Co to jest falowód?

Falowód to obiekt, który kieruje przepływem dowolnego rodzaju fali. Niektóre z najbardziej podstawowych typów to druty lub puste rury, które mogą kierować fale dźwiękowe. Często falowody są używane do przenoszenia fal elektromagnetycznych między lokalizacjami, zwykle przy użyciu pustej rurki wykonanej z metalu przewodzącego prąd elektryczny. Falowody są powszechnie używane do przesyłania sygnałów mocy lub komunikacji. Każdy rodzaj fali wymaga innego rodzaju przewodnika.

Rodzaj fali, która jest prowadzona, dyktuje geometrię falowodu. Szerokość prowadnicy musi w większości przypadków być tego samego rzędu wielkości co długość fal, które poprowadzi. Oznacza to, że światłowód kierujący fale świetlne o wysokiej częstotliwości nie będzie skuteczny w kierowaniu falami dźwiękowymi o niskiej częstotliwości. Inne czynniki, takie jak dopuszczalna utrata sygnału lub mocy, również pomagają określić najlepszy falowód dla określonego zadania.

Fale elektromagnetyczne w kosmosie zwykle promieniują we wszystkich kierunkach od punktu początkowego. Powoduje to, że promieniowanie traci moc proporcjonalnie do kwadratu jego odległości od tego punktu początkowego. Falowód pozwala promieniowaniu rozprzestrzeniać się tylko w jednym wymiarze w idealnych warunkach, zapobiegając utracie mocy podczas propagacji.

Falowody działają poprzez odbijanie fali od ścian przewodnika. Idealnie fale rozchodzą się falowodem w falowodzie. Oznacza to, że falowód często działa najlepiej, gdy ma okrągły lub kwadratowy przekrój.

Istnieje wiele różnych rodzajów falowodów, od światłowodów, które umożliwiają transmisję danych za pomocą fal świetlnych do kanału częstotliwości i zasięgu dźwięku (SOFAR), warstwy wody w oceanie, która działa jak naturalny falowód do śpiewu wielorybów. Systemy radarowe wykorzystują falowody do kierowania fal radiowych do anteny, aby mogły być transmitowane z odpowiednią impedancją. Przyrządy naukowe wykorzystują również falowody do pomiaru właściwości akustycznych i optycznych różnych obiektów.

Falowody były używane od wieków, na długo zanim ktokolwiek zrozumiał, jak działają. Pierwszy falowód zaprojektowany dla fal dźwiękowych został zaproponowany przez JJ Thomsona, brytyjskiego fizyka, w 1893 roku, a przetestowany przez innego fizyka, OJ Lodge, w następnym roku. Prace były kontynuowane na przełomie XIX i XX wieku, a naukowcy badali wykorzystanie światłowodów jako falowodów dla światła widzialnego w latach dwudziestych.