更新时间:2024-07-03 08:52
导模是能够沿导行系统无截止衰减传输的模式。又称传输模、正规模。
①导模在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布,在每个横截面上的电磁场分布是完全确定的,这一分布与频率无关,并与此横截面在导行系统上的位置无关。
②导模是离散的,具有离散谱,当工作频率一定时,每个模有唯一的传播常数。③导模之间互相正交,彼此独立。④导模一般具有截止特性,截止条件和截止波长因导行系统的种类和模式而异。
导模可根据沿导行系统轴向(z向)是否存在电磁场分量分成四类:
①横电磁模(TEM模)或传输线模;
②横电模(TE模);
③横磁模(TM模);
④混合模(HE模和EH模)。
双线传输线的导模是TEM模。此种导模无色散,其截止波长λc=∞,即任何频率均能以TEM模沿线传输。其传播速度等于所填充媒质平面波的速度。
封闭金属波导管的导模是TEmn模和TMmn模,且构成完备模系(其中包括消失模)。波型指数m、n表示电磁场沿相应横向方向变化的次数。金属波导的导模是一种色散性快波,其相速度大于相应媒质中的光速。这种导模的截止是由于消失模的出现。
介质波导(包括各种光波导[1])的导模满足无穷远处辐射条件。介质波导的完备模系包括导模和辐射模,而导模的截止是由于辐射模的出现。介质波导的导模一般是慢波,其相速度小于相应媒质中的光速。介质波导的导模有一个等效宽度deff,它等于波导的实际宽度(或直径)加上两侧的横向古斯-汉根位移,即
见图。
横电磁模是电场和磁场均分布在与电磁波传播方向垂直的横截面内,没有传播方向的电场和磁场分量的波型,记作TEM模。
特点:
①截止波数kc=0,截止波长λc为无限大,截止频率fc为零,任何频率都能以TEM模在双线传输线上传输。
②无色散现象,其相速度不随频率变化,只与所填充媒质的特性有关,
③具有似稳性,电场和磁场满足二维空间拉普拉斯方程
与静态场所满足的方程一样,这说明TEM模的场结构与静态场二维空间的结构一样。所以解决TEM传输线上电磁波传播问题所涉及的基本上是解决二维的静电场问题。TEM传输线的特性参数可以用二维静态场方法来求解。
④只能存在于两个或三个导体构成的传输线中,故又称为传输线模。
横电模是电场完全分布在与电磁波传播方向垂直的横截面内,磁场具有传播方向分量的波型,记作TE模或H模。
特点:
①电场只有横向分量,纵向电场分量等于零,但纵向磁场分量不等于零,即
②截止波数kc≠0,存在截止波长λc=2π/kc,只有波长小于截止波长(λc>λ)的横电模才能在波导中传播。
③具有离散谱。
④是色散型模,其相速度随频率而变。
横磁模是磁场完全分布在与电磁波传播方向垂直的横截面内,电场具有传播方向分量的波型,记作TM模或E模。
特点:
①磁场只有横向分量,纵向磁场分量等于零,但纵向电场分量不等于零,即Hz=0,Ez≠0。
②截止波数kc≠0,存在截止波长λc=2π/kc,只有截止波长大于工作波长λc>λ的横磁模才能在波导中传播。
③具有离散谱。
④是色散型横,其相速度随频率而变。
混合模是电磁波传播方向上既有电场分量又有磁场分量的波型,又称混杂模或孪生模。一般用HE模或EH模来表示。
特点:
①电磁波传播方向既有电场分量又有磁场分量。
②混合模是管壁非完全导电规则波导或有关导行系统的简正模(单独适合麦克斯韦方程组并满足波导边界条件的解),具有离散谱。
③结构理想的波导中混合模互相正交,彼此独立,互不耦合,但波导中的任何不规则性都会使混合模发生耦合。