矩形波導為單導體波導,其中無法傳輸tem波,只能傳輸te或tm波。其結構說白了就是乙個矩形截面的金屬管,只是跟一般的金屬管不同,因為傳輸電磁波的需要,其尺寸有一些要求。
矩形波導
在波導方程-微波技術基礎複習筆記(二)的結尾,我們將電磁波的場量表示形式的求解分解為三個步驟,先求
波
波沒有縱向的電場分量,即
,因此第一步是求
。首先分解
的縱向變數:
隨後代入波導方程中
滿足的推導方程:
該方程可以使用分離變數法求解,即令
, ,得到:
最終求得:
第二步是求
,將上一步求得的
代入波導方程一節中得到的
的表示式:
其中:最後一步是代入邊界條件:
求得:這是該方程的乙個特解,一般解為:
截止波數
,只有
的波才能傳播,因此每一組
對應一組模式,記為
。 的物理意義是場量沿著x軸出現的半駐波個數,
的物理意義是場量沿著y軸出現的半駐波個數。
最小的
對應的模式稱為主模,對於
波來說,由於
和 不能同時取
(否則
,無法傳輸能量和資訊),因此其主模為:
模的場量表示式為:
其場量沿著y軸方向均勻分布,電場只有y軸方向的分量,磁場只有x軸和z軸方向的分量。
te10波的場結構
波
波的求解與te波的求解如出一轍,因此無需贅述。求解得到的
,形式略有區別:
這時 和
均不能取
,因此其主模為
模。和
模式的截止波數的表示形式一樣,均為
可以求得相應的截止頻率:
只要工作波長小於截止波長,即工作頻率大於截止頻率,該電磁波即可在波導中傳播,我們將不滿足該條件的模式稱為消失模或者截止模。觀察
的表示式,我們可以發現,不同模式的波可以擁有相同的
,這一現象稱為模式簡併。
模式簡併是在使用波導的時候需要避免的,在矩形波導中,非簡併模式有
和
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