Aallonjohtimia

Aallonjohtimet ovat rakenteita, jotka ohjaavat elektromagneettisia aaltoja rajoitetussa tilassa ja minimoivat energian hajaantumisen. Ne voidaan jakaa pääasiassa metallisiin onttoihin putkistoihin ja dielektrisiin aallonjohtimiin, joilla ohjaa valoa tai mikroaaltosäteilyä. Yleinen tarkoitus on tarjota korkea kantavuus, hallittu vaihe ja matalat häviöt taajuusalueilla, joilla vektorit ovat käyttökelpoisia.

Metalliset aallonjohtimet, kuten ontot suorakulmaiset tai ympyräpoikkipinta-alueet, ovat yleisiä mikro- ja radiotaajuuksilla. Niissä sähkömagneettiset tilat muodostuvat TE- ja TM-tiloiksi, ja pienimmällä kattojännitteellä (cutoff) määritellään, mitkä tilat voivat propagoitua. Käyttökohteita ovat muun muassa mikroaaltosysteemit, radar- ja satelliittiviestintä sekä mittauslaitteistot. Hyödyt ovat pienet häviöt ja suuri kantama, mutta muoto ja valmistus toleranssit ovat kriittisiä, ja taivut sekä liitokset voivat lisätä häviöitä ja epäyhtenäisyyksiä.

Dielektriset aallonjohtimet sisältävät optisia kuituja ja muita dielektrisiä rakenteita, joissa valon tai muun sähkömagneettisen signaalin kulkua ylläpidetään kokonaisheijastuksella tai korkealla indeksierolla. Optisissa kuituissa ydin ja kuori ero voivat olla vain muutaman prosentin luokkaa ja niillä on useita modi-tiloja sekä single-mode- että multimode-ratkaisuja. Dielektriset aallonjohtimet soveltuvat pääasiassa valokuitu- ja fotoniikkasovelluksiin, joissa tarvitaan suurta tiedonsiirtokapasiteettia ja pienet häviöt.

Ominaisuudet ja haasteet kattaa taajuusvaste, katto- ja heijastusominaisuudet, huomioon otettavat mekaaniset toleranssit sekä asennuksen aiheuttamat lisähäviöt. Aallonjohtimia suunniteltaessa on tasapainotettava koko, muodot, kytkennät ja ympäristötekijät.