一定要看的波導基礎干貨！

一、波導定義

能夠引導電磁波的結構或裝置。在廣義的定義下,波導不僅是指空金屬管,同時也包括其他波導形式如脊形波導、橢圓波導、介質波導等;還包括雙導線、同軸線、帶狀線、微帶和鏡像線、單根表面波傳輸線等。

一般說到波導就是指空心金屬管。根據波導截面的形狀不同,可分為矩形波導、圓波導等。目前,在實際應用中矩形波導和圓波導仍是兩種最主要的波導形式。

當無線電波頻率提高到3000MHz至300GHz的厘米波波段和毫米波波段時,同軸線的使用受到限制而采用金屬波導管或其他導波裝置。電磁波在波導的傳播過程中受到波導內壁的限制和反射。波導管壁的導電率很高(一般用銅、鋁等金屬制成,有時內壁鍍有銀或金),通?？杉俣ú▽П谑抢硐雽w,波導管的優(yōu)點是導體損耗和介質損耗小;功率容量大;沒有輻射損耗;結構簡單,易于制造。波導管內的電磁場可由麥克斯韋方程組結合波導的邊界條件求解。

二、特征參數

從應用的角度看,描述波導的特征參數有以下四點:

色散特性:色散特性表示波導縱向傳播常數與頻率的關系。

特性阻抗:特性阻抗與傳播常數有關。特性阻抗在幅值上反映波導橫向電場與橫向磁場之比。當不同波導連接時,特性阻抗越接近,連接處的反射越小。波導的特征阻抗是量度連接處對電磁能反射大小的一個很有用的參量。

損耗:損耗是限制波導遠距離傳輸電磁波的主要因素。

場分布:滿足波導橫截面邊界條件的一種可能的場分布稱為波導的模式,不同的模式有不同的場結構,他們都滿足波導橫截面的邊界條件,可以獨立存在。波導中的場結構可以分為兩大類:

TE模:電場沒有縱向分量

TM模:磁場沒有縱向分量

色散特性:與普通傳輸線不同,波導管里不能傳輸TEM模,電磁波在傳播中存在嚴重的色散現象,色散現象說明電磁波的傳播速度與頻率有關。TE波和TM波的相速和群速都隨波長而變,即是頻率的函數,這種現象稱為“色散”。TE波和TM波統(tǒng)稱為“色散波”,而TEM波的相速和群速相同,且與頻率無關,沒有色散,稱“無色散波”(或非色散波)。

三、波導分類

通常,波導專指各種形狀的空心金屬波導管和表面波波導,前者將被傳輸的電磁波完全限制在金屬管內,又稱封閉波導;后者將引導的電磁波約束在波導結構的周圍,又稱開波導。

表面波波導的特征是在邊界外有電磁場的存在。其傳播模式為表面波。在毫米波與亞毫米波波段,因金屬波導管的尺寸太小而使損耗加大和制造困難。這時使用表面波波導,除具有良好的傳輸性外,主要優(yōu)點是結構簡單,制作容易,可具有集成電路需要的平面結構。表面波波導的主要形式有:介質線、介質鏡像線、H-波導和鏡像凹波導。

四、不同模式的場結構

波導中可能存在無限多種電磁場的結構或分布,每一種電磁場的分布稱為一種波型(模式),每一種波型都有對應的截止波長和不同的相速。橫截面均勻的空心波導稱為均勻波導,均勻波導中的電磁波的波型可分為電波(TM模)和磁波(TE模)兩大類。

五、矩形波導

矩形波導是橫截面為矩形的填充空氣的空心金屬管,是實際中應用最廣泛的一種微波傳輸線。

標準矩形波導管數據

六、附:射頻君費心給大家整理的標準矩形波導管規(guī)格標準對照表