تفاوت میان نسخه‌های «موج‌بر»

۸۸ بایت اضافه‌شده ،  ۸ ماه پیش
جز
[[پرونده:WaveguideJ-Band.png|بندانگشتی| بخشی از موجبر انعطاف پذیر با [[فلنج موجبر |لبه تحت‌فشار]]]]
[[پرونده:Waveguide_x_EM_rect_TE31.gif|جایگزین=(animation) Electric field Ex component of the TE31 mode inside an x-band hollow metal waveguide. A cross-section of the waveguide allows a view of the field inside.|چپ|بندانگشتی| مولفه Ex میدان الکتریکی حالت TE31 درون یک موجبر فلزی توخالی باند x است.]]
'''موج‌بَر'''<ref>{{یادکرد فرهنگستان | مصوب=موج‌بَر | بیگانه=waveguide | بیگانه در فارسی= | حوزه=فیزیک | دفتر=دوم | بخش=فارسی | سرواژه=موج‌بَر}}</ref> ساختاری است که امواجی چون [[امواج الکترومغناطیسی]] یا [[امواج صوتی]] را هدایت و منتقل می‌کند. برای هر نوع موج انواع گوناگونی موج‌بر وجود دارد. نوع اصلی و معمول آن یک لولهٔ فلزی توخالی است. موج‌برها در [[شکل هندسی]] تفاوت دارند که می‌توانند انتقال انرژی موج را در یک راستا محدود کنند (مانند موج‌برهای صفحه‌ای)، و نیز می‌توانند در دو بعد انرژی را محدود کنند همچون موج‌برها تاری یا شیاری. به‌علاوه موج‌برهای مختلفی برای فرکانس‌های مختلف موردنیاز است. مثلاً یک [[فیبر نوری]] که امواج نوری را هدایت می‌کند، نمی‌تواند ریزامواج را هدایت کند.
طبق یک حساب سرانگشتی پهنای موج‌بر باید در مرتبهٔ اندازهٔ [[طول موج]] امواج هدایت‌شده باشد. در طبیعت نیز ساختارهایی وجود دارد که همانند موج‌بر عمل می‌کنند. گوش انسان یا دیگر جانوران، بهترین مثال برای موج‌بر است.
 
'''موجبر''' سازه‌ای است که امواجی مانند [[تابش الکترومغناطیسی|امواج الکترومغناطیسی]] یا و با کران‌بندی انتقال انرژی به یک جهت، کمترین اتلاف انرژی را به همراه دارد. بدون وادارسازی فیزیکی یک موجبر، دامنه‌های موج مطابق [[قانون مربع معکوس]] کاهش می‌یابند زیرا در [[فضای سه بعدی]] گسترش می‌یابند.
 
انواع مختلفی از موجبرها برای انواع مختلف موج وجود دارد. معنی اصلی و متداول <ref name="IEEEdict1997">Institute of Electrical and Electronics Engineers, “The IEEE standard dictionary of electrical and electronics terms”; 6th ed. New York, N.Y., Institute of Electrical and Electronics Engineers, c1997. IEEE Std 100-1996. {{شابک|1-55937-833-6}} [ed. Standards Coordinating Committee 10, Terms and Definitions; Jane Radatz, (chair)]</ref> یک لوله فلزی توخالی رسانا است که برای حمل [[موج‌های رادیویی|امواج رادیویی]] با [[فرکانس بالا]] بخصوص [[ریزموج]]<nowiki/>ها استفاده می‌شود. [[موجبر دی الکتریک |موجبرهای دی‌الکتریک]] در فرکانس‌های [[صوت]] را هدایت می‌کندرادیویی بالاتر استفاده می‌شوند، و موجبرهای دی‌الکتریک شفاف و [[فیبر نوری|فیبرهای نوری]] به عنوان موجبر برای نور استفاده می‌شوند. در [[صوت‌شناسی]]، مجرای هوا و شیپور به عنوان موجبر برای صدا در سازهای موسیقی و [[بلندگو|بلندگوها]] مورد استفاده قرار می‌گیرند و میله‌های فلزی با شکل مخصوص، امواج [[فراصوت]] را در [[ماشین‌کاری التراسونیک]] هدایت می‌کند.
 
هندسه موجبر نشان دهنده عملکرد آن است. علاوه بر انواع متداول‌تر که موج را در یک بُعد جاری می‌کنند، موجبرهای باریک دو بعدی وجود دارند که امواج را به دو بعد محدود می‌کنند. [[فرکانس موج]] منتقل شده همچنین اندازه یک موجبر را تعیین می‌کند: هر موجبر دارای [[فرکانس قطع|طول‌موج قطع]] است که با توجه به اندازه آن تعیین می‌شود و امواج با [[طول‌موج]] بیشتر را هدایت نمی‌دهد. [[فیبر نوری]] که [[نور]]<nowiki/>بَر است، [[ریزموج]]<nowiki/>هایی که دارای طول‌موج بسیار بزرگ‌تری هستند را منتقل نمی‌کند. برخی از ساختارهای طبیعی که می‌توانند مانند موجبر نیز عمل کنند. لایه [[کانال اس‌اواف‌ای‌آر|کانال SOFAR]] در اقیانوس می‌تواند صدای [[آواز نهنگ‌ها|آواز نهنگ]] را در مسافت‌های دوری هدایت کند.<ref>[https://archive.today/20120826003933/http://www3.interscience.wiley.com/journal/119693602/abstract ORIENTATION BY MEANS OF LONG RANGE ACOUSTIC SIGNALING IN BALEEN WHALES], R. Payne, D. Webb, in Annals NY Acad. Sci., '''188''':110-41 (1971)</ref>
 
== اصول عملکرد ==
* فیبرهای نوری که نور و سیگنال‌ها را تا فاصله‌های دور با سرعت‌های زیاد انتقال می‌دهند.
* در اجاق‌های ماکروویو یک موج‌بر برق را از یک ماگنترون هدایت می‌کند که در قالب فضای آشپزخانه طرح‌ریزی شده‌است.
* موج‌بر در رادارها، موجها را به یک آنتن هدایت می‌کند که باید [[مقاومت ظاهری]] آن با توان مؤثر انتقال، مطابقت داشته باشد.
 
یک نوع از موج‌بر که به آن باریکهٔ خطی می‌گویند، می‌تواند روی یک [[تخته مدار چاپی]] ساخته شود و برای انتقال سیگنال‌های ماکرو ویو روی تخته از آن استفاده می‌شود. این نوع از موج‌بر خیلی ارزان ساخته می‌شود و ابعاد کوچکی دارد که می‌تواند برای استفاده درون تخته [[مدار چاپی]] مناسب باشد.
* موج‌برها در ابزارهای علمی برای اندازه‌گیری خواص نوری، صوتی و کشسانی مواد و اشیاء استفاده می‌شوند.
 
موج‌برها می‌توانند در تماس با یک نمونه قرار بگیرند، برای مثال در سونوگرافی‌های پزشکی که در این نوع موارد موج‌بر باعث می‌شود تا توان موج آزمایشگر محفوظ بماند یا اینکه نمونهٔ آزمایشی درون موج‌بر قرار بگیرد همانند سنجش [[دی الکتریک]] دائمی. بنابراین اجسام کوچکتر مورد آزمایش قرار می‌گیرند و دقت آزمایش بیشتر خواهد شد.
 
== تحلیل نظری ==
بعلت محدودیت شرایط مرزی برای [[تابع موج]] فقط فرکانس‌ها و شکل‌های محدودی وجود دارد که بتواند در موج‌بر انتشار یابد. کمترین فرکانسی که در یک حالت مشخص می‌تواند انتشار یابد، فرکانس قطع آن حالت نامیده می‌شود. حالتی که در پایین‌ترین [[فرکانس قطع]] وجود دارد، حالت پایهٔ موج‌بر است و [[فرکانس قطع]] آن، [[فرکانس قطع]] موج‌بر است.
یک حالت ویژهٔ موج‌بر هنگامی است که یک حالت موج مسطح داریم.
یک موج مسطح در فضای آزاد منتشر می‌شود و [[جبهه موج]] آن نیز مسطح است. یک موج مسطح می‌تواند در یک باند فرکانسی وسیع انتشار یابد. در یک موج‌بر ایده‌آل که دیواره‌های آن به‌شکل کامل بازتاب می‌کنند، فرکانس قطع نزدیک صفر است. البته امواجی مسطح نمی‌توانند در هر نوع از موج‌بر انتشار یابند، برای مثال یک [[کابل هم محور]] می‌تواند یک موج مسطح الکترومغناطیسی را پشتیبانی کند اما یک لولهٔ توخالی نمی‌تواند این کار را انجام دهد.
موج در امتداد موج‌بر (حول محور z) با رابطهٔ
<math>\ v_z=\frac{2\pi f}{k_z}</math>
بدست می‌آید که<math>\ f</math> فرکانس <math>\ \vec v</math> سرعت موج در فضای آزاد و <math>\ \vec k</math> [[عدد موج]] است که به‌شکل برداری است و اندازهٔ آن برابر است با <math>\ k=\frac{2\pi f}{v}</math>
ارتباط بین اندازهٔ عدد موج و مولفه‌های آن از رابطهٔ <math>\ k^2=k_x^2+k_y^2+k_z^2</math> بدست می‌آید که <math>k_y</math>
و <math>k_x</math> عددهای موج متقاطع هستند و بستگی به ساختار موج‌بر و حالت آن دارد و نسبتی با فرکانس ندارد. قطع جریان موج به این معناست که موج منتشر نمی‌شود و بنابراین عدد [[موج طولی]] برابر صفر است؛ و بدین ترتیب عدد موج قطع <math>k_c=k=\sqrt{k_x^2+k_y^2}</math> و بنابراین فرکانس قطع برابر است با <math>f_c=\frac{k_c v}{2\pi}=\frac{v}{2\pi}\sqrt{k_x^2+k_y^2}</math>.
 
== هادی‌های امواج الکترومغناطیسی ==
موج‌برها می‌توانند به منظور حمل موجها بر فراز بخش وسیعی از [[طیف الکترومغناطیسی]] ساخته شوند. اما خصوصاً در مورد محدودهٔ فرکانس‌های نوری و میکرو ویوها سودمند می‌باشند.
بنا به فرکانس مورد نیاز می‌توانند از مواد رسانا یا عایق ساخته شوند. موج‌برها همچنین برای انتقال سیگنال‌های برق و مخابراتی استفاده می‌شود.
 
[[رده:مکانیک امواج]]
[[رده:مهندسی مخابرات]]
[[رده:ویکی‌سازی رباتیک]]