導波管とは

導波管は、あらゆるタイプの波の流れを方向付けるオブジェクトです。 最も基本的なタイプには、音波を導くことができるワイヤーまたは中空パイプが含まれます。 多くの場合、導波管は、通常、導電性金属製の中空管を使用して、場所間で電磁波を転送するために使用されます。 導波管は、一般に電力または通信信号の転送に使用されます。 各タイプのウェーブには、異なるタイプのガイドが必要です。

導波される波の種類によって、導波管の形状が決まります。 ほとんどの場合、ガイドの幅は、ガイドする波の長さと同程度でなければなりません。 これは、高周波の光波を導く光ファイバーは、低周波の音波を導くのに効果的でないことを意味します。 信号または電力の損失が許容される程度などの他の要因も、特定のタスクに最適な導波管を決定するのに役立ちます。

空間内の電磁波は、通常、原点からすべての方向に放射されます。 これにより、放射は、その原点からの距離の2乗に比例して出力を失います。 導波管を使用すると、理想的な状況下で放射が1次元でのみ伝播し、伝播中に電力が失われるのを防ぐことができます。

導波管は、導波管の壁から波を反射させることにより機能します。 理想的には、波は導波管内でジグザグパターンで伝播します。 つまり、導波管は、円形または正方形の断面を持っている場合に最もよく機能することがよくあります。

光波を介したデータの伝送を可能にする光ファイバーから、クジラの鳴き声の自然な導波管として機能する海洋の水層であるSOFARチャンネルまで、多くの異なるタイプの導波管があります。 レーダーシステムは、導波管を使用して電波をアンテナに送り、適切なインピーダンスで送信できるようにします。 科学機器も導波管を使用して、さまざまな物体の音響および光学特性を測定します。

誰もがどのように機能するかを理解するずっと前から、導波管は何世紀にもわたって使用されてきました。 音波用に設計された最初の導波管は、1893年に英国の物理学者JJ Thomsonによって提案され、翌年には別の物理学者OJロッジによってテストされました。 19世紀後半から20世紀初頭にかけて研究が続けられ、科学者たちは1920年代に光ファイバーを可視光の導波路として使用することを研究しました。