Τι είναι ένας κυματοδηγός;

Ένας κυματοδηγός είναι ένα αντικείμενο που κατευθύνει τη ροή οποιουδήποτε τύπου κύματος.Μερικοί από τους πιο βασικούς τύπους περιλαμβάνουν καλώδια ή κοίλους σωλήνες που μπορούν να καθοδηγήσουν τα ηχητικά κύματα.Συχνά, οι κυματοδηγοί χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μεταξύ των θέσεων, συνήθως χρησιμοποιώντας ένα κοίλο σωλήνα κατασκευασμένο από ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο.Οι κυματοδηγοί χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μεταφορά σημάτων ισχύος ή επικοινωνίας.Κάθε τύπος κύματος απαιτεί διαφορετικό τύπο οδηγού.

Ο τύπος κύματος που καθοδηγείται υπαγορεύει τη γεωμετρία των κυματοδηγών.Το πλάτος των οδηγών πρέπει, στις περισσότερες περιπτώσεις, να είναι στην ίδια τάξη μεγέθους με το μήκος των κυμάτων που θα καθοδηγήσει.Αυτό σημαίνει ότι μια οπτική ίνα που καθοδηγεί τα φωτεινά κύματα υψηλής συχνότητας δεν θα είναι αποτελεσματικά στην καθοδήγηση των ηχητικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας.Άλλοι παράγοντες, όπως η απώλεια του σήματος ή της ισχύος είναι αποδεκτοί, βοηθούν επίσης στον προσδιορισμό του καλύτερου κυματοδηγού για μια συγκεκριμένη εργασία.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο διάστημα κανονικά ακτινοβολεί προς όλες τις κατευθύνσεις από το σημείο προέλευσής τους.Αυτό αναγκάζει την ακτινοβολία να χάσει την εξουσία ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης από αυτό το σημείο προέλευσης.Ένας κυματοδηγός επιτρέπει στην ακτινοβολία να διαδοθεί μόνο σε μία διάσταση υπό ιδανικές συνθήκες, εμποδίζοντας την να χάσει την εξουσία καθώς διαδίδεται.

Οι κυματοδηγοί λειτουργούν αντανακλώντας το κύμα από τους τοίχους του οδηγού.Στην ιδανική περίπτωση, τα κύματα θα διαδοθούν σε ένα μοτίβο ζιγκ -ζαγκ μέσα στον κυματοδηγό.Αυτό σημαίνει ότι ένας κυματοδηγός συχνά λειτουργεί καλύτερα όταν έχει μια κυκλική ή τετράγωνη διατομή.

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι κυματοδηγών, από οπτικές ίνες που επιτρέπουν τη μετάδοση δεδομένων μέσω φωτεινών κυμάτων στη συχνότητα ήχου και τη σειρά (SOFAR) κανάλι, ένα στρώμα νερού στον ωκεανό που λειτουργεί ως φυσικό κυματοδηγό για το τραγούδι φαλαινών.Τα συστήματα ραντάρ χρησιμοποιούν κυματοδηγούς για να κατευθύνουν τα ραδιοκύματα σε μια κεραία έτσι ώστε να μπορούν να μεταδοθούν με την κατάλληλη σύνθετη αντίσταση.Τα επιστημονικά όργανα χρησιμοποιούν επίσης κυματοδηγούς για τη μέτρηση των ακουστικών και οπτικών ιδιοτήτων διαφόρων αντικειμένων.

Οι κυματοδηγοί έχουν χρησιμοποιηθεί εδώ και αιώνες, πολύ πριν κάποιος καταλάβει πώς δούλευαν.Ο πρώτος κυματοδηγός που σχεδιάστηκε για ηχητικά κύματα προτάθηκε από τον J.J.Thomson, βρετανός φυσικός, το 1893, και δοκιμάστηκε από έναν άλλο φυσικό, O.J.Lodge, το επόμενο έτος.Οι εργασίες συνεχίστηκαν καθ 'όλη τη διάρκεια του 19ου και των αρχών του 20ου αιώνα, με τους επιστήμονες να μελετούν τη χρήση οπτικών ινών ως κυματοδηγών για ορατό φως στη δεκαετία του 1920.