矩形波导的特性参数介绍
在以前,同轴线传输的频率一般在3GHz一下,当然随着科技的进步,现在同轴传输线已经可以实现110GHz的传输了。
所以,当无线电波频率提高到3000MHz至300GHz的厘米波波段和毫米波波段时,同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他导波装置。当然随着同轴技术的发展,现在同轴电缆不仅可以传输3GHz的射频信号,110GHz甚至更高的频率,都都已经能完成传输了。但是由于收到同轴传输介质的影响,同轴传输比同等条件下的波导传输损耗大,故在低损耗的要求下,我们推荐选择用波导作为传输介质。电磁波在波导的传播过程中受到波导内壁的限制和反射。波导管壁的导电率很高(一般用铜、铝等金属制成,有时内壁镀有银或金),通常可假定波导壁是理想导体,波导管的优点是导体损耗和介质损耗小;功率容量大;没有辐射损耗;结构简单,易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解。
描述波导的特征参数有以下四点:
色散特性:色散特性表示波导纵向传播常数与频率的关系。
特性阻抗:特性阻抗与传播常数有关。特性阻抗在幅值上反映波导横向电场与横向磁场之比。当不同波导连接时,特性阻抗越接近,连接处的反射越小。波导的特征阻抗是量度连接处对电磁能反射大小的一个很有用的参量。
损耗:电磁波在波导中传播时能量的消耗
场分布:满足波导横截面边界条件的一种可能的场分布称为波导的模式,不同的模式有不同的场结构,他们都满足波导横截面的边界条件,可以独立存在。波导中的场结构可以分为两大类:
TE模:电场没有纵向分量
TM模:磁场没有纵向分量
色散特性:与普通传输线不同,波导管里不能传输TEM模,电磁波在传播中存在严重的色散现象,色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。TE波和TM波的相速和群速都随波长而变,即是频率的函数,这种现象称为“色散”。TE波和TM波统称为“色散波”,而TEM波的相速和群速相同,且与频率无关,没有色散,称“无色散波”(或非色散波)。
目前市面上最常用的是矩形波导管和圆形波导管。