波导

波导是一种特殊形式的传输线，由空心金属管组成。管壁提供分布电感，管壁之间的空隙提供分布电容。

波导传导微波能量的损耗低于同轴电缆。

波导仅适用于极高频率的信号，其中波长接近波导的横截面尺寸。在这样的频率以下，波导作为电传输线是无用的。

但是，当用作传输线时，波导在制造和维护方面比双芯电缆（尤其是同轴电缆）简单得多。

由于只有一个导体（波导的“壳”），因此无需担心导体与导体之间的适当间距或电介质材料的一致性，因为波导中唯一的电介质是空气。

水分在波导中的问题不像同轴电缆中那样严重，因此波导通常不需要“填充”气体。

波导可以被认为是电磁能量的管道，波导本身只不过是能量的“导向器”，而不是正常意义上的信号导体。

从某种意义上说，所有传输线在传输脉冲或高频波时都充当电磁能量的管道，引导波的方向就像河岸引导潮汐波一样。

然而，由于波导是单导体元件，电能在波导中的传播与电能在双导体传输线中的传播有着非常不同的性质。

所有电磁波都由沿相同传播方向传播但彼此垂直的电场和磁场组成。沿着正常传输线的长度，电场和磁场都垂直（横向）于波的传播方向。

这被称为主要模式 , 或 TEM (T 反向E 电和M 磁性）模式。这种波传播模式只能存在于有两个导体的地方，并且是传输线的横截面尺寸与信号波长相比较小的波传播模式。

双引线传输线传播：TEM 模式。

在微波炉 信号频率（在 100 MHz 和 300 GHz 之间），在标准 TEM 模式下运行的任何长度的双导体传输线变得不切实际。

横截面尺寸足够小以维持微波信号的 TEM 模式信号传播的线往往具有低额定电压，并且由于导体“皮肤”和介电效应而遭受大的寄生功率损耗。

不过，幸运的是，如果使用导电管而不是两个平行导体，那么在这些短波长处还存在其他传播模式，它们不会“有损耗”。正是在这些高频下，波导才变得实用。

当电磁波沿空心管传播时，实际上只有一个场（电场或磁场）与波的传播方向垂直。

另一个场将沿行进方向纵向“循环”，但仍垂直于另一个场。与传播方向保持横向的场决定了波是否在 TE 中传播模式 (T 反向E lectric) 或 TM (T 反向M 磁性）模式。

波导 (TE) 横向电模式和 (TM) 横向磁模式。

对于给定的波导，每种模式存在许多变化，对此主题的全面讨论已超出本书的范围。

信号通常通过插入波导中的小型天线状耦合装置引入波导和从波导中提取。有时，这些耦合元件采用偶极子的形式，只不过是两根适当长度的开端短线。

其他时候，耦合器是单个短截线（半偶极子，原理上类似于“鞭状”天线，物理长度为 1/4λ），或终止于波导内表面的短线回路。

短截线和回路耦合到波导。

在某些情况下，例如一类称为感应输出管的真空管器件（所谓的速调管 管属于这一类），由导电材料形成的“空腔”可以拦截来自调制电子束的电磁能，与电子束本身没有接触。

速调管电感输出管。

正如传输线能够在电路中起到谐振元件的作用，尤其是在因短路或开路而终止时，死端波导也可能在特定频率下谐振。

当这样使用时，该设备称为腔体谐振器 .电感输出管采用环形腔谐振器，最大限度地提高电子束与输出电缆之间的功率传输效率。

腔谐振频率可以通过改变其物理尺寸来改变。为此，制造了带有可移动板、螺钉和其他用于调谐的机械元件的腔体，以提供粗略的谐振频率调节。

如果谐振腔在一端开口，它的作用就像一个单向天线。

下图显示了一个由锡罐制成的自制波导，用作“802.11b”计算机通信网络中 2.4 GHz 信号的天线。

耦合元件是一个四分之一波长的短截线：只不过是一根长约 1-1/4 英寸的实心铜线，从同轴电缆连接器的中心伸出，穿过罐的侧面。

Can-tenna 说明了与波导的短截线耦合。

在背景中可以看到更多的锡罐天线，其中一个是“品客薯片”罐头。虽然这个罐子是纸板（纸）结构，但它的金属内衬提供了必要的导电性，可以起到波导的作用。

背景中的一些罐子仍然有塑料盖。塑料不导电，不会干扰射频信号，但可作为物理屏障，防止雨、雪、灰尘和其他物理污染物进入波导。

“真正的”波导天线使用类似的屏障来物理包围管子，但允许电磁能量不受阻碍地通过。

评论：

波导是用作传输电磁波的“导管”的金属管。它们仅适用于极高频率的信号，其中信号波长接近波导的横截面尺寸。
通过波导的波传播可分为两大类：TE （横向电动），或 TM （横向磁场），取决于哪个场（电场或磁场）与波的传播方向垂直（横向）。沿着标准的双导体传输线的波行进属于 TEM （横向电和磁）模式，其中两个场都垂直于行进方向。 TEM 模式仅适用于两个导体，不能存在于波导中。
在微波电路中用作谐振元件的无端波导称为腔谐振器 .
具有开放端的腔谐振器用作单向天线，向/从开放端的方向发送或接收射频能量。

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