã phát triển mạnh mẽ vào những năm 1930-1940 với công trình của Southworth, Barrow và những người khác.

Key figures

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

Seminal works

• jackson1998
• pozar2011

Frequently asked questions

Tại sao ống dẫn sóng rỗng ngừng truyền dưới một tần số nhất định?

Các điều kiện biên buộc trường phải phù hợp với một mẫu ngang với một thang không gian tối thiểu; dưới tần số cắt tương ứng, sóng không thể thỏa mãn chúng và suy giảm thay vì lan truyền.

Trở kháng đặc trưng là gì?

Đó là tỷ lệ điện áp trên dòng điện đối với một sóng truyền dọc theo đường truyền tải, được xác định bởi hình học và vật liệu của đường dây; việc khớp tải với nó giúp ngăn chặn sự phản xạ.