如何直观的理解波导中微波的模式(TE\TM\TEM)?

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如何直观的理解波导中微波的模式(TE\TM\TEM)?

2024-07-14 14:28| 来源: 网络整理| 查看: 265

微波工程、电磁场理论等课程中有关于TEM、TE、TM模的更为详细的描述。这里会存在一个疑问:不是说电场和磁场以及传播方向都正交相互垂直吗?那为啥会出现不相互垂直的TE/TM波,原因就在于,在介质中传播特别是折射后,产生了折射,原因在于介质,由于存在非正交分量,其实可能是导致介质损耗的原因所在!

波的振动方向最基本的情况可分两种:

图:振动方向与波的传播方向平行,这种波称为纵波

图:振动方向与波的传播方向垂直,这种波称为横波

振动具有线性叠加性,故波动也同样满足线性叠加性,因此任何其他的方向关系的波动都可以由这两种波通过线性叠加而得到。动传播的复杂程度首先取决于传播介质的分布情况。如果传播介质是一维的,那么波的传播方向就只能在一条线上。如果传播介质是多维的,那么波将从波源出发,向任意方向传播。而波动传播的方向称为波射线(简称波线)。由于波在介质中的传播是一个时间过程,所以必须考虑波在空间中分布的一些时间性的特性。首先是相位的概念。由于波动是一种周期现象,因此在某一个时刻振子处于一个周期的什么位置是非常重要的物理特征,这种位置就叫做相位。其次在波的空间分布中由相位相同的各点组成的一个几何面,称为波阵面(简称波面)。波阵面的概念在应用波动图象来分析波动现象时是非常关键的。波面的形状和波源与介质的分布性质密切相关。最简单的两种情形是:在各向同性的介质中,从点波源发出的波的波阵面是一簇同心球面,称为球面波;从平面状波源发出的波的波阵面是一簇平行平面,称为平面波。

在波导理论中,能够传输TEM模式的波导,其横截面结构需能支持稳定静电场存在。故,单导体空心金属波导无法传输TEM模式。

波导分类:通常,波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导,前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内,又称封闭波导;后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围,又称开波导。

表面波波导的特征是在边界外有电磁场的存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段,因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导,除具有良好的传输性外,主要优点是结构简单,制作容易,可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有:介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。

不同模式的场结构:波导中可能存在无限多种电磁场的结构或分布,每一种电磁场的分布称为一种波型(模式),每一种波型都有对应的截止波长和不同的相速。横截面均匀的空心波导称为均匀波导,均匀波导中的电磁波的波型可分为电波(TM模)和磁波(TE模)两大类。

矩形波导:矩形波导是横截面为矩形的填充空气的空心金属管,是实际中应用最广泛的一种微波传输线。标准矩形波导管数据

标准矩形波导管规格标准对照表

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