TEM (Transverse ElectroMagnetic) : 진행방향과 E field, H field가 수직인 경우
Transmission Line의
모드로서, Microstrip, Stripline, Coaxial line, Coplanar Waveguide, Parrarel
Plate 등이 이에 해당한다. 두 개의 금속이 일정한 방향으로 평행하게 진행하기 때문에
진행방향에 E field와 H field가 동시에 수직으로 존재할 수 있다.
TE (Transverse Electric) : 진행방향에 E field만 수직인 경우
TM (Transverse Magnetic) : 진행방향에 H field만 수직인 경우
일반적인 금속 Waveguide(도파관)의
경우 형성되는 모드이며, transmission line과 달리 하나의 금속관 내에서 평면파의
특정 field 성분의 bounce효과가 일어나기 때문에, E field나 H field중 어느 한쪽은 진행방향에 수직일 수가 없다.
이러한 도파관의 TE,TM 모드는 구조특성에 따라 자동적으로 결정되는 것으로서, 특정한
모드를 사용하기 위해서는 도파관의 크기를 그에 맞게 결정하게 된다. 평면적인 그림으로는
다소 이해가 어려울 수 있지만, 위의 그림을 잘 보면 마치 특정 field가 위아래로 반사되는
것처럼 보이는
전자기파는 E field 혹은 H field 중 한가지만 진행방향에 수직될 수밖에 없음을
알 수 있다. 그림에서 보면 양 옆방향으로 걸린 field가 진행방향과 수직이고, 위
아래방향으로 걸린 field는 반사되면서 그 각이 계속 변하여 진행방향과 수직을 이루지
못함을 알 수 있다.
 Mode
계수
Mode에는
TE21,
TM01과
같이 각각 order(차수)를 의미하는 계수가 아래첨자로 붙어 있는데, 주로 TE/TM wave에서
중요한 의미로 분류된다. 전자파는 전압이 +와 -로 교차되는 반파장 단위로 공진특성이
가장 강한데, 하나의 단위진행 경로당 몇 개의 반파장이 있는가에 대한 수치로 이해하면
쉽다. 아래 그림은 rectangluar waveguide의 단면을 나타낸 것으로서, TE10과
TE20
모드의 차이가 어떤 것인지 개념적으로 쉽게 알 수 있다. 만약 TE30의
경우라면 한번의 단위진행경로에 3개의 반파장 성분이 있고, TE01의
경우라면 아래 그림과 수직하는 방향으로 하나의 반파장이 단위진행경로를 따라서
존재한다는 의미이다. 정확히 아래의 그림처럼 진행하는 것은 아니지만 mode계수가
Wavenumber(파수)와 관련된다는 것을 쉽게 이해시켜준다.
일반적인 Rectangular
Waveguide를 제작하면 TE10 -
TE20 -
TE01
-TE11,TM11
... 의 순서대로 모드가 생성된다. 여기서 모드가 생성된다는 의미는 인위적으로
제조해낸다는 뜻이 아니라, 구조특성에 대해 전자기파들이 왔다갔다 하면서 자동적으로
해당모드로 에너지가 수렴된다는 의미이다. 여기서 가장 에너지가 집중되는 맨 처음
모드를 Dominant mode라고 부른다. 모드가 파장과 관계된 것이기 때문에, 구조특성에
따라서는 전자파가 진행하기 어려운 경우가 발생한다. 그래서 Waveguide에서는 cut-off
frequency가 존재한다.
X-band
waveguide
일반적으로 많이 사용되는 X-band (8~12Ghz) Waveguide의
모드를 아래에 나타내었다.
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