ท่อนำคลื่นเป็นโครงสร้างที่นำทางคลื่นโดยจำกัดทิศทางการส่งผ่านพลังงาน ประเภทของท่อนำคลื่นที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ท่อนำ คลื่นเสียงซึ่งนำทางเสียงท่อนำคลื่นแสงซึ่งนำทางแสงและท่อนำคลื่นความถี่วิทยุซึ่งนำทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ นอกเหนือจากแสงที่มองเห็นได้หรือใกล้เคียงกับแสงที่มองเห็นได้เช่น คลื่นวิทยุ

หากปราศจากข้อจำกัดทางกายภาพของท่อนำคลื่น คลื่นจะแผ่ขยายออกไปในพื้นที่สามมิติ และความเข้มของคลื่นจะลดลงตามกฎกำลังสองผกผัน

มีตัวนำคลื่นหลายประเภทสำหรับคลื่นประเภทต่างๆ ความหมายดั้งเดิมและที่พบได้บ่อยที่สุดคือท่อโลหะนำไฟฟ้ากลวงที่ใช้ในการนำคลื่นวิทยุ ความถี่สูง โดยเฉพาะคลื่นไมโครเวฟ [ ^{1 ] ตัวนำ}คลื่นไดอิเล็กทริกใช้ในความถี่วิทยุที่สูงกว่า และตัวนำคลื่นไดอิเล็กทริกโปร่งใสและใยแก้วนำแสงทำหน้าที่เป็นตัวนำคลื่นสำหรับแสง ในด้านเสียงท่ออากาศและฮอร์นใช้เป็นตัวนำคลื่นเสียงในเครื่องดนตรีและลำโพงและแท่งโลหะรูปทรงพิเศษนำคลื่นอัลตราโซนิกในการตัดเฉือนอัลตราโซนิก

รูปทรงเรขาคณิตของท่อนำคลื่นสะท้อนถึงหน้าที่ของมัน นอกเหนือจากประเภททั่วไปที่นำคลื่นในมิติเดียวแล้ว ยังมีท่อนำคลื่นแบบแผ่นสองมิติซึ่งจำกัดคลื่นไว้ในสองมิติ ความถี่ของคลื่นที่ส่งผ่านยังเป็นตัวกำหนดขนาดของท่อนำคลื่นด้วย ท่อนำคลื่นแต่ละท่อมีความยาวคลื่นตัดที่กำหนดโดยขนาดของมันและจะไม่นำคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากกว่านั้นเส้นใยแก้วนำ แสง ที่นำแสงจะไม่ส่งผ่านคลื่นไมโครเวฟซึ่งมีความยาวคลื่นมากกว่ามาก โครงสร้างที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบางอย่างก็สามารถทำหน้าที่เป็นท่อนำคลื่นได้เช่นกัน ชั้น ช่องสัญญาณ SOFARในมหาสมุทรสามารถนำเสียงร้องของวาฬ ไปได้ ในระยะทางมหาศาล^{[ 2 ]} ท่อนำคลื่นรูปทรงใดก็ได้สามารถรองรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม รูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอนั้นวิเคราะห์ได้ยาก ท่อนำคลื่นที่ใช้กันทั่วไปมีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือวงกลม

การใช้ตัวนำคลื่นสำหรับการส่งสัญญาณเป็นที่รู้จักกันมานานแล้วก่อนที่จะมีการบัญญัติศัพท์นี้ ปรากฏการณ์ของคลื่นเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านลวดที่ตึงนั้นเป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว เช่นเดียวกับเสียงที่เคลื่อนที่ผ่านท่อกลวง เช่น ท่อเสียงหรือหูฟัง ทางการแพทย์ การใช้งานตัวนำคลื่นอื่นๆ ได้แก่ การส่งกำลังระหว่างส่วนประกอบของระบบ เช่น วิทยุ เรดาร์ หรืออุปกรณ์ทางแสง ตัวนำคลื่นเป็นหลักการพื้นฐานของการทดสอบคลื่นนำทาง (GWT) ซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการประเมิน แบบไม่ทำลายหลายวิธี^{[ 3 ]}

ตัวอย่างเฉพาะ:

• ใยแก้วนำแสงสามารถส่งผ่านแสงและสัญญาณได้ในระยะทางไกล โดยมีการลดทอนต่ำและครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง
• ในเตาไมโครเวฟท่อนำคลื่นจะส่งพลังงานจากแมกเนตรอนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่น ไปยังห้องปรุงอาหาร
• ในระบบเรดาร์ ท่อนำคลื่นจะส่งผ่านพลังงานคลื่นความถี่วิทยุไปยังและจากเสาอากาศ โดยต้องมีการจับคู่ค่าความต้านทาน เพื่อให้การส่งกำลังมีประสิทธิภาพ (ดูด้านล่าง)
• ท่อนำคลื่นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและวงกลมมักใช้เชื่อมต่อสัญญาณป้อนเข้าของจานพาราโบลาเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่ว่าจะเป็นตัวรับสัญญาณเสียงรบกวนต่ำหรือเครื่องขยาย/ส่งสัญญาณกำลังสูง
• ตัวนำคลื่นใช้ในเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์เพื่อวัดคุณสมบัติทางแสง เสียง และความยืดหยุ่นของวัสดุและวัตถุ ตัวนำคลื่นสามารถสัมผัสกับตัวอย่างได้ (เช่นในการตรวจอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์ ) ซึ่งในกรณีนี้ตัวนำคลื่นจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าพลังงานของคลื่นทดสอบจะถูกอนุรักษ์ไว้ หรือตัวอย่างอาจถูกวางไว้ภายในตัวนำคลื่น (เช่นในการวัดค่าคงที่ไดอิเล็กตริก) เพื่อให้สามารถทดสอบวัตถุขนาดเล็กได้และมีความแม่นยำมากขึ้น^{[ 4 ]}
• สายส่งสัญญาณเป็นตัวนำคลื่นชนิดเฉพาะที่ใช้กันทั่วไป^{[ 5 ]}

โครงสร้างแรกสำหรับการนำทางคลื่นได้รับการเสนอโดยJJ Thomsonในปี 1893 และได้รับการทดสอบเชิงทดลองครั้งแรกโดยOliver Lodgeในปี 1894 การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ครั้งแรกของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในกระบอกโลหะดำเนินการโดยLord Rayleighในปี 1897 ^{[ 6 ] : 8} สำหรับคลื่นเสียง Lord Rayleigh ได้ตีพิมพ์การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์อย่างเต็มรูปแบบของโหมดการแพร่กระจายในงานสำคัญของเขา "ทฤษฎีของเสียง" ^{[ 7 ]} Jagadish Chandra Boseได้ทำการวิจัย ความยาวคลื่น มิลลิเมตรโดยใช้ท่อนำคลื่น และในปี 1897 ได้บรรยายถึงงานวิจัยที่เขาดำเนินการในโกลกาตาให้กับ Royal Institution ในลอนดอน^{[ 8 ] [ 9 ]}

การศึกษาเกี่ยวกับตัวนำคลื่นไดอิเล็กทริก (เช่น เส้นใยแก้วนำ แสงดูด้านล่าง) เริ่มขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1920 โดยบุคคลหลายคน ซึ่งบุคคลที่มีชื่อเสียงที่สุด ได้แก่ Rayleigh, SommerfeldและDebye ^{[ 10 ]} เส้นใยแก้วนำแสงเริ่มได้รับความสนใจเป็นพิเศษในช่วงทศวรรษ 1960 เนื่องจากมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมการสื่อสาร

การพัฒนาการสื่อสารทางวิทยุเริ่มต้นที่ความถี่ต่ำ เนื่องจากความถี่เหล่านี้สามารถแพร่กระจายได้ง่ายกว่าในระยะทางไกล ความยาวคลื่นที่ยาวทำให้ความถี่เหล่านี้ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในท่อนำคลื่นโลหะกลวง เนื่องจากต้องใช้ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่เกินไป ด้วยเหตุนี้ การวิจัยเกี่ยวกับท่อนำคลื่นโลหะกลวงจึงหยุดชะงัก และผลงานของลอร์ดเรย์ลีย์ก็ถูกลืมไปชั่วขณะ และต้องมีผู้อื่นค้นพบใหม่ การวิจัยเชิงปฏิบัติกลับมาดำเนินต่อในทศวรรษ 1930 โดยจอร์จ ซี. เซาท์เวิร์ธที่ห้องปฏิบัติการเบลล์และวิลเมอร์ แอล . บาร์โรว์ ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ในตอนแรก เซาท์เวิร์ธนำทฤษฎีมาจากเอกสารเกี่ยวกับคลื่นในแท่งไดอิเล็กทริก เนื่องจากเขาไม่รู้จักผลงานของลอร์ดเรย์ลีย์ สิ่งนี้ทำให้เขาเข้าใจผิดไปบ้าง การทดลองบางอย่างของเขาล้มเหลวเพราะเขาไม่ทราบถึงปรากฏการณ์ความถี่ตัดของท่อนำคลื่นซึ่งพบแล้วในผลงานของลอร์ดเรย์ลีย์ งานวิจัยเชิงทฤษฎีอย่างจริงจังเริ่มต้นโดยจอห์น อาร์. คาร์สันและแซลลี พี. มีด งานนี้นำไปสู่การค้นพบว่าสำหรับโหมด TE ₀₁ในท่อนำคลื่นวงกลม การสูญเสียจะลดลงตามความถี่ และครั้งหนึ่งเคยเป็นคู่แข่งที่สำคัญสำหรับรูปแบบการสื่อสารทางไกล^{[ 11 ] : 544–548}

ความสำคัญของเรดาร์ในสงครามโลกครั้งที่สองได้กระตุ้นการวิจัยเกี่ยวกับท่อนำคลื่นอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฝ่ายสัมพันธมิตรแมกเนตรอนซึ่งพัฒนาขึ้นในปี 1940 โดยจอห์น แรนดัลล์และแฮร์รี่ บูทที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในสหราชอาณาจักร เป็นแหล่งพลังงานที่ดีและทำให้เรดาร์ไมโครเวฟเป็นไปได้ ศูนย์วิจัยที่สำคัญที่สุดของสหรัฐฯ อยู่ที่ห้องปฏิบัติการรังสี (Rad Lab) ที่MITแต่ก็มีหน่วยงานอื่นๆ อีกมากมายที่เข้าร่วมในสหรัฐฯ และสหราชอาณาจักร เช่นสถาบันวิจัยโทรคมนาคมหัวหน้ากลุ่มพัฒนาพื้นฐานที่ Rad Lab คือเอ็ดเวิร์ด มิลส์ เพอร์เซลล์นักวิจัยของเขารวมถึงจูเลียน ชวิงเกอร์ , นาธาน มาร์คูวิตซ์ , แครอล เกรย์ มอนต์โกเมอรี และโรเบิร์ต เอช. ดิคเค งานวิจัยส่วนใหญ่ของ Rad Lab มุ่งเน้นไปที่การค้นหาแบบจำลององค์ประกอบแบบรวมของโครงสร้างท่อนำคลื่น เพื่อให้สามารถวิเคราะห์ส่วนประกอบในท่อนำคลื่นได้ด้วยทฤษฎีวงจรมาตรฐาน ฮันส์ เบเทอก็เคยทำงานที่ Rad Lab ในช่วงสั้นๆ แต่ในระหว่างนั้นเขาได้สร้างทฤษฎีช่องเปิดขนาดเล็กซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีความสำคัญสำหรับตัวกรองโพรงท่อนำคลื่นซึ่งพัฒนาขึ้นครั้งแรกที่ Rad Lab ในทางกลับกัน ฝ่ายเยอรมันกลับเพิกเฉยต่อศักยภาพของท่อนำคลื่นในเรดาร์เป็นส่วนใหญ่ จนกระทั่งช่วงปลายสงคราม ถึงขนาดที่ว่า เมื่อชิ้นส่วนเรดาร์จากเครื่องบินอังกฤษที่ถูกยิงตกถูกส่งไปยังบริษัท Siemens & Halskeเพื่อวิเคราะห์ แม้ว่าจะทราบกันดีว่าชิ้นส่วนเหล่านั้นเป็นชิ้นส่วนไมโครเวฟ แต่ก็ไม่สามารถระบุวัตถุประสงค์การใช้งานได้

ในเวลานั้น เทคนิคไมโครเวฟถูกละเลยอย่างมากในเยอรมนี โดยทั่วไปเชื่อกันว่ามันไม่มีประโยชน์สำหรับสงครามอิเล็กทรอนิกส์ และผู้ที่ต้องการทำการวิจัยในสาขานี้ก็ไม่ได้รับอนุญาตให้ทำเช่นนั้น

นักวิชาการชาวเยอรมันได้รับอนุญาตให้เผยแพร่ผลงานวิจัยของตนในสาขานี้ต่อไปได้ เนื่องจากไม่ถือว่ามีความสำคัญ^{[ 12 ] : 548–554 [ 13 ] : 1055, 1057}

หลังสงครามโลกครั้งที่สอง เทคโนโลยีท่อนำคลื่นเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมในด้านไมโครเวฟ อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้มีปัญหาอยู่บ้าง เช่น มีขนาดใหญ่ ราคาแพงในการผลิต และผลกระทบจากความถี่ตัดทำให้ยากต่อการผลิตอุปกรณ์แบบบรอดแบนด์ ท่อนำคลื่นแบบมีสันสามารถเพิ่มแบนด์วิดท์ได้มากกว่าหนึ่งอ็อกเทฟ แต่ทางออกที่ดีกว่าคือการใช้เทคโนโลยีที่ทำงานในโหมด TEM (นั่นคือ ไม่ใช่ท่อนำคลื่น) เช่น ตัวนำ โคแอกเซียลเนื่องจาก TEM ไม่มีความถี่ตัด ตัวนำรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าแบบมีฉนวนหุ้มก็สามารถใช้ได้เช่นกัน และมีข้อดีในการผลิตบางประการเหนือกว่าโคแอกเซียล และสามารถมองได้ว่าเป็นต้นแบบของเทคโนโลยีแบบระนาบ ( สไตรป์ไลน์และไมโครสตริป ) อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีแบบระนาบเริ่มได้รับความนิยมอย่างแท้จริงเมื่อมีการนำวงจรพิมพ์มาใช้ วิธีการเหล่านี้มีราคาถูกกว่าท่อนำคลื่นอย่างมากและได้เข้ามาแทนที่ในย่านความถี่ส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นยังคงเป็นที่นิยมในย่านความถี่ไมโครเวฟที่สูงขึ้นตั้งแต่ย่านความถี่ Kuขึ้นไป^{[ 12 ] : 556–557 [ 14 ] : 21–27, 21–50}

โหมดการแพร่กระจายในท่อนำคลื่นคือหนึ่งในคำตอบของสมการคลื่น หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือรูปแบบของคลื่น^{[ 10 ]} เนื่องจากข้อจำกัดของเงื่อนไขขอบเขตจึงมีเพียงความถี่และรูปแบบที่จำกัดสำหรับฟังก์ชันคลื่นที่สามารถแพร่กระจายในท่อนำคลื่นได้ ความถี่ต่ำสุดที่โหมดใดโหมดหนึ่งสามารถแพร่กระจายได้คือความถี่ตัดของโหมดนั้น โหมดที่มีความถี่ตัดต่ำที่สุดคือโหมดพื้นฐานของท่อนำคลื่น และความถี่ตัดของมันคือความถี่ตัดของท่อนำคลื่น^{[ 15 ] : 38}

โหมดการแพร่กระจายคำนวณได้จากการแก้สมการเฮล์มโฮลทซ์ควบคู่ไปกับชุดเงื่อนไขขอบเขตที่ขึ้นอยู่กับรูปร่างทางเรขาคณิตและวัสดุที่ล้อมรอบบริเวณนั้น สมมติฐานทั่วไปสำหรับท่อคลื่นสม่ำเสมอที่มีความยาวอนันต์ช่วยให้เราสามารถสมมติรูปแบบการแพร่กระจายของคลื่นได้ กล่าวคือ ระบุว่าส่วนประกอบของสนามแต่ละส่วนมีความสัมพันธ์กับทิศทางการแพร่กระจายที่ทราบ (เช่น) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีการทั่วไปคือการแทนที่สนามที่ไม่ทราบค่าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาทั้งหมดก่อน(โดยสมมติเพื่อความง่ายในการอธิบายสนามใน ส่วนประกอบ คาร์ทีเซียน ) ด้วยการแสดงเฟเซอร์ เชิงซ้อน ซึ่งเพียงพอที่จะอธิบายสัญญาณโทนเดียวที่มีความยาวอนันต์ที่ความถี่(ความถี่เชิงมุม) ได้อย่างสมบูรณ์ และเขียนสมการเฮล์มโฮลทซ์และเงื่อนไขขอบเขตใหม่ตามนั้น จากนั้น สนามที่ไม่ทราบค่าแต่ละสนามจะถูกบังคับให้มีรูปแบบเช่นโดยที่เทอม แทนค่าคงที่การแพร่กระจาย (ยังไม่ทราบค่า) ตามทิศทางที่ท่อคลื่นขยายไปสู่อนันต์ สมการเฮล์มโฮลทซ์สามารถเขียนใหม่เพื่อรองรับรูปแบบดังกล่าวได้ และความเท่าเทียมกันที่ได้จะต้องได้รับการแก้ไขสำหรับและซึ่งในที่สุดจะได้สมการค่าลักษณะเฉพาะสำหรับและฟังก์ชันลักษณะเฉพาะที่สอดคล้องกันสำหรับแต่ละคำตอบของสมการก่อนหน้า^{[ 16 ]}${\displaystyle z}$${\displaystyle u(x,y,z,t)}$${\displaystyle U(x,y,z)}$${\displaystyle f}$${\displaystyle \omega =2\pi f}$${\displaystyle U(x,y,z)={\hat {U}}(x,y)e^{-\gamma z}}$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle {\hat {U}}(x,y)}$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle {\hat {U}}(x,y)_{\gamma }}$

โดยทั่วไป ค่าคงที่การแพร่กระจายของคลื่นนำทางจะเป็นจำนวนเชิงซ้อน สำหรับกรณีที่ไม่มีการสูญเสีย ค่าคงที่การแพร่กระจายอาจพบว่ามีค่าเป็นจำนวนจริงหรือจำนวนจินตนาการ ขึ้นอยู่กับวิธีการแก้ปัญหาที่เลือกของสมการค่าลักษณะเฉพาะและความถี่เชิงมุมเมื่อเป็นจำนวนจริงล้วนๆ จะกล่าวได้ว่าโหมดนั้น "ต่ำกว่าจุดตัด" เนื่องจากแอมพลิจูดของเฟเซอร์สนามมีแนวโน้มที่จะลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียลเมื่อแพร่กระจาย ในทางกลับกัน ค่าจินตนาการแสดงถึงโหมดที่กล่าวได้ว่า "กำลังแพร่กระจาย" หรือ "สูงกว่าจุดตัด" เนื่องจากแอมพลิจูดเชิงซ้อนของเฟเซอร์ไม่เปลี่ยนแปลงตาม^{[ 17 ]}${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle z}$

ในทฤษฎีวงจรอิมพีแดนซ์เป็นการสรุปทั่วไปของความต้านทานไฟฟ้าในกรณีของกระแสสลับและวัดเป็นโอห์ม ( ) ^{[ 10 ]} ท่อนำคลื่นในทฤษฎีวงจรอธิบายโดยสายส่งที่มีความยาวและอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ [ ^{18 ] : 2–3, 6–12 [ 19 ] : 14 [ 20 ]}กล่าวอีกนัยหนึ่ง อิมพีแดนซ์บ่งชี้อัตราส่วนของแรงดันต่อกระแสของส่วนประกอบวงจร (ในกรณีนี้คือท่อนำคลื่น) ในระหว่างการแพร่กระจายของคลื่น คำอธิบายของท่อนำคลื่นนี้เดิมทีมีไว้สำหรับกระแสสลับ แต่ก็เหมาะสมสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นเสียงเช่นกัน เมื่อคุณสมบัติของคลื่นและวัสดุ (เช่นความดันความหนาแน่นค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ) ถูกแปลงเป็นเงื่อนไขทางไฟฟ้าอย่างถูกต้อง ( เช่นกระแส และอิมพีแดนซ์) ^{[ 21 ] : 14} ${\displaystyle \Omega }$

การจับคู่ค่าความต้านทานมีความสำคัญเมื่อมีการเชื่อมต่อส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้า (เช่น ท่อนำคลื่นกับเสาอากาศ) อัตราส่วนความต้านทานจะกำหนดว่าคลื่นส่วนใดถูกส่งผ่านไปข้างหน้าและส่วนใดถูกสะท้อนกลับ ในการเชื่อมต่อท่อนำคลื่นกับเสาอากาศ มักจะต้องมีการส่งผ่านอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงมีการพยายามจับคู่ค่าความต้านทานของทั้งสอง^{[ 20 ]}

สัมประสิทธิ์การสะท้อนสามารถคำนวณได้โดยใช้: โดยที่(แกมมา) คือสัมประสิทธิ์การสะท้อน (0 หมายถึงการส่งผ่านเต็มที่ 1 หมายถึงการสะท้อนเต็มที่ และ 0.5 คือการสะท้อนครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า) และคืออิมพีแดนซ์ของส่วนประกอบแรก (จากที่คลื่นเข้ามา) และส่วนประกอบที่สอง ตามลำดับ^{[ 22 ]}${\displaystyle \Gamma ={\frac {Z_{2}-Z_{1}}{Z_{2}+Z_{1}}}}$${\displaystyle \Gamma }$${\displaystyle Z_{1}}$${\displaystyle Z_{2}}$

ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ทำให้เกิดคลื่นสะท้อน ซึ่งเมื่อรวมกับคลื่นขาเข้าจะทำให้เกิดคลื่นนิ่ง ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์ยังสามารถวัดปริมาณได้ด้วยอัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR หรือ VSWR สำหรับแรงดันไฟฟ้า) ซึ่งเชื่อมโยงกับอัตราส่วนอิมพีแดนซ์และสัมประสิทธิ์การสะท้อนโดย: โดยที่คือค่าต่ำสุดและสูงสุดของค่าสัมบูรณ์ ของแรงดันไฟฟ้า และ VSWR คืออัตราส่วนคลื่นนิ่งของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งค่า 1 หมายถึงการส่งผ่านอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีการสะท้อนและไม่มีคลื่นนิ่ง ในขณะที่ค่าที่มากหมายถึงการสะท้อนสูงและรูปแบบคลื่นนิ่ง^{[ 20 ]}${\displaystyle \mathrm {VSWR} ={\frac {|V|_{\rm {max}}}{|V|_{\rm {min}}}}={\frac {1+|\Gamma |}{1-|\Gamma |}}}$${\displaystyle \left|V\right|_{\rm {min/max}}}$

สามารถสร้างท่อนำคลื่นเพื่อนำคลื่นในช่วง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้หลากหลายช่วงแต่มีประโยชน์อย่างยิ่งใน ช่วงความถี่ ไมโครเวฟและ ความถี่ แสงขึ้นอยู่กับความถี่ สามารถสร้างจาก วัสดุ ตัวนำหรือ วัสดุ ฉนวน ก็ได้ ท่อนำคลื่นใช้สำหรับการถ่ายโอนทั้งพลังงานและสัญญาณการสื่อสาร^{[ 15 ] : 1–3 [ 23 ] : xiii–xiv}

โดยทั่วไปแล้ว ท่อนำคลื่นที่ใช้ที่ความถี่แสงจะเป็นท่อนำคลื่นไดอิเล็กทริก ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ วัสดุไดอิเล็กทริกที่มี ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าสูงและด้วยเหตุนี้จึง มี ดัชนี หักเหสูง ถูกล้อมรอบด้วยวัสดุที่มีค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าต่ำกว่า โครงสร้างนี้จะนำคลื่นแสงโดยการสะท้อนภายในทั้งหมดตัวอย่างของท่อนำคลื่นแสงคือใยแก้วนำแสง^{[ 24 ]}

มีการใช้ตัวนำคลื่นแสงประเภทอื่น ๆ ด้วย เช่นเส้นใยคริสตัลโฟตอนิกซึ่งนำคลื่นด้วยกลไกที่แตกต่างกันหลายอย่าง ตัวนำในรูปของท่อกลวงที่มีพื้นผิวด้านในสะท้อนแสงสูงก็ถูกนำมาใช้เป็นท่อส่งแสงสำหรับการใช้งานด้านการส่องสว่างเช่นกัน พื้นผิวด้านในอาจเป็นโลหะขัดเงา หรืออาจเคลือบด้วยฟิล์มหลายชั้นที่นำแสงโดยการสะท้อนแบบแบรกก์ (นี่เป็นกรณีพิเศษของเส้นใยคริสตัลโฟตอนิก) นอกจากนี้ยังสามารถใช้ปริซึม ขนาดเล็ก รอบท่อซึ่งสะท้อนแสงผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด^{[ 25 ]} —อย่างไรก็ตาม การกักเก็บดังกล่าวไม่สมบูรณ์แบบอย่างแน่นอน เนื่องจากไม่สามารถนำแสงภายในแกน ที่มีดัชนี หักเหต่ำกว่า ได้อย่างแท้จริง (ในกรณีของปริซึม แสงบางส่วนจะรั่วไหลออกมาที่มุมของปริซึม) ^{[ 26 ]}

ท่อนำคลื่นเสียงเป็นโครงสร้างทางกายภาพที่ใช้สำหรับนำทางคลื่นเสียง เสียงในท่อนำคลื่นเสียงมีพฤติกรรมคล้ายกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบนสายส่งคลื่นบนเส้นเชือก เช่น คลื่นในโทรศัพท์กระป๋องเป็นตัวอย่างง่ายๆ ของท่อนำคลื่นเสียง อีกตัวอย่างหนึ่งคือคลื่นความดันในท่อของออร์แกนคำว่าท่อนำคลื่นเสียงยังใช้เพื่ออธิบายคลื่นยืดหยุ่นที่ถูกนำทางในอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น อุปกรณ์ที่ใช้ในสายหน่วงเวลาแบบเพียโซอิเล็กทริกและใน การกระเจิงแบบบริลลู อิน แบบกระตุ้น

ท่อนำคลื่น (หรือท่อ) กำหนดเงื่อนไขขอบเขตบนสมการคลื่น โดยที่ฟังก์ชันคลื่นต้องเท่ากับศูนย์ที่ขอบเขต และบริเวณที่อนุญาตนั้นมีค่าจำกัดในทุกมิติ ยกเว้นมิติเดียว ทรงกระบอกที่ยาวอนันต์เป็นตัวอย่างหนึ่ง ในทางคณิตศาสตร์ ท่อใดๆ ที่มีส่วนโป่ง ซึ่งความกว้างของท่อเพิ่มขึ้น จะมีสถานะผูกพันที่ไม่แพร่กระจายอย่างน้อยหนึ่งสถานะเจฟฟรีย์ โกลด์สโตนและโรเบิร์ต จาฟเฟได้แสดงให้เห็นโดยใช้หลักการแปรผันว่า ท่อที่มีความกว้างคงที่และมีการบิดตัวจะมีสถานะผูกพัน^{[ 27 ]}

การสังเคราะห์เสียงใช้สายหน่วงเวลาดิจิทัลเป็นองค์ประกอบการคำนวณเพื่อจำลอง^การแพร่กระจายของคลื่นในท่อของเครื่องดนตรีประเภทเป่าและสายที่สั่นของเครื่องดนตรีประเภทสาย [ ^{28 ]}

• โพลาไรเซชันแบบวงกลม
• ท่อนำคลื่นโลก-ไอโอโนสเฟียร์
• โพลาไรเซชันเชิงเส้น
• ทรานสดิวเซอร์ออร์โธโมด
• การโพลาไรเซชัน
• ตัวลดทอนของปีก

ลองค้นหาคำว่า "waveguide"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับตัวนำคลื่น (Waveguides )

• การบรรยายวิชาฟิสิกส์ของเฟย์นแมน - ท่อนำคลื่น
• คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ: ท่อนำคลื่นเก็บถาวรเมื่อวันที่ 29 มีนาคม 2024 ที่Wayback Machineโดย Sophocles J. Orfanidis ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยรัตเกอร์ส