波導V78Q

規(guī)則波導1.1定義

波導（WAVEGUIDE），用來定向引導電磁波的結(jié)構(gòu)。常見的波導結(jié)構(gòu)主要有平行雙導線、同軸線、平行平板波導、矩形波導、圓波導、微帶線、平板介質(zhì)光波導和光纖。從引導電磁波的角度看，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（要求在波導橫截面內(nèi)滿足橫向諧振原理）。

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?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導；后者將引導的電磁波約束在波導結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導。當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管或其他導波裝置。波導管的優(yōu)點是導體損耗和介質(zhì)損耗??；功率容量大；沒有輻射損耗；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。波導管內(nèi)的電磁場可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導的邊界條件求解，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(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)。表面波波導的主要形式有：介質(zhì)線、介質(zhì)鏡像線、H-波導和鏡像凹波導。

規(guī)則波導1.2基本特征

電磁波在波導中的傳播受到波導內(nèi)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(nèi)壁鍍有銀或金），通常可假定波導壁是理想導體，波導管內(nèi)的電磁場分布可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導的邊界條件來求解。波導管內(nèi)不能傳輸TEM波，電磁波在波導中的傳播存在著嚴重的色散現(xiàn)象。波導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稱為均勻波導，均勻波導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?shù)碾姶挪ㄍ耆拗圃诮饘俟軆?nèi)，又稱封閉波導；后者將引導的電磁波約束在波導結(jié)構(gòu)的周圍，又稱開波導。

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

當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管或其他導波裝置。波導管的優(yōu)點是導體損耗和介質(zhì)損耗??；功率容量大；沒有輻射損耗；結(jié)構(gòu)簡單，易于制造。波導管內(nèi)的電磁場可由麥克斯韋方程組結(jié)合波導的邊界條件求解，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(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)。表面波波導的主要形式有：介質(zhì)線、介質(zhì)鏡像線、H-波導和鏡像凹波導。

金屬管波導中的電磁波可以想象為沿Z字形路徑在波導中行進，在波導的壁之間來回反射。對于矩形波導的特殊情況，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)波導和高保線，使用金屬壁和電介質(zhì)表面來限制波。