第三章　微波傳輸線

微波工程導(dǎo)論

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1內(nèi)容提要1面集成微帶傳輸線

1.1帶狀傳輸線

1.2耦合傳輸線

1.3微帶線

1.4用于微波集成電路的其它傳輸線簡(jiǎn)介2微波波導(dǎo)傳輸線

2.1矩形波導(dǎo)管中電磁場(chǎng)的傳播特性

2.2圓形波導(dǎo)管中電磁場(chǎng)的傳播特性

2.3同軸線中的高次波型

面集成微帶傳輸線優(yōu)點(diǎn)：體積小、質(zhì)量小、頻帶寬、便于與微波集成電路相連接，并能構(gòu)成各種用途的微波元件，因此得到了廣泛的應(yīng)用，微帶線在微波集成電路中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，成為微波集成電路中的重要組成部分之一。面集成微帶傳輸線缺點(diǎn)：主要是損耗大，Q值低和難以承受較大的功率，目前只適用于中小功率范圍。此外，為了提高可靠性，工藝水平也有待進(jìn)一步完善和提高。微帶傳輸線的基本結(jié)構(gòu)形式有兩種，即對(duì)稱微帶(又稱帶狀線)和不對(duì)稱微帶(又稱標(biāo)準(zhǔn)微帶線或簡(jiǎn)稱微帶線)。帶狀線和微帶線可以看做是由同軸線和平行雙導(dǎo)線傳輸線演變而成的。1面集成微帶傳輸線3帶狀線的主要參數(shù)有特性阻抗、相速度、波導(dǎo)波長(zhǎng)、衰減和功率容量等。下面分別討論這些參數(shù)。帶狀線可看做是由同軸線演變而成的，因此它傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模。1.1帶狀傳輸線4帶狀線的結(jié)構(gòu)及其主模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)51.1.1特性阻抗由此可知，只要求出電容C，則ZC即可求出。求電容C的方法有多種，例如譜域法、積分方程法、有限差分法和復(fù)變函數(shù)法等，其中較常用的是利用復(fù)變函數(shù)中的保角變換法求電容C。6（1）導(dǎo)體帶厚度不為零時(shí)的特性阻抗

（a）寬導(dǎo)體帶情況()對(duì)于寬導(dǎo)體帶的情況，可利用部分電容的概念把帶狀線的電容分成兩部分來(lái)計(jì)算，即：平板電容CP，它對(duì)應(yīng)于導(dǎo)體帶與接地板之間的均勻電場(chǎng)；邊緣電容

它對(duì)應(yīng)與導(dǎo)體帶的邊緣與接地板之間的不均勻電場(chǎng)。帶狀線總的分布為式中利用保角變換法可求得邊緣電容

于是按此計(jì)算的

值，其最大誤差約為

7（b）窄導(dǎo)體帶情況(

)對(duì)于這種情況，由于導(dǎo)體帶較窄，其兩側(cè)邊緣電容間的影響較大，不能再作近似性的忽略，而必須考慮這種互相影響的作用。實(shí)際帶狀線的特性阻抗，可用與它等效的中心導(dǎo)體為圓柱形的帶狀線的特性阻抗來(lái)確定。設(shè)d為等效的中心導(dǎo)體的直徑。

當(dāng)時(shí)有當(dāng)時(shí)有其誤差約為8當(dāng)時(shí)，也可以做如下修正矩形中心導(dǎo)體截面與圓形中心導(dǎo)體截面的等效關(guān)系帶狀線的特性阻抗曲線帶狀線傳輸?shù)闹髂門EM模1.1.2相速度和波導(dǎo)波長(zhǎng)91.1.3帶狀線的損耗和衰減損耗分析：帶狀線的接地板寬度要比中心導(dǎo)體帶的寬度ω大很多，而上下接地板的間距b也遠(yuǎn)比工作波長(zhǎng)λ小很多。這樣，帶狀線的輻射損耗可忽略不計(jì)。因此帶狀線的損耗主要取決于導(dǎo)體(包括接地板)損耗和介質(zhì)損耗。用公式表示式中，R為帶狀線單位長(zhǎng)度上的電阻；G為單位長(zhǎng)度上的漏電導(dǎo)；ZC為特性阻抗10（1）導(dǎo)體的衰減常數(shù)

（a）寬導(dǎo)體帶情況式中，f以GHz計(jì))（b）窄導(dǎo)體帶情況(

)

在

和

的條件下式中，f以GHz計(jì)；d為窄導(dǎo)體帶的等效圓柱形導(dǎo)體橫截面的直徑。該式的

是銅導(dǎo)體的衰減常數(shù)。若導(dǎo)體為其他材料是，其αC可用在下式計(jì)算式中，

為銅的衰減常數(shù)，

為銅導(dǎo)體的表面電阻率，為其他導(dǎo)體材料的表面電阻率。（2）介質(zhì)的衰減常數(shù)11式中，為自由空間的波長(zhǎng)(單位為m)，為介質(zhì)損耗角的正切。1.1.4帶狀線的功率容量帶狀線傳輸?shù)墓β手饕軆蓚€(gè)因素的制約：一是介質(zhì)本身的擊穿強(qiáng)度(它與峰值功率相對(duì)應(yīng))；二是介質(zhì)本身所能承受的最高溫升(它與平均功率相對(duì)應(yīng))。從這兩個(gè)因素看，帶狀線難以傳輸比較大的功率，尤其是在中心導(dǎo)體帶的棱角處最易發(fā)生電擊穿。若把棱角改為光滑的圓角，則其功率容量會(huì)有所提高。121.1.5帶狀線尺寸的選擇帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模，但若尺寸選擇不當(dāng)，或由于制作不精細(xì)和其它原因而造成結(jié)構(gòu)上的不均勻，都可能出現(xiàn)高次模。這些高次模是TE模和TM模。在選擇帶狀線的尺寸時(shí)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)高次模。帶狀線中的

模的場(chǎng)結(jié)構(gòu)在TE模中最低次型的模為

在TM模中最低次的模為TM01

根據(jù)上述要求即可選擇

和b的尺寸。此外，為了減少帶狀線在橫截面方向能量的泄露，上下接地板的寬度應(yīng)不小于(3~6)w。利用耦合帶狀線可以構(gòu)成濾波器、定向耦合器、電橋等微波元件，以及其他用途的耦合電路。耦合帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｒ彩荰EM模。1.2耦合帶狀線13(a)薄帶側(cè)耦合；(b)厚帶側(cè)耦合；(c)夾層側(cè)耦合；(d)薄帶垂直寬面耦合(e)厚帶垂直寬面耦合；(f)薄帶平行寬面耦合；(g)厚帶平行寬面耦合；(h)厚帶錯(cuò)位耦合1.2.1.1奇、偶模特性阻抗(對(duì)于主模TEM，可采用奇模激勵(lì)和偶模激勵(lì)兩種狀態(tài)對(duì)它進(jìn)行分析，其它的激勵(lì)狀態(tài)可看做是這兩種狀態(tài)的疊加。)1.2.1薄帶側(cè)耦合帶狀線的主要特性14奇模激勵(lì):就是在耦合線的兩個(gè)中心導(dǎo)體帶上加的電壓幅度相等，而相位相反，此時(shí)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。由圖可見(jiàn)，耦合線對(duì)稱面上電場(chǎng)強(qiáng)度的切向分量為零，此時(shí)的對(duì)稱面稱為電壁；偶模激勵(lì):則是在兩個(gè)中心導(dǎo)體帶上加的電壓幅度相等，相位相同，此時(shí)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖(b)所示。由圖可見(jiàn)，耦合線對(duì)稱面上磁場(chǎng)強(qiáng)度的切向分量為零，此時(shí)的對(duì)稱面稱為磁壁。15奇模激勵(lì)下:單個(gè)中心導(dǎo)體帶與接地板所構(gòu)成的傳輸線的阻抗，稱為奇模特性阻抗ZC0；偶模激勵(lì)下:單個(gè)中心導(dǎo)體帶與接地板所構(gòu)成的傳輸線的阻抗，稱為偶模特性阻抗ZCe。同理，與這兩種激勵(lì)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的還有奇模分布電容C0和偶模分布電容Ce由此可得如下的關(guān)系式

1.2.1.2相速度和波導(dǎo)波長(zhǎng)在耦合帶狀線為均勻介質(zhì)填充的情況下，相速

和

是相等的，而且都等于電磁波在無(wú)界介質(zhì)中的傳播速度

，即為自由空間中電磁波的傳播速度。1.2.2.1奇、偶模特性阻抗1.2.2厚帶側(cè)耦合帶狀線的主要特性16不對(duì)稱結(jié)構(gòu)

對(duì)稱結(jié)構(gòu)

厚帶側(cè)耦合帶狀線不對(duì)稱厚帶側(cè)耦合帶狀線的各種電容奇模激勵(lì)下，單根內(nèi)導(dǎo)體帶對(duì)地的電容分別為在偶模激勵(lì)下，單根內(nèi)導(dǎo)體帶對(duì)地的電容分別為

為邊緣電容；

為奇模激勵(lì)狀態(tài)下導(dǎo)體帶內(nèi)側(cè)的邊緣電容；

為偶模激勵(lì)狀態(tài)下導(dǎo)體帶內(nèi)側(cè)的邊緣電容;為填充介質(zhì)的介電常數(shù);

為內(nèi)導(dǎo)體a與b之間的耦合電容；17

和分別為內(nèi)導(dǎo)體帶a和b對(duì)接地板之間的平板電容，即

與t/b的關(guān)系，已經(jīng)介紹過(guò)，可通過(guò)公式或者查圖得到。

與s/b的關(guān)系，

與s/b的關(guān)系，以及

與s/b的關(guān)系，分別如圖1.2.2.2相速度和波導(dǎo)波長(zhǎng)18兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)體帶的寬度都為

的情況而言，奇、偶模特性阻抗為1.3微帶線19微帶線可以看做是由雙導(dǎo)線傳輸線演變而成的微帶線的場(chǎng)結(jié)構(gòu)若微帶線是被一種相對(duì)介電常數(shù)為

的均勻介質(zhì)所完全包圍著，并把準(zhǔn)TEM模當(dāng)作純TEM?？创?，并設(shè)L和C分別為微帶線單位長(zhǎng)度上的電感和電容，則特性阻抗為1.3.1微帶線的特性阻抗20

為在同樣形狀和結(jié)構(gòu)尺寸的情況下、填充介質(zhì)全部是空氣時(shí)微帶線的特性阻抗求實(shí)際微帶線的特性阻抗

，關(guān)鍵是求出靜態(tài)場(chǎng)情況下的分布電容（1）導(dǎo)體帶厚度為零時(shí)微帶線特性阻抗的表達(dá)式21當(dāng)當(dāng)在

的范圍內(nèi)，上述公式的精確度可達(dá)

；當(dāng)

時(shí)，精確度約為當(dāng)時(shí)，有更精確的近似公式：（2）導(dǎo)體帶厚度不為零時(shí)微帶線特性阻抗的表達(dá)式與t=0時(shí)相比，

時(shí)導(dǎo)體帶的邊緣電容增加了，因此當(dāng)這種增加效應(yīng)不能忽略時(shí)，就不能直接利用前述的t=0時(shí)的公式求，將

時(shí)邊緣電容增加的影響等效為導(dǎo)體帶的寬度增加了

，即把

時(shí)導(dǎo)體帶的實(shí)際寬度

，用相當(dāng)于t=0時(shí)的等效寬度

22當(dāng)及時(shí)，當(dāng)時(shí)，1.3.2相速度和波導(dǎo)波長(zhǎng)1.3.3微帶線的損耗

23微帶線的損耗包括導(dǎo)體損耗、介質(zhì)損耗和輻射損耗三部分衰減常數(shù)求，當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)微帶傳輸線的介質(zhì)損耗常數(shù)以cm計(jì)微帶線的色散特性與尺寸選擇當(dāng)及及條件下在較低頻率時(shí)是正確的。但微帶中實(shí)際存在的是由TE和TM所組成的混合模式，因此在頻率較高時(shí)，色散的影響就不能忽略，即是說(shuō)，在計(jì)算時(shí)就要考慮到色散的影響。的變化會(huì)直接影響其它參數(shù)的變化1.3.4微帶線的色散特性與尺寸選擇

24（1）微帶線的色散特性當(dāng)時(shí)其中25（2）微帶線尺寸的選擇當(dāng)頻率升高、微帶線的尺寸與波長(zhǎng)可比擬時(shí)，就可能出現(xiàn)高次模：波導(dǎo)模和表面波模。波導(dǎo)模是存在于導(dǎo)體帶與接地板之間的一種模式，包括TE和TM兩種模式。TE模中的最低次模為TE10模，它的場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖

(a)所示。由圖可知，電場(chǎng)只有橫向(y方向)的分量，磁場(chǎng)既有橫向(x方向)又有縱向(z方向)的分量，但電場(chǎng)和磁場(chǎng)沿y方向均無(wú)變化，而沿x方向場(chǎng)有半個(gè)駐波的分布。TE10模的截止波長(zhǎng)為

。當(dāng)導(dǎo)體帶厚度

時(shí)，由于邊緣效應(yīng)的影響，相當(dāng)于導(dǎo)體帶的有效寬度增加了，所以

為了防止出現(xiàn)TE10

模，最短的工作波長(zhǎng)當(dāng)w較寬時(shí)，易出現(xiàn)TＭ01模,它的場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖(b)所示。由圖可見(jiàn)，磁場(chǎng)只有橫向分量，而電場(chǎng)既有橫向分量，又有縱向分量。TM01的截至波長(zhǎng)，因此最短的工作波長(zhǎng)

由上面的分析可知，為防止波導(dǎo)模的出現(xiàn)，微帶線的尺寸應(yīng)按下式選擇，即

微帶線中的波導(dǎo)模(a)TE10模

(b)TM01模1.4用于微波集成電路的其它傳輸線簡(jiǎn)介261.4.1懸置和倒置微帶線懸置和倒置微帶線的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖(a)和(b)所示。圖(a)是一個(gè)帶有屏蔽殼的懸置微帶線，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，介質(zhì)基片及其上面的導(dǎo)體帶都遠(yuǎn)離接地板而懸于空氣中。這種結(jié)構(gòu)便于并聯(lián)安置半導(dǎo)體器件，也便于放置鐵氧體及介質(zhì)諧振器等，從而可以構(gòu)成各種微波元、器件，如隔離器、環(huán)行器和濾波器等。此外，也便于把導(dǎo)體帶與接地板相接而構(gòu)成短路。懸置微帶線傳輸?shù)闹髂Ｊ菧?zhǔn)TEM模。它的等效相對(duì)介電常數(shù)

較小，即介質(zhì)的影響較小，因而介質(zhì)損耗較小。懸置微帶線的缺點(diǎn)是，與標(biāo)準(zhǔn)微帶線相比，結(jié)構(gòu)不緊湊。圖(b)是倒置微帶傳輸線，它的性能特點(diǎn)與懸置微帶線相類似，它傳輸?shù)囊彩菧?zhǔn)TEM模。

(a)懸置微帶線(b)倒置微帶線(右)271.4.2槽線槽線的結(jié)構(gòu)如圖所示。它是在基片敷有導(dǎo)體層的一面上開(kāi)出一個(gè)槽而構(gòu)成的一種微帶電路，而在介質(zhì)基片的另一面則沒(méi)有導(dǎo)體層覆蓋。為了使電磁場(chǎng)更集中于槽的附近，并減少電磁能量的輻射，則應(yīng)采用高介電常數(shù)的介質(zhì)基片。這種結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成各種電路圖形，而且由于兩個(gè)有電位差的導(dǎo)體帶位于介質(zhì)基片的同一面，這對(duì)于安置固體器件(尤其是需要并聯(lián)安置時(shí))，以及需要對(duì)地形成短路時(shí)，都比較方便。

槽線

(b)縱向上的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)

(c)導(dǎo)體層表面的電流分布槽線的場(chǎng)結(jié)構(gòu)和電流分布(a)橫截面場(chǎng)結(jié)構(gòu)槽線中傳輸?shù)牟皇荰EM模，也不是準(zhǔn)TEM模，而是一種波導(dǎo)模，它的場(chǎng)結(jié)構(gòu)如圖所示。這種模沒(méi)有截止頻率，但是具有色散性質(zhì)，因此，它的相速和特性阻抗均隨頻率而變。在實(shí)際的應(yīng)用中，如果在介質(zhì)基片的一面制作出由槽線構(gòu)成所需要的電路，在介質(zhì)基片的另一面制作出微帶傳輸線，那么，利用它們之間的耦合即可構(gòu)成濾波器和定向耦合器等元件。共面波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)如圖所示。即在介質(zhì)基片的一面上制作出中心導(dǎo)體帶，并在緊鄰中導(dǎo)體帶的兩側(cè)制作出接地板，而介質(zhì)基片的另一面沒(méi)有導(dǎo)體層覆蓋，這樣，就構(gòu)成了共面波導(dǎo)，或稱之為共面微帶傳輸線。為了使電磁場(chǎng)更加集中于中心導(dǎo)體帶和接地板所在面的空氣與介質(zhì)的交界處，則應(yīng)采用高介電常數(shù)的材料作為介質(zhì)基片。這種結(jié)構(gòu)，由于中心導(dǎo)體與接地板位于同一平面內(nèi)，因此，對(duì)于需要并聯(lián)安置的元、器件是很方便的。共面波導(dǎo)傳輸?shù)氖菧?zhǔn)TEM模。在共面波導(dǎo)中安置鐵氧體材料后，就可以構(gòu)成諧振式隔離器或差分式移相器。1.4.3共面波導(dǎo)281.4.4鰭線29在頻率更高(波長(zhǎng)更短)波段，微帶線的損耗將加大，而且由于結(jié)構(gòu)尺寸也很小，以致給制作帶來(lái)了困難。為了解決這些問(wèn)題，引入了鰭線。鰭線的優(yōu)點(diǎn)是：弱色散性；單模工作頻帶寬；損耗不太大；便于同固體器件相連接，以構(gòu)成混頻器、振蕩器、濾波器，以及阻抗變換器等微波元、器件。

鰭線橫截面結(jié)構(gòu)示意圖(a)雙側(cè)；(b)單側(cè)；(c)斜對(duì)側(cè)；(d)單側(cè)絕緣；(e)雙側(cè)絕緣30由鰭線構(gòu)成的微波元件電路圖形矩形波導(dǎo)中的過(guò)渡段(a)濾波器、振蕩器；(b)阻抗變換器、耦合器(a)漸變式；(b)多階梯式

前面所討論的各種微帶線，都未考慮屏蔽盒對(duì)它的影響，而實(shí)際上絕大多數(shù)的微帶電路都是放在金屬屏蔽盒中的。為了減小屏蔽盒對(duì)微帶線參數(shù)的影響，屏蔽盒的頂蓋距微帶電路的距離應(yīng)遠(yuǎn)些，例如應(yīng)大于介質(zhì)基片厚度的5~10倍；若介質(zhì)基片的較大時(shí)，距離可近些；若較小，則應(yīng)遠(yuǎn)些。最靠近屏蔽盒內(nèi)壁的導(dǎo)體帶，它與壁之間的距離應(yīng)不小于3h(或不小于導(dǎo)體帶寬度ω的二倍)。在微波波段使用的傳輸線，如雙導(dǎo)線、同軸線、空心的金屬波導(dǎo)(矩形、圓形、橢圓形和其它形狀的波導(dǎo)管等)，以及帶狀線、微帶線和介質(zhì)波導(dǎo)(包括光波導(dǎo))等，都可以統(tǒng)稱為波導(dǎo)。因?yàn)樗鼈兊淖饔枚际菍?dǎo)引電磁波沿著一定的方向傳播，被導(dǎo)引的電磁波稱為導(dǎo)行波，而把這些傳輸線稱為導(dǎo)波系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱波導(dǎo)。導(dǎo)波系統(tǒng)也可以統(tǒng)稱為傳輸線規(guī)則波導(dǎo):是指沿其軸線方向，橫截面的形狀、尺寸，以及填充介質(zhì)的分布狀態(tài)和電參數(shù)均不變化的無(wú)限長(zhǎng)的直波導(dǎo)對(duì)于空心的金屬波導(dǎo)而言，其中傳輸?shù)碾姶挪ㄊ荰E或TM模，不可能是TEM模，因此也不可能有確切的和嚴(yán)格的電壓及電流的定義，即“路”的分析方法，就一般情況而言，已不適用于金屬波導(dǎo)，而應(yīng)采用“場(chǎng)”的分析方法。為了得到電磁波的場(chǎng)在導(dǎo)波系統(tǒng)橫截面上的分布規(guī)律(場(chǎng)結(jié)構(gòu))，以及電磁波沿傳播方向的傳播特性，就需要在一定的邊界和初始條件下，對(duì)電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程傳輸特性：傳輸條件、傳播常數(shù)、傳播速度、波導(dǎo)波長(zhǎng)、波型阻抗、傳輸功率，以及損耗和衰減等。求解。312微波波導(dǎo)傳輸線2.1矩形波導(dǎo)管中電磁波的傳輸特性32本節(jié)將在前面講過(guò)的一般性理論和表示式的基礎(chǔ)上，具體地討論矩形波導(dǎo)中電磁波的波型、傳輸特性，以及矩形波導(dǎo)在實(shí)際應(yīng)用中的一些問(wèn)題。與圓形波導(dǎo)管相比，矩形波導(dǎo)管的微小變形對(duì)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響不大，頻帶寬，損耗也不大，因此是應(yīng)用較為廣泛的一種波導(dǎo)管，而且，還可以利用它構(gòu)成各種微波元、器件，例如諧振腔、濾波器、移相器、衰減器、天線輻射器，等等。矩形波導(dǎo)中的電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H應(yīng)滿足下面的方程矩形波導(dǎo)管為了求出它們的場(chǎng)結(jié)構(gòu)(場(chǎng)分布)，應(yīng)首先求出場(chǎng)的縱向分量Ez和Hz，然后利用橫、縱向分量之間的關(guān)系式求出各個(gè)橫向分量，則整個(gè)的場(chǎng)結(jié)構(gòu)也就求出來(lái)了。求Ez和Hz的表示式：33（1）TE波型及場(chǎng)結(jié)構(gòu)（TransverseElectricWave）對(duì)于TE波型，Ez=0；Hz≠0，Hz為：根據(jù)邊界條件得：上式中的m和n可取任意的自然數(shù)，每一對(duì)m、n值對(duì)應(yīng)著一種波型，記為TEmn(Mmn)，可見(jiàn)，有無(wú)窮多個(gè)波型。但是，由場(chǎng)分量的表示式可知，TE00的波型是不存在的，因此最低次的波型(截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)或截止頻率最低)是TE10

(當(dāng)a>b)。34β為實(shí)數(shù)，k>kc對(duì)應(yīng)傳播模式β為虛數(shù)，k<kc對(duì)應(yīng)截止模式β為零，k=kcf>fc，β為實(shí)數(shù)，能傳播f<fc，β為虛數(shù)，不能傳播λ

<λc，β為實(shí)數(shù)，能傳播λ>λc，β為虛數(shù)，不能傳播（1）每組m和n都對(duì)應(yīng)一個(gè)滿足邊界條件的特解，代表矩形波導(dǎo)中的一種傳播模式或波型，m

和n

稱為波型指數(shù)；矩形波導(dǎo)的主模----TE10模式35TE10模的電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖（2）TM波及場(chǎng)結(jié)構(gòu)TransverseMagneticWave36與初始激勵(lì)功率有關(guān)縱向傳播因子37(a)截至波長(zhǎng)和截至頻率(3)矩形波導(dǎo)管中電磁波的傳輸特性38單模傳輸：當(dāng)把矩形波導(dǎo)作為傳輸系統(tǒng)時(shí)，通常都采用主模TE10，并抑制高次模的傳輸，也就是說(shuō)，在一定頻率范圍內(nèi)，波導(dǎo)的工作模式是TE10。這樣，就能較好地保證傳輸信息的質(zhì)量。若采用多模傳輸，由于不同模式的相速、群速、波導(dǎo)波長(zhǎng)、波型阻抗和場(chǎng)結(jié)構(gòu)等均不相同，從而使信息在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生畸變和失真。而且，在模式的激勵(lì)和信息的接收等方面都比單模傳輸時(shí)要復(fù)雜。

39波導(dǎo)波長(zhǎng)，是指在波導(dǎo)內(nèi)沿其軸向傳播的電磁波，它的相鄰的兩個(gè)同相位點(diǎn)之間的距離，用λg表示。（b）波導(dǎo)波長(zhǎng)

40（c）TE和TM波型的相速和群速

所謂群速，實(shí)際上是指一群具有非常相近的角頻率ω和非常相近的相移常數(shù)β的波，在傳播過(guò)程中所表現(xiàn)出的“共同”速度，這個(gè)速度代表能量的傳播速度。群速vg小于光速vo顯然，在傳輸條件下，νg小于v，而且有。對(duì)于無(wú)色散的TEM波型，則有41（d）波型阻抗對(duì)于TE和TM波型而言，在行波狀態(tài)下，電場(chǎng)的橫向分量和磁場(chǎng)的橫向分量不僅構(gòu)成了沿波導(dǎo)軸正z方向傳播的波，而且對(duì)于同一種波型而言，它的比值在波導(dǎo)橫截面內(nèi)處處相等。（e）傳輸功率42因?yàn)椴ㄐ妥杩沟亩x是與的比值，所以傳輸?shù)钠骄β蔖可以寫為一般地講，并非在所有情況下能量的傳播速度都等于群速，有時(shí)兩者并不相等，但是，在通常使用的波導(dǎo)中兩者是相等的。（1）探針(棒)激勵(lì)

（2）環(huán)激勵(lì)（3）孔(縫)激勵(lì)(四)、激勵(lì)與耦合43圓形波導(dǎo)管雖然不及矩形波導(dǎo)管用得廣泛，但也是常用波導(dǎo)管之一，可以構(gòu)成微波諧振腔、它可以用于天線饋線、多路通信和衛(wèi)星電視中，還可以構(gòu)成微波諧振腔、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、天線輻射器，還可以構(gòu)成微波管的輸出腔，以及其它方面的應(yīng)用。圓形波導(dǎo)管的缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)或尺寸的微小變化，就會(huì)產(chǎn)生模式的轉(zhuǎn)換，從而使信號(hào)失真、衰減增大。我們采取和分析矩形波導(dǎo)傳輸特性時(shí)一樣的方法，來(lái)分析圓形波導(dǎo)的傳輸特性，即根據(jù)場(chǎng)量是否有縱向(z方向)分量來(lái)劃分波型，則在圓波導(dǎo)中也有TE(H)和TM(E)兩類波型。2.2圓形波導(dǎo)管中電磁波的傳輸特性44（1）TE波型45對(duì)于TE波型，Ez=0，Hz≠046截止波長(zhǎng)為

TE11波型不僅是TE波型中截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)(λ=3.412R)的波型，而且與TM波長(zhǎng)的截止波長(zhǎng)相比，它的截止波長(zhǎng)也是最長(zhǎng)的，因此，TE11是圓波導(dǎo)中的主波型(主模)。對(duì)于TM波型，Hz=0，Ez≠0，47（2）TM波型48截止波長(zhǎng)為

TE11波型不僅是TE波型中截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)(λ=3.412R)的波型，而且與TM波長(zhǎng)的截止波長(zhǎng)相比，它的截止波長(zhǎng)也是最長(zhǎng)的，因此，TE11是圓波導(dǎo)中的主波型(主模)。(3)矩圓波導(dǎo)過(guò)渡結(jié)構(gòu)49我們知道，矩形波導(dǎo)中的基模為TE10模，圓波導(dǎo)中的基模為TM01模，圓波導(dǎo)中的TM01模場(chǎng)分布具有軸對(duì)稱