Волновод – это структура, которая направляет волны, ограничивая передачу энергии в одном направлении. Распространенные типы волноводов включают акустические волноводы, которые направляют звук, оптические волноводы, которые направляют свет, и радиочастотные волноводы, которые направляют электромагнитные волны, отличные от света, такие как радиоволны.
Без физического ограничения волновода волны распространялись бы в трехмерном пространстве, а их интенсивность уменьшалась бы в соответствии с законом обратных квадратов.
Существуют разные типы волноводов для разных типов волн. Первоначальное и наиболее распространенное значение – полая проводящая металлическая труба, используемая для передачи высокочастотных радиоволн, в частности микроволн. Диэлектрические волноводы используются на более высоких радиочастотах, а прозрачные диэлектрические волноводы и оптические волокна служат волноводами для света. В акустике воздуховоды и рупоры используются в качестве волноводов для передачи звука в музыкальных инструментах и громкоговорителях, а металлические стержни особой формы проводят ультразвуковые волны при ультразвуковой обработке.
Геометрия волновода отражает его функцию; в дополнение к более распространенным типам, которые направляют волну в одном измерении, существуют двумерные пластинчатые волноводы, которые ограничивают волны двумя измерениями. Частота передаваемой волны также определяет размер волновода: каждый волновод имеет длину волны отсечки, определяемую его размером, и не будет проводить волны большей длины волны; оптическое волокно, которое направляет свет, не будет передавать микроволны, длина волны которых намного больше. Некоторые встречающиеся в природе структуры также могут действовать как волноводы. Слой канала ГНФАР в океане может передавать звук песни китов на огромные расстояния. Любая форма поперечного сечения волновода может поддерживать электромагнитные волны. Неправильные формы трудно анализировать. Обычно используемые волноводы имеют прямоугольную и круглую форму.
Волноводы могут быть сконструированы для передачи волн в широкой части электромагнитного спектра, но особенно полезны в микроволновом и оптическом диапазонах частот. В зависимости от частоты они могут быть изготовлены как из проводящих, так и из диэлектрических материалов. Волноводы используются как для передачи мощности, так и для сигналов связи.