موجبر: تفاوت میان نسخهها
محتوای حذفشده محتوای افزودهشده
بدون خلاصۀ ویرایش |
جز ربات: تبدیل هی به هٔ |
||
خط ۱:
== '''مقدمه''' ==
هادی موج ساختاری است که امواجی چون امواج الکترو مغناطیسی و امواج صوتی را هدایت می کند. برای هر نوع موج انواع گوناگونی هادی موج وجود دارد.نوع اصلی و معمول آن یک
طبق یک حساب تخمینی ؛ پهنای هادی موج باید در
== '''اصول عملکرد''' ==
موج ها در فضاهای باز در تمام جهات به شکل '''موج کروی''' منتشر می شوند و این امواج توان خود را متناسب با مجذور فاصله از دست می دهند. در
به علت بازتاب کامل ازدیواره های هادی موج ؛ موج ها درون آن به دام می افتند و بنا براین انتشار درون هادی موج تقریباً به شکل زیک زاک بین دیواره ها خواهد بود.این توصیف برای موجهای الکتزو مغناطیسی در لوله های تو خالی مستطیلی و دایره ای دقیق تر و کامل تر است.
== '''تاریخچه''' ==
اولین ساختار برای هدایت موج ها توسط '''J. J. Thomson''' در سال '''1893''' پیشنهاد شد که اولین بار به شکل تجربی توسط '''O. J. Lodge''' در سال '''1894''' امتحان گردید.
اولین آنالیز ریاضی از امواج الکترو مغناطیسی در یک
برای اموج صوتی '''Lord Rayleigh''' یک آنالیز ریاضی کامل از حالت های انتشار را تحت عنوان '''تئوری امواج صوتی''' چاپ کرد.
مطالعات در
== '''کاربردها''' ==
استفاده از هادی های موج حتی قبل از اینکه این اصطلاح به وجود آید ، شناخته شده بود . از زمانهای قدیم انتشار امواج صوتی در امتداد یک سیم کشیده شده یک
استفاده های دیگر از هادی های موج در انتقال توان بین دو جزء از سیستم مثل رادیو , رادار و یا وسایل نوری می باشد. هادی های موج از اصول پایه ای آزمودن موج هدایت شده پیروی می کنند که از روشهای ارزیابی غیر مخرب است.
=== ''مثالهای ویژه'' ===
خط ۱۷:
* در اجاق های ماکروویو یک هادی موج برق را از یک '''ماگنترون''' هدایت میکند که در قالب فضای آشپزخانه طرح ریزی شده است.
* هادی موج در رادار ها ، موجها را به یک آنتن هدایت میکند که باید مقاومت ظاهری آن با توان موثر انتقال ، مطابقت داشته باشد.
یک نوع از هادی موج که به آن
* هادی های موج در ابزار های علمی برای اندازه گیری خواص نوری ، صوتی و کشسانی مواد و اشیاء استفاده می شوند.
هادی های موج میتوانند در تماس با یک نمونه قرار بگیرند ، برای مثال در سونوگرافی های پزشکی که در این نوع موارد هادی موج باعث می شود تا توان موج آزمایشگر محفوظ بماند و یا اینکه
== '''تحلیل نظری''' ==
انتشار امواج در امتداد محور های هادی موج توسط معادله موج تشریح می شود و طول موج بستگی به ساختار هادی موج و همچنین فرکانس آن دارد.
اگر امتداد عرضی هادی موج را در نظر بگیریم ، موج در یک الگوی موج ایستاده محبوس می شود. معادله ای که شکل امواج متقاطع را توصیف می کند، بسیار پیچیده تر است. در مورد امواج الکترومغناطیسی از '''معادلات ماکسول''' سرچشمه می گیرد و در مورد امواج صوتی از
این معادلات راه حل های مختلفی دارند که روش های انتشار نامیده می شود. در هر کدام از این حالت ها که موج در امتداد هادی موج حرکت میکند، سرعت و شکل انتشار با نوع دیگر متفاوت خواهد بود.
دسته فرکانس هایی که یک هادی موج می تواند هدایت کند به عرض آن بستگی دارد. تخمین زده می شود که برای طول موج های بلند تر هادی موج عریض تری احتیاج است .
چون طول موج با وارون فرکانس متناسب است ، در فرکانس های بالا هادی های موج عرض کمتری دارند و بالعکس.
یک استثنا که در این قانون قابل ذکر است ، برای حالت امواج مسطح در یک هادی موج مشخص وجود دارد.( مثل یک سیم هم محور در امواج الکترومغناطیسی یا لوله های توخالی برای امواج صوتی )
در حالتی که یک موج مسطح داریم پهنای باند بزرگی وجود دارد که می تواند طول موجی بسیار بیشتر از
در دو انتهای هادی موج تشدیدی حاصل می شود که در این حالت تنها فرکانس های مشخصی – حالت های طبیعی تشدید - برای دوره های طولانی می تواند وجود داشته باشد .
== '''حالت های انتشار و فرکانس های قطع''' ==
یک حالت انتشار در یک هادی موج ، یکی از راه حل های معادله موج یا به عبارت دیگر شکل موج است .
بعلت محدودیت شرایط مرزی برای تابع موج فقط فرکانس ها و شکل های محدودی وجود دارد که بتواند در هادی موج انتشار یابد.کمترین فرکانسی که در یک حالت مشخص می تواند انتشار یابد ، '''فرکانس قطع''' آن حالت نامیده می شود.حالتی که در پایین ترین فرکانس قطع وجود دارد ، حالت
یک حالت
یک موج مسطح در فضای آزاد منتشر می شود و جبهه موج آن نیز مسطح است . یک موج مسطح می تواند در یک باند فرکانسی وسیع انتشار یابد . در یک هادی موج ایده آل که دیواره های آن بشکل کامل بازتاب می کنند ، فرکانس قطع نزدیک صفر است. البته موج های مسطح نمی توانند در هر نوع از هادی موج انتشار یابند ، برای مثال یک کابل هم محور میتواند یک موج مسطح الکترومغناطیسی را پشتیبانی کند اما یک
موج در امتداد هادی موج ( حول محور z ) با
<math>\ v_z=\frac{2\pi f}{k_z}</math>
بدست می آید که<math>\ f</math> فرکانس <math>\ \vec v</math> سرعت موج در فضای آزاد و <math>\ \vec k</math> عدد موج است که بشکل برداری است و
ارتباط بین
و <math>k_x</math> عدد های موج متقاطع هستند و بستگی به ساختار هادی موج و حالت آن دارد و نسبتی با فرکانس ندارد. قطع جریان موج به این معناست که موج منتشر نمی شود و بنابر این 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> .
== '''هادی های امواج الکترومغناطیسی''' ==
هادی های موج می توانند به منظور حمل موجها بر فراز بخش وسیعی از طیف الکترو مغناطیسی ساخته شوند. اما خصوصاً در مورد
بنا به فرکانس مورد نیاز می توانند از مواد رسانا یا عایق ساخته شوند . هادی های موج همچنین برای انتقال سیگنال های برق و مخابراتی استفاده می شود.
== '''هادی های امواج نوری''' ==
هادی های موجی که در فرکانس های نوری استفاده می شوند و معمولاً دارای ساختار عایق می باشند که با مواد عایق ساخته شده و در جریان های الکتریکی بالا قرار می گیرند و بنابراین شاخص بازتاب بالایی دارند و توسط یک ماده با
این ساختار موج های نوری را توسط بازاب کامل داخلی انتشار می دهد و نوع رایج آن فیبر های نوری است.
انواع دیگری از هادی های موج نوری نیز که مورد استفاده می باشند ، شامل فیبرهای بلور شفاف است که امتیازاتی نسبت به نوع پیشین دارد.
همچنین در لامپ های لوله ای که در چراغانی ها کاربرد دارد ، هدایت از طریق یک
این سطح درونی ممکن است یک فلز صیقلی باشد یا اینکه با غشای چندلایه ای پوشانده شده باشد که نور را توسط بازتاب براگ ( نوع مخصوصی از فیبرهای بلور شفاف ) هدایت کند و همچنین یک منشور کوچک در اطراف لوله مورد استفاده قرار می گیرد تا نور را از طریق بازتاب کامل درونی انعکاس دهد.
این تحدید کردن موجها کامل نیست زیرا بازتاب کامل درونی هیچگاه به خوبی نمی تواند نور را توسط یک هسته با شاخص پایین تر هدایت کند. ( در مورد منشور بعضی نورها به گوشه های منشور نفوذ می کنند )
|