波导基础简介

一、波导定义

能够引导电磁波的结构或装置。在广义的定义下，波导不仅是指空金属管，同时也包括其他波导形式如脊形波导、椭圆波导、介质波导等；还包括双导线、同轴线、带状线、微带和镜像线、单根表面波传输线等。

一般说到波导就是指空心金属管。根据波导截面的形状不同，可分为矩形波导、圆波导等。目前，在实际应用中矩形波导和圆波导仍是两种最主要的波导形式。

图一 矩形波导

 图二 圆形波导

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。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。

二、特征参数

从应用的角度看，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：损耗是限制波导远距离传输电磁波的主要因素。

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)。

三、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。

四、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。

五、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

六、附：射频君费心给大家整理的标准矩形波导管规格标准对照表