新型波导技术及其未来系统应用
电磁波是由空间中的电场和磁场变化形成的波动，它是指波长为100微米或更长的波。
根据波长的不同，它们被称为微波或毫米波。
电磁波的存在是由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1864年预测的。麦克斯韦证明了电磁波传播的速度等于光速，并揭示了光以电磁波的形式传播的基本原理。
1888年，赫尔特实验验证了电磁波的存在。这次实验证明了电磁波的存在，这在理论上由麦克斯韦解释，并通过空气传播来展示麦克斯韦未曾揭示的事实。
1895年，马可尼成功地进行了无线电报传输。在日本无线广播始于1925年，电视广播始于1953年。
此外至今电磁波被用于各种用途，从通信和感测到微波炉。
电磁波在口语中被形容为“在空间中飘动”，可以说生命是由这些波所建立的。
近年来无线电能传输技术备受关注。这项技术将以前通过电线传输的电能转换为电磁波，以在空间中传输电力。
在20世纪初，尼古拉·特斯拉尝试过以150 kHz的频率进行无线传输，但未能成功。然而在20世纪60年代，威廉·布朗成功地利用2.45 GHz的微波进行了实验。
对于微功率范围的无线能量收集和射频识别等用途，无线电能传输的研究正在积极进行；对于太阳能发电卫星等太空应用范围的数千瓦级别的传输也在积极开展。
最终可以实现一个完美的无线智能社会，在这个社会中所有的电线都是不必要的。正如马可尼所说：“给无线电设置限制是危险的。”无线的可能性，的确是无限的。
然而电磁波也有一些缺点。当电磁波传播时，它们会扩散在空间中，导致传播损耗增加。
这可以用弗里斯公式来表示，它是一种固定的物理损耗。
当传输功率为Pt，接收功率为Pr，波长为λ，传输距离为d时，传输方程如下： Pr = (λ / 4πd)² * Pt 接收功率与距离的平方成反比，随着距离的增加而衰减。
此外如果传输和接收功率之间有屏蔽物，或者视线不好，衰减会进一步增加或完全中断，所以高效可靠的传输是一个问题。
在未来的无线社会中，辅助传输线的传输路径将发挥重要作用。研究波导是下一代无线技术的关键组件，波导是一种通过金属管传输无线电波的技术。
尽管波导是一个非常重要的组件，但由于技术创新，波导将在不久的将来发生重大改进。
波导是一种在空心管道中传输电磁波的传输线。最初J.J. 汤姆逊和L.瑞利等人首先提出了这种系统的构想。
由于波导安装在封闭的管道内部，解决了传输被阻挡的问题，从而提高了可靠性。在空间中没有电磁波扩散的问题，因此没有传输损耗。
与其他形式的传输相比，波导提供更好的传输效率。由于其特性，波导被广泛用作高功率传输的组件，例如供电到广播天线以及微波炉中磁控管和腔室之间的应用。
微波加热不仅限于家用微波炉，还扩展到工业应用，如食品加工和铁矿石冶炼等领域。
波导的设计长度通常约为所用电磁波的波长的一半，如果波导是圆形的，则为λ/2。而对于矩形波导，波导的长度则是长边的尺寸。
电磁场是一种在时间上呈现正弦变化的波动。通过解麦克斯韦方程和亥姆霍兹方程，沿+z方向传播的电磁场的解可以分为以下三种类型。电磁场可以表示为三种类型波的组合。
TEM波在传播方向上没有电磁场分量。这是完全横向电磁波。空间中传播的平面波、平板线以及传输在同轴线内部的电磁波都是TEM波。
在TEM波的传播方向外，其电场和磁场在x-y平面上的状态与静电场和静磁场相同。因为在由相同电势的导体壁包围的管道中没有静电场，所以TEM波无法在波导中传播。
为了传播TEM波，需要使用由两个或更多绝缘导体组成的传输路径。
在波导中产生TE波和TM波。TE波也被称为H波。电场E的z分量是一个电磁波，其中Ez=0。电场是一种横波。
而磁场是一种纵波，在矩形波导中，电磁波以TE波作为基本模式传输。
TM波也被称为E波。磁场H的z分量是一个电磁波，其中Hz=0。电场同时是纵波和横波，而磁场是横波。在空间中传播的球面波是TM波。
波导中存在截止频率，低于截止频率的频率处于衰减模式中，无法传输。
这使得波导起到高通滤波器的作用。相反在TEM波传输中，频率是任意的，没有截止频率的限制。
此次介绍了新型波导技术，传统的波导通常是由大量金属构成，但是新提出的波导技术使得波导变得轻盈、薄型、廉价，并且可以改变其形状。
因此波导通过这种新技术得到了彻底的改进。经典电路也因此可以迈出重要的一步。
此外随着加工技术的不断改进，还可以实现具有新功能的波导电路。科研人员将继续融合半导体和微电子机械系统技术，发展更加精细和精确的电路技术。
