Wave Mode, Propagation Mode   모드 , 파동 모드, 전파 모드, 전파 형태, 도파 모드

(2021-02-26)

TEM Wave, TEM 파, TE Wave, TE 파, TM Wave, TM 파, TEM Mode, TEM 모드, TE Mode, TE 모드, TM Mode, TM 모드


1. 모드(Mode) 이란?구조물 형태 및 매질 특성에 의존하며 특정 주파수에서 파동 에너지가 집중되는 현상
     - 정상파 또는 진행파의 성질을 규격화/특성화시키는 형태(모드)

  ㅇ 파동에서 모드의 例)
     - 공진 모드(Resonant Mode)    : 공간적으로 한정된 영역에서 에너지의 집중 형태
     - 전파 모드(Propagation Mode) : 전송선로,도파관,광섬유 등에서 에너지의 전파 형태


2. 전파모드의 원인 및 현상전자기파의 모드
     - 존재할 수 있는 많은 파동도파로 구조물 형태에 따른 특정 에너지 상태들에서,
        . 파가 현저하게 집중되면서 나타나는 현상 (회로 공진기 등도 이와 유사함)
     - 이의 해석은 서로 독립적/직교성을 이루는 기본 모드로써 성분 분해하여 설명함

  ㅇ 경계조건에 의함
     - 맥스웰방정식으로부터 유도된 파동방정식에서 도파관 형태에 따른 경계조건 차이로
       인해 나타나는 진행방향 및 특정 Field 성분(E 또는 H)의 특징에 의해서 규정됨
        . 경계조건을 만족하는 파동방정식의 특정 해로써,
        . 특정한 형태 만을 취하는 전계 또는 자계 


3. 전파모드 종류도파관 전파모드
     
     - 2가지 전파 모드                          
        . TE 모드 (Transverse Electric Field/Wave, 횡방향 전계)
        . TM 모드 (Transverse Magnetic Field/Wave, 횡방향 자계) 

     - TE,TM 파 유도체 : 도파관 
        . TE,TM 파는 속이 비어있는 단일 도체 내의 공동(空洞,cavity)에서 주로 존재
           .. 직사각형, 원형 도파관 등의 형태   ☞ 도파관 종류 참조

     - TE,TM 파를 특징지울 수 있는 물리량도파관 전파모드 참조
        . 例) 모드 차수, 전파 정수, 위상 정수, 차단 주파수 등
        . 이들의 특징으로는, 공간 방향성을 갖으며,
        . 공간 방향성을 갖지 않는 `전압,전류,특성임피던스`로는 전파모드에 대한 묘사가 어려움

     - 모드에 따라 차단주파수가 있음 
        . 도파관 차단주파수 이하의 파는 전파하지 못함

  ㅇ 비(非) 도파관 전파모드

     - TEM 모드 (Transverse Electromagnetic Field/Wave, 횡방향 전자계)
        . 진행방향으로는 성분이 없음 (Ez = Hz = 0)
           .. 전기장자기장 모두 진행방향에 수직인 성분만을 갖음
        . 자유공간속을 전파하는 평면파와 매우 유사함

     - TEM 파 유도체 : 전송선로(2선식 전송선로,동축선로 등)
        . TEM 파는 보통 최소 2 이상의 도체를 갖고 그 사이에 유전체가 존재하는 전송선로
          에서 전달되어짐 
           .. 도파관을 통해서는 진행 못함

     - TEM 파를 특징지울 수 있는 물리량 : 전압, 전류, 특성임피던스
        . 공간 방향성을 고려 않는 `전압,전류,특성임피던스`로 묘사하는 것이 더 용이함
        . 따라서, 회로이론 상의, 풍부한 해석 방법을 사용 가능     ☞ 회로이론 및 전자기장이론 비교

     - 차단주파수 없음
        . DC 부터 거의 모든 주파수가 가능


4. [참고용어]

  ※ ☞ 광통신 전파모드 참조
     - 다중모드 광섬유, 단일모드 광섬유



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