Definition: Vågledare är en speciell kategori av transmissionsledningar som används för att styra (rikta) vågorna (strålningen) längs rörets längd. Dessa är vanligtvis ett ihåligt metallrör som fungerar som medium för att överföra eller överföra kraft.

Optiska fibrer är en typ av vågledare mer specifikt kan vi säga dielektrisk vågledare som fungerar vid optiska frekvenser för att överföra den optiska (ljus) signalen.

Innehåll: Vågledare

1. Introduktion
2. Typer
3. Typer av utbredningsformer
4. Parametrar
5. Fördelar
6. Nackdelar

Introduktion

I vågledare sprids energin genom ett rör. Det kan vara antingen en rektangulär eller cylindrisk vågledare som inte består av någon central ledare. Dessa används i princip för spridning av elektromagnetisk energi (mikrovågor) eller signal från en ände till en annan. Vid överföring av lågfrekventa signaler används antingen parallella transmissionsledningar eller koaxialkablar. Men för högfrekvent signalöverföring används huvudsakligen vågledare.

Frekvensen för en mikrovågssignal ligger någonstans mellan 300 MHz och 300 GHz. Dessa vågor utbreder sig i allmänhet i det fria rummet med ljusets hastighet, dvs. 3Χ108 m/sek.

Vågledare ersatte transmissionsledningar (eller koaxialkablar) på grund av att mer dämpning och dielektriska förluster var förknippade med transmissionsledningar. Med hjälp av vågledare kan man uppnå liten signaldämpning och stor bandbredd. Vågledare fungerar i princip som ett högpassfilter eftersom den tillåter överföring av högfrekventa komponenter samtidigt som den dämpar lågfrekventa signaler.

Figuren nedan föreställer en rektangulär vågledare:

En vågledare överför en mikrovågssignal genom att göra kontinuerliga reflexioner från innerväggarna i det ihåliga cylindriska röret. Väggarna i vågledarna består i allmänhet av koppar, aluminium eller mässing. Dess inre yta är dock belagd med guld eller silver.

Typer av vågledare

Vågledare klassificeras huvudsakligen som rektangulära eller cirkulära men dessa är i princip av 5 olika typer:

Utbredningsmodeller i en vågledare

När en elektromagnetisk våg överförs genom en vågledare. Då har den två fältkomponenter som oscillerar ömsesidigt vinkelrätt mot varandra. Av de två är den ena ett elektriskt fält och den andra ett magnetiskt fält.

Figuren nedan visar utbredningen av en elektromagnetisk våg i z-riktningen med de två fältkomponenterna:

Vågens utbredning inne i vågledaren uppkommer i princip i två lägen. Totalt sett finns dock i princip 3 lägen som är följande:

• Transversiell elektrisk våg:

I detta vågutbredningsläge är den elektriska fältkomponenten helt tvärs över vågutbredningsriktningen medan magnetfältet inte är helt tvärs över vågutbredningsriktningen. Det förkortas TE-läge.

• Transversal magnetisk våg:

I detta vågutbredningsläge är magnetfältskomponenten helt tvärs över vågutbredningsriktningen medan det elektriska fältet inte är helt tvärs över vågutbredningsriktningen. Det förkortas TM-läge.

• Transversiell elektromagnetisk våg:

I detta vågutbredningsläge är båda fältkomponenterna, dvs. det elektriska och det magnetiska fältet, helt tvärställda i förhållande till vågutbredningsriktningen. Det förkortas TEM-läge.

Det bör noteras här att TEM-läget inte stöds i vågledare. När det gäller TEM-läget behövs det två ledare och vi vet redan att en vågledare är en enda ihålig ledare.

Nu uppstår frågan varför vi behöver två ledare för att TEM-läget ska äga rum?

Svaret på ovanstående fråga är att i ett TEM-läge är både det elektriska och det magnetiska fältet helt tvärs över vågutbredningsriktningen.

I fallet med två separata ledare är detta möjligt eftersom det elektriska fältet från den inre ledaren genereras och avslutas vid den yttre. Och vid just denna ledare måste det finnas en strömkälla för att generera ett magnetfält. Men som vi redan har diskuterat är vågledaren ett överföringsmedium med en enda ledare. Detta är anledningen till att TEM-läget inte stöds i vågledare.

Parametrar för en vågledare

• Brytningsvåglängd: Det är den maximala signalvåglängden för den överförda signalen som kan spridas i vågledaren utan någon dämpning. Detta innebär att upp till cut-off våglängden kan en mikrovågssignal lätt överföras genom vågledaren. Den betecknas med λc.
• Grupphastighet: Grupphastighet: Grupphastigheten är den hastighet med vilken vågen fortplantar sig i vågledaren. Om den överförda bäraren är modulerad är hastigheten hos modulationshöljet något mindre jämfört med bärarsignalen.
  Denna hastighet hos höljet benämns grupphastighet. Den representeras av Vg.
• Fashastighet: Det är den hastighet med vilken den överförda vågen ändrar sin fas under utbredningen. Eller vi kan säga att det i princip är hastigheten för en viss fas i den utbredda vågen. Den betecknas med Vp.
• Vågimpedans: Den är också känd som den karakteristiska impedansen. Den definieras som förhållandet mellan det tvärgående elektriska fältet och det tvärgående magnetiska fältet under vågutbredningen i någon punkt i vågledaren. Den betecknas med Zg.

Fördelar med vågledare

1. I vågledare är effektförlusten under utbredningen nästan försumbar.
2. Vågledare har förmågan att hantera stor signaleffekt.
3. Då vågledare besitter en enkel struktur är därför deras installation något lätt.

Nackdelar med vågledare

1. Installations- och tillverkningskostnaden är hög.
2. Vågledare är i allmänhet styva till sin natur och orsakar därför ibland svårigheter i tillämpningar där rörens flexibilitet krävs.
3. Den är något stor i storlek och skrymmande jämfört med andra överföringsledningar.

Det är anmärkningsvärt när det gäller vågledare att deras diameter måste ha ett visst värde för att signalutbredningen ska vara korrekt. Detta beror på att om dess diameter är mycket liten och våglängden för den signal som ska spridas är stor (eller signalfrekvensen är liten) så kommer den inte att spridas ordentligt.

Så signalfrekvensen måste vara större än gränsfrekvensen för att få en korrekt signalöverföring.