新型波導技術及其未來系統應用
電磁波是由空間中的電場和磁場變化形成的波動，它是指波長為100微米或更長的波。
根據波長的不同，它們被稱為微波或毫米波。
電磁波的存在是由詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在1864年預測的。麥克斯韋證明了電磁波傳播的速度等于光速，并揭示了光以電磁波的形式傳播的基本原理。
1888年，赫爾特實驗驗證了電磁波的存在。這次實驗證明了電磁波的存在，這在理論上由麥克斯韋解釋，并通過空氣傳播來展示麥克斯韋未曾揭示的事實。
1895年，馬可尼成功地進行了無線電報傳輸。在日本無線廣播始于1925年，電視廣播始于1953年。
此外至今電磁波被用于各種用途，從通信和感測到微波爐。
電磁波在口語中被形容為“在空間中飄動”，可以說生命是由這些波所建立的。
近年來無線電能傳輸技術備受關注。這項技術将以前通過電線傳輸的電能轉換為電磁波，以在空間中傳輸電力。
在20世紀初，尼古拉·特斯拉嘗試過以150 kHz的頻率進行無線傳輸，但未能成功。然而在20世紀60年代，威廉·布朗成功地利用2.45 GHz的微波進行了實驗。
對于微功率範圍的無線能量收集和射頻識别等用途，無線電能傳輸的研究正在積極進行；對于太陽能發電衛星等太空應用範圍的數千瓦級别的傳輸也在積極開展。
最終可以實作一個完美的無線智能社會，在這個社會中所有的電線都是不必要的。正如馬可尼所說：“給無線電設定限制是危險的。”無線的可能性，的确是無限的。
然而電磁波也有一些缺點。當電磁波傳播時，它們會擴散在空間中，導緻傳播損耗增加。
這可以用弗裡斯公式來表示，它是一種固定的實體損耗。
當傳輸功率為Pt，接收功率為Pr，波長為λ，傳輸距離為d時，傳輸方程如下： Pr = (λ / 4πd)² * Pt 接收功率與距離的平方成反比，随着距離的增加而衰減。
此外如果傳輸和接收功率之間有屏蔽物，或者視線不好，衰減會進一步增加或完全中斷，是以高效可靠的傳輸是一個問題。
在未來的無線社會中，輔助傳輸線的傳輸路徑将發揮重要作用。研究波導是下一代無線技術的關鍵元件，波導是一種通過金屬管傳輸無線電波的技術。
盡管波導是一個非常重要的元件，但由于技術創新，波導将在不久的将來發生重大改進。
波導是一種在空心管道中傳輸電磁波的傳輸線。最初J.J. 湯姆遜和L.瑞利等人首先提出了這種系統的構想。
由于波導安裝在封閉的管道内部，解決了傳輸被阻擋的問題，進而提高了可靠性。在空間中沒有電磁波擴散的問題，是以沒有傳輸損耗。
與其他形式的傳輸相比，波導提供更好的傳輸效率。由于其特性，波導被廣泛用作高功率傳輸的元件，例如供電到廣播天線以及微波爐中磁控管和腔室之間的應用。
微波加熱不僅限于家用微波爐，還擴充到工業應用，如食品加工和鐵礦石冶煉等領域。
波導的設計長度通常約為所用電磁波的波長的一半，如果波導是圓形的，則為λ/2。而對于矩形波導，波導的長度則是長邊的尺寸。
電磁場是一種在時間上呈現正弦變化的波動。通過解麥克斯韋方程和亥姆霍茲方程，沿+z方向傳播的電磁場的解可以分為以下三種類型。電磁場可以表示為三種類型波的組合。
TEM波在傳播方向上沒有電磁場分量。這是完全橫向電磁波。空間中傳播的平面波、平闆線以及傳輸在同軸線内部的電磁波都是TEM波。
在TEM波的傳播方向外，其電場和磁場在x-y平面上的狀态與靜電場和靜磁場相同。因為在由相同電勢的導體壁包圍的管道中沒有靜電場，是以TEM波無法在波導中傳播。
為了傳播TEM波，需要使用由兩個或更多絕緣導體組成的傳輸路徑。
在波導中産生TE波和TM波。TE波也被稱為H波。電場E的z分量是一個電磁波，其中Ez=0。電場是一種橫波。
而磁場是一種縱波，在矩形波導中，電磁波以TE波作為基本模式傳輸。
TM波也被稱為E波。磁場H的z分量是一個電磁波，其中Hz=0。電場同時是縱波和橫波，而磁場是橫波。在空間中傳播的球面波是TM波。
波導中存在截止頻率，低于截止頻率的頻率處于衰減模式中，無法傳輸。
這使得波導起到高通濾波器的作用。相反在TEM波傳輸中，頻率是任意的，沒有截止頻率的限制。
此次介紹了新型波導技術，傳統的波導通常是由大量金屬構成，但是新提出的波導技術使得波導變得輕盈、薄型、廉價，并且可以改變其形狀。
是以波導通過這種新技術得到了徹底的改進。經典電路也是以可以邁出重要的一步。
此外随着加工技術的不斷改進，還可以實作具有新功能的波導電路。科研人員将繼續融合半導體和微電子機械系統技術，發展更加精細和精确的電路技術。
