マイクロ波工学-導波管
一般に、信号の周波数または信号の特定の帯域が高い場合、信号が他の信号を蓄積するためのより多くのスペースを提供するため、帯域幅の使用率が高くなります。ただし、高周波信号は減衰せずに長距離を移動することはできません。伝送線路は信号が長距離を移動するのに役立つことを研究しました。
マイクロ波は、マイクロ波伝送ラインの一部として機能するマイクロ波回路、コンポーネント、およびデバイスを介して伝播します。これらは、広く導波管と呼ばれます。
管の内壁からの連続反射によって電磁波を伝達するための均一な断面の中空の金属管は、 Waveguide。
次の図は、導波管の例を示しています。
マイクロ波通信では、一般に導波管が好ましい。導波管は、中空の金属管である特殊な形式の伝送ラインです。伝送線路とは異なり、導波管には中心導体がありません。
導波管の主な特徴は次のとおりです。
管壁は分散インダクタンスを提供します。
管壁間の空きスペースは、分散静電容量を提供します。
これらはかさばり、高価です。
導波管の利点
以下は、導波管のいくつかの利点です。
導波管は製造が簡単です。
それらは非常に大きな電力（キロワット単位）を処理できます。
導波管の電力損失はごくわずかです。
それらは非常に低い損失を提供します（アルファ減衰の値が低い）。
マイクロ波エネルギーが導波管を通過するとき、同軸ケーブルよりも損失が少なくなります。
導波管の種類
導波管には5つのタイプがあります。
- 方形導波管
- 円形導波管
- 楕円導波管
- シングルリッジ導波管
- ダブルリッジ導波管
次の図は、導波管のタイプを示しています。
上に示したタイプの導波管は、中央が中空で、銅の壁で構成されています。これらは、内面にAuまたはAgの薄いライニングがあります。
ここで、伝送線路と導波管を比較してみましょう。
伝送線路と導波管
伝送線路と導波管の主な違いは次のとおりです。
A two conductor structure TEM波をサポートできるのが伝送線路です。
A one conductor structure TE波またはTM波をサポートできるが、TEM波をサポートできないものを導波管と呼びます。
次の表は、伝送線路と導波管の違いを示しています。
| 伝送ライン | 導波管 |
|---|---|
| TEMウェーブをサポート | TEMウェーブはサポートできません |
| すべての周波数が通過できます | カットオフ周波数よりも高い周波数のみが通過できます |
| 2導体伝送 | 1導体伝送 |
| 反射が少ない | 波は導波管の壁からの反射を通って伝わります |
| 特性インピーダンスがあります | 波動インピーダンスがあります |
| 波の伝播は「回路理論」による | 波の伝播は「場の理論」による |
| アースへの戻り導体があります | 導波管本体はアースとして機能するため、戻り導体は必要ありません。 |
| 帯域幅は制限されていません | 帯域幅は制限されています |
| 波は分散しません | 波が分散する |
位相速度
位相速度は、波が次の位相シフトを受けるために位相を変化させる速度です。 2πラジアン。これは、変調されたときの正弦波の波動成分の速度の変化として理解できます。
位相速度の方程式を導き出しましょう。
定義によると、相変化率は 2π ラジアンを考慮する必要があります。
つまり、 $λ$ / $T$ したがって、
$$ V = \ frac {\ lambda} {T} $$
どこ、
$λ$ =波長および$ T $ =時間
$$ V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f $$
$ f = \ frac {1} {T} $なので
分子と分母にを掛けると 2π 次に、
$$ V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi} $$
$ \ omega = 2 \ pi f $であることがわかっています and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $
上記の式は次のように書くことができます。
$$ V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta} $$
したがって、位相速度の式は次のように表されます。
$$ V_p = \ frac {\ omega} {\ beta} $$
群速度
群速度は、波が導波管を伝搬する速度として定義できます。これは、変調されたエンベロープがキャリアのみと比較して移動する速度として理解できます。この変調波は導波管を通過します。
群速度の方程式は次のように表されます。
$$ V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta} $$
変調されたエンベロープの速度は、通常、キャリア信号よりも遅くなります。