This paper describes an experiment to visualize the voltage standing wave pattern along two parallel terminated conducting pipes using a home VCR and TV modulator as a transmitter, a small dipole antenna as a detector, and a computer with a TV card as a receiver. Students can observe the periodic variation of red color intensity on a PC monitor or TV screen while the dipole antenna scans the RF modulated video signals along the two parallel conducting pipes. The measurement of relative voltage (electric field) intensity is carried out by computing the red color component of a captured video image using simple R, G, B channel analysis. The resultant voltage standing waves achieved in open-circuited termination experiments at various applied UHF channels are discussed in terms of incoming waves, reflecting waves, and conducting loss of the transmission line. The measured wavelengths and computed phase velocities of the standing waves are plotted as a function of UHF carrier frequencies. A short-circuit terminated experiment is conducted and compared with an open-circuited case. The interleaving standing wave patterns of the two contrasting data sets in the short- and open-circuited termination experiment results demonstrate the boundary conditions predicted by field theory.
가전영상제품(VCR, TV)과 두 금속 파이프를 사용하여 전송선로상에 형성되는 전자기파의 정상파 파형을 측정하고 시각화(visualization) 할 수 있는 실험방법을 고안하였다. 본 실험에서는 가정에서 흔히 사용하는 VCR과 TV 채널변환기(Modulator)를 송신부, 텔레비전 수신카드가 장착되어 있는 컴퓨터(PC with TV Card)를 수신부, 스테인리스(stainless) 재질 금속 파이프를 전송선로, 소형 다이폴 안테나를 검출기(detector)로 사용하였다. 두 금속 파이프 사이에 위치한 다이폴 안테나가 등속으로 이동하면서 금속 파이프를 따라 형성된 정상파의 세기를 스캔(scan)하면서 TV카드에 수신되는 영상화면을 정지화면으로 캡쳐하고 R,G,B 색상성분을 분석하여 전송선로 각 위치에 따른 정상파의 상대적 세기를 구할 수 있었다. 전송(Carrier)주파수가 다른 6개 UHF 채널에서 정상파 파형 실험에서 파장과 전파속도를 측정하였으며 공기 중에서의 빛의 속도와 비교하였다. 평행선 전송파이프 끝단을 개방(open), 단락(short) 했을 때 두 정상파(standing wave) 파형을 측정하였으며 전송선로 끝단의 경계 조건(boundary condition)과 잘 일치 함을 확인하였다. 전송손실이 있을 때 입사파와 끝단에서 반사되는 반사파의 중첩에 의한 정상파 파형모양에 대한해석을 결과 및 토의 부분에서 언급하였다.
본 실험장치는 일상 가전 영상제품을 신호 송-수신 장치로 활용하여 전송선로 상의 위치에 따른 전계에너지의 세기의 변화를 TV 모니터상의 수신 영상화면의 강약을 통하여 정상파 패턴을 관찰 함과 동시에 정상파 파형을 측정 할 수 있기 때문에 기초 전파공학, 물리 분야에서 전자기파를 시각화(visualization)하는 데모실험 장치로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
