波導縫隙陣列（二）

發布時間：2023-04-10作者來源：金航標瀏覽：3238

上篇文對波導一些指標，包括傳播常數、截止頻率以及截止波長，并對截止波長的分布做了簡介。公式比較零散，現匯總到一張圖里；

電磁傳播特性公式匯總

關于截止波數的理解，這是個比較抽象的概念，網絡上有個關于截止波數的文章，請查閱：

https://blog.csdn.net/X208150673/article/details/115420424

實際工程應用上的波導天線關鍵點還是在于讓天線工作在單一的模式下，產品上易于實現，且分析起來較為方便。[敏感詞]就將結合仿真和數學計算，加深對波導的理解。

Part1：矩形波導仿真

國內的矩形波導管尺寸都是有標準的，詳情見“中華人民共和國國家標準 GB 11450.2-89”。以BJ100為例，其工作頻率范圍是8.20~12.5GHz，寬邊a=22.86，窄邊b=10.16。

根據國標建立如下模型，并對兩邊的管口進行波端口饋電。

波導模型

得到波導的仿真參數，在軟件里設置相應的掃頻監視器，E-Field、H-Field和Surfcae Current，基本可以清晰的看到相應的工作模式：

S11

E-Field@9GHz

E-Field@11GHz

H-Field@9GHz

H-Field@11GHz

surface current@9GHz

surface current@11GHz

Part2：數值計算

空氣填充矩形波導，有a=22.80mm，b=10.16mm。

Q1：當工作波長為6cm、4cm和1.8cm時，波導可能傳輸哪些模式？

Q2：當工作波長為4cm時，其主模的β、λg，vp和波阻抗各為多少？

首先矩形波導的截止波數和截止波長的公式，見波導縫隙陣列（一）。對TE模，m和n不能同時為零，即不存在TE00模，最簡單的TE模時TE10和TE01：對TM模，m和n不能為零，也即不存在TM0n和TMm0，最簡單的TM模式時TM11。結合上面給出的截止波長的公式，可以通過截止波長的分布圖來分析各種模式的傳播狀態:

波導內能傳輸TE和TM模式的條件是：傳輸波長小于截止波長λ＜λc（波數大于截止波數，k＞kc、工作頻率大于截止頻率f＞fc）；

因此，當工作波長為λ=6cm時，不存在傳播模式，波導中的所有模式都截止；

當工作波長為λ=4.0cm時，只存在TE10，即單模傳輸；

當工作波長為λ=1.8cm時，可以傳輸TE10，TE20，TE01，TM11，也即多模傳輸；

主模也就是截止波長最大的模式，只有主模才能單模傳輸，對于a＞b的波導，TE10模式是主模，且λc(TE10)=2a=4.56cm。

當工作波長為4cm時，

相位常數：β==75.4rad/s

波導波長：λg=8.33cm

相速度：vp=6.25ⅹ10E8m/s

群速度：vg=1.44ⅹ10E8m/s

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