波導(dǎo)D717

規(guī)則波導(dǎo)1.1定義

波導(dǎo)（WAVEGUIDE），用來定向引導(dǎo)電磁波的結(jié)構(gòu)。常見的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)主要有平行雙導(dǎo)線、同軸線、平行平板波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、微帶線、平板介質(zhì)光波導(dǎo)和光纖。從引導(dǎo)電磁波的角度看，它們都可分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，電磁波被限制在內(nèi)部區(qū)域傳播（要求在波導(dǎo)橫截面內(nèi)滿足橫向諧振原理）。

通常，波導(dǎo)專指各種形狀的空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)，前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導(dǎo)；后者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導(dǎo)。當(dāng)無線電波頻率提高到3000兆赫至300吉赫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(dǎo)管或其他導(dǎo)波裝置。波導(dǎo)管的優(yōu)點是導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗??；功率容量大；沒有輻射損耗；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。波導(dǎo)管內(nèi)的電磁場可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導(dǎo)的邊界條件求解，與普通傳輸線不同，波導(dǎo)管里不能傳輸TEM模，電磁波在傳播中存在嚴(yán)重的色散現(xiàn)象，色散現(xiàn)象說明電磁波的傳播速度與頻率有關(guān)。表面波波導(dǎo)的特征是在邊界外有電磁場存在。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(dǎo)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(dǎo)，除具有良好傳輸性外，主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，可具有集成電路需要的平面結(jié)構(gòu)。表面波波導(dǎo)的主要形式有：介質(zhì)線、介質(zhì)鏡像線、H-波導(dǎo)和鏡像凹波導(dǎo)。

規(guī)則波導(dǎo)1.2基本特征

電磁波在波導(dǎo)中的傳播受到波導(dǎo)內(nèi)壁的限制和反射。波導(dǎo)管壁的導(dǎo)電率很高（一般用銅、鋁等金屬制成，有時內(nèi)壁鍍有銀或金），通常可假定波導(dǎo)壁是理想導(dǎo)體，波導(dǎo)管內(nèi)的電磁場分布可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導(dǎo)的邊界條件來求解。波導(dǎo)管內(nèi)不能傳輸TEM波，電磁波在波導(dǎo)中的傳播存在著嚴(yán)重的色散現(xiàn)象。波導(dǎo)中可能存在無限多種電磁場的結(jié)構(gòu)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(yīng)的截止波長和不同的相速。橫截面均勻的空心波導(dǎo)稱為均勻波導(dǎo)，均勻波導(dǎo)中電磁波的波型可分為電波（TE模）和磁波（TM模）兩大類。

通常，波導(dǎo)專指各種形狀的空心金屬波導(dǎo)管和表面波波導(dǎo)，前者將被傳輸?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導(dǎo)；后者將引導(dǎo)的電磁波約束在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導(dǎo)。

介質(zhì)波導(dǎo)采用固體介質(zhì)桿而不是空心管。光導(dǎo)纖維是在光頻率工作下的介質(zhì)波導(dǎo)。微帶、共面波導(dǎo)、帶狀線或同軸電纜等傳輸線也可以認(rèn)為是波導(dǎo)。

當(dāng)無線電波頻率提高到3000兆赫至 300吉赫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(dǎo)管或其他導(dǎo)波裝置。波導(dǎo)管的優(yōu)點是導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗小；功率容量大；沒有輻射損耗；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。波導(dǎo)管內(nèi)的電磁場可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導(dǎo)的邊界條件求解，與普通傳輸線不同，波導(dǎo)管里不能傳輸 TEM模，電磁波在傳播中存在嚴(yán)重的色散現(xiàn)象，色散現(xiàn)象說明電磁波的傳播速度與頻率有關(guān)。表面波波導(dǎo)的特征是在邊界外有電磁場存在 。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(dǎo)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(dǎo)，除具有良好傳輸性外，主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，可具有集成電路需要的平面結(jié)構(gòu)。表面波波導(dǎo)的主要形式有：介質(zhì)線、介質(zhì)鏡像線、H-波導(dǎo)和鏡像凹波導(dǎo)。

金屬管波導(dǎo)中的電磁波可以想象為沿Z字形路徑在波導(dǎo)中行進(jìn)，在波導(dǎo)的壁之間來回反射。對于矩形波導(dǎo)的特殊情況，可以立足于這種觀點的精確分析。在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播也可以同樣的方式看待，波被電介質(zhì)表面的全內(nèi)反射限制在電介質(zhì)的內(nèi)部。一些結(jié)構(gòu)，如無輻射介質(zhì)波導(dǎo)和高保線，使用金屬壁和電介質(zhì)表面來限制波。