矩形波導(dǎo)矩形導(dǎo)波的傳輸模式

矩形導(dǎo)波有簡(jiǎn)并模、主模和單模傳輸。

矩形導(dǎo)波中可以出現(xiàn)各種TM模和TE模，以及他們的線性組合。當(dāng)工作波長(zhǎng)小于各種模式的截止波長(zhǎng)，或者工作頻率大于各種模式的截止頻率時(shí)，這些模式都是傳輸模，因而波導(dǎo)可以形成多模傳輸。

矩形導(dǎo)波的截止頻率為

截止頻率不僅與波型和波導(dǎo)尺寸有關(guān)，還與波導(dǎo)中所填充的介質(zhì)有關(guān)。

矩形導(dǎo)波是采用金屬管傳輸電磁波的重要導(dǎo)波裝置，其管壁通常為銅、鋁或者其他金屬材料，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械強(qiáng)度大。波導(dǎo)內(nèi)沒(méi)有內(nèi)導(dǎo)體，損耗低、功率容量大，電磁能量在波導(dǎo)管內(nèi)部空間被引導(dǎo)傳播，可以防止對(duì)外的電磁波泄露。

矩形導(dǎo)波只能傳輸TE波或TM波。

凡是能夠引導(dǎo)電磁波定向傳輸?shù)牡难b置統(tǒng)稱為導(dǎo)波系統(tǒng)，被引導(dǎo)定向傳輸?shù)碾姶挪ǚQ為導(dǎo)行電磁波，簡(jiǎn)稱波導(dǎo)。

導(dǎo)波系統(tǒng)又稱為傳輸線，在一個(gè)實(shí)際的射頻、微波系統(tǒng)里，傳輸線是最基本的構(gòu)成，它不僅起到連接信號(hào)的作用，而且傳輸線本身也可以構(gòu)成某些元件，如電容、電感、變壓器、諧振電路、濾波器、天線等。在導(dǎo)波系統(tǒng)中，設(shè)傳輸方向沿z軸方向，傳輸?shù)碾姶挪梢愿鶕?jù)電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H的縱向分量Ez和Hz的存在與否分為三類：1）如果Ez=0，Hz=0，則E、H完全在橫截面內(nèi)，這種波稱為橫電磁波，簡(jiǎn)記為TEM波，這種波型不能用縱向場(chǎng)法求解；如果Ez≠0，Hz=0，則在傳播方向只有電場(chǎng)分量，磁場(chǎng)只在橫截面內(nèi)，成為橫磁波或者電波，簡(jiǎn)記為TM波或者E波；如果Ez=0，Hz≠0，則在傳播方向只有磁場(chǎng)分量，電場(chǎng)只在橫截面內(nèi)，成為橫電波或者磁波，簡(jiǎn)記為TE波或者H波。

若使電磁波能夠在波導(dǎo)中傳輸，必須f>fc，或者λ<λc，由此可以得到波導(dǎo)中傳輸各種模式電磁波的傳播特性參數(shù)。

TM波和TE波的傳播速度隨頻率變化，表現(xiàn)出色散特性。

在波導(dǎo)中存在多模傳輸?shù)那闆r下，如果模式之間相互正交，則它們之間沒(méi)有能量交換，各個(gè)模式的衰減常數(shù)可單獨(dú)計(jì)算。如果模式不正交，相互之間有能量耦合，就不能單獨(dú)直接計(jì)算。對(duì)每個(gè)模式而言，除了導(dǎo)體、介質(zhì)損耗外，還有模式轉(zhuǎn)換損耗?？傊?，影響導(dǎo)波衰減的因素有：波導(dǎo)材料的電導(dǎo)率、工作頻率、波導(dǎo)內(nèi)壁的光滑度、波導(dǎo)的尺寸、填充媒質(zhì)的損耗、工作模式等等。

1.矩形波導(dǎo)不能傳播TEM波，只能傳播TE波或TM波。

2.一般來(lái)說(shuō)(a>b)矩形波導(dǎo)的主模為TE10模。

3.矩形波導(dǎo)的截止波長(zhǎng)為2a。

4.單模傳輸條件是波長(zhǎng)大于2b且波長(zhǎng)小于2a大于a。

5.矩形波導(dǎo)功率容量較大，衰減較小。

國(guó)標(biāo)型號(hào)| 國(guó)際標(biāo)型號(hào)| 頻率范圍/GHz | 截面尺寸(寬)(高)/mm

BJ12 | WR770 | 0.96～1.46| 195.6 97.8

BJ14 | WR650 | 1.13～1.73 | 165.1 82.55

BJ18 | WR510 | 1.45～2.20 | 129.54 64.77

BJ22 | WR430 | 1.72～2.61 | 109.22 54.61

BJ26 | WR340 | 2.17～3.30 | 86.36 43.18

BJ32 | WR284 | 2.60～3.95 | 72.14 34.04

BJ40 | WR229 | 3.22～4.90 | 58.17 29.08

BJ48 | WR187 | 3.94～5.99 | 47.549 22.149

BJ58 | WR159 | 4.64～7.05 | 40.386 20.193

BJ70 | WR137 | 5.38～8.17 | 34.849 15.799

BJ84 | WR112 | 6.57～9.99 | 28.499 12.624

BJ100 | WR90 | 8.20～12.5 | 22.86 10.16

BJ120 | WR75 | 9.84～15.0 | 19.05 9.525

BJ140 | WR62 | 11.9～18.0 | 15.799 7.899

BJ180 | WR51 | 14.5～22.0 | 12.954 6.477

BJ220 | WR42 | 17.6～26.7 | 10.668 4.318

BJ260 | WR34 | 21.7～33.0 | 8.636 4.318

BJ320 | WR28 | 26.3～40.0 | 7.112 3.556

BJ400 | WR22 | 32.9～50.1 | 5.69 2.845

BJ500 | WR18 | 39.2～59.6 | 4.775 2.388

BJ620 | WR14 | 49.8～75.8 | 3.759 1.88

BJ740 | WR12 | 60.5～91.9 | 3.0988 1.5494

BJ900 | WR10 | 73.8～112 | 2.54 1.27 2100433B

第1章微波傳輸線

1.1引言

1.2麥克斯韋方程

1.3波動(dòng)方程

1.4直角坐標(biāo)系中波動(dòng)方程的解

1.5圓柱坐標(biāo)系中波動(dòng)方程的解

1.6邊界條件

1.7沿線傳播的波長(zhǎng)、相速和群速

1.7.1相速、導(dǎo)內(nèi)波長(zhǎng)

1.7.2群速

1.8沿傳輸線傳播波的類型

第2章波導(dǎo)及同軸線

2.1矩形波導(dǎo)

2.1.1 矩形波導(dǎo)中不傳輸TEM波

2.1.2矩形波導(dǎo)中的TE波

2.1.3矩形波導(dǎo)中的TM波

2.1.4矩形波導(dǎo)中的模式

2.1.5矩形波導(dǎo)壁上的電流

2.1.6矩形波導(dǎo)中傳輸功率及擊穿強(qiáng)度

2.1.7矩形波導(dǎo)中的損耗

2.1.8矩形波導(dǎo)的尺寸選擇

2.2圓形波導(dǎo)

2.2.1 圓波導(dǎo)中的TM波

2.2.2圓形波導(dǎo)中的TE波

2.2.3 圓形波導(dǎo)壁上的電流分布

2.3其他波導(dǎo)傳輸線

2.3.1各種橫截面波導(dǎo)

2.3.2脊形波導(dǎo)

2.4同軸線

2.4.1 同軸線中的TEM波

2.4.2同軸線中的TM波（E波）

2.4.3同軸線中的TE波（H波）

2.4.4同軸線中的TEM波傳輸功率及衰減系數(shù)

2.4.5 同軸線的尺寸選擇

2.4.6經(jīng)向傳輸線

2.5矩形波導(dǎo)的特性阻抗

2.5.1特性阻抗的定義

2.5.2波導(dǎo)中的“電壓”與“電流”概念

2.5.3波導(dǎo)特性阻抗

2.5.4阻抗的轉(zhuǎn)換

2.6矩形波導(dǎo)特性阻抗的新概念

2.6.1矩形波導(dǎo)舊特性阻抗的問(wèn)題

2.6.2關(guān)于定義特性阻抗的原則與方法

2.6.3矩形波導(dǎo)特性阻抗的新概念

第3章帶狀傳輸線

3.1三板線

3.1.1三板線的特性阻抗Zc

3.1.2三板線內(nèi)的傳播速度與導(dǎo)內(nèi)波長(zhǎng)

3.1.3三板線的損耗與衰減

3.1.4三板線的Q值

3.1.5三板線的功率容量

3.2微帶線

3.2.1微帶線的相速、特性阻抗

3.2.2微帶線的損耗與衰減

3.2.2.1介質(zhì)損耗

3.2.3微帶線的色散特性

3.3耦合三板線和耦合微帶線

3.3.1耦合三板線的主要特性

3.3.2耦合微帶

3.3.3微槽

3.4短毫米波及亞毫米波傳輸線

第4章傳輸線的不連續(xù)性

4.1矩形波導(dǎo)的平面不連續(xù)性

4.1.1矩形波導(dǎo)中的零厚度結(jié)構(gòu)

4.1.2矩形波導(dǎo)中的有限厚度結(jié)構(gòu)

……

第5章微波傳輸線的連接器件

第6章微波電路

第7章多模電路

第8章含半導(dǎo)體的微波電路

矩形

矩形波導(dǎo)中可以存在無(wú)限多個(gè) TMmn 模，波型指數(shù)m，n分別表示電磁場(chǎng)沿波導(dǎo)寬邊a和窄邊b 的駐波最大值的個(gè)數(shù)，m，n=1，2，… 最簡(jiǎn)單的是TM11模。同樣，還可以存在無(wú)限多個(gè) TEmn模，m，n=0，1，2,…但不能同時(shí)為零。矩形波導(dǎo)中的最低模式是TE10模，其截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)λC=2a，因此，就有可能在波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)單模傳輸。TE10模又稱為矩形波導(dǎo)中的主模，是矩形波導(dǎo)中最重要的波型。實(shí)際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)都工作在TE10模。

圓

圓波導(dǎo)中也可以存在無(wú)限多個(gè)TMmn和TEmn模，m，n分別表示場(chǎng)沿圓周和徑向的變化次數(shù)。圓波導(dǎo)中只存在TM0n，TMmn（m，n=1，2，…），TE0n和TEmn（m，n=1，2,…）模。圓波導(dǎo)中截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)的主波是TE11模，其截止波長(zhǎng)λc=3. 41a（a 為波導(dǎo)半徑）。常用的模式還有TM01和TE01模。