導行波傳輸

導行波傳輸是電磁波能量的全部或絕大部分受導體或介質的邊界約束，在有限橫截面內沿確定方向的傳輸。

基本介紹

• 中文名：導行波傳輸
• 外文名：guided wave transmission

導行波的概念

由傳輸線所引導的，能沿一定方向傳播的電磁波稱為“導行波”。導行波的電場E或磁場H都是x、y、z三個方向的函式。導行波可分成以下三種類型：

(A)橫電磁波（TEM波）：

TEM波的特徵是：電場E和磁場H均無縱向分量，亦即：0,0==zzHE。電場E和磁場H，都是純橫向的。TEM波沿傳輸方向的分量為零。所以，這種波是無法在波導中傳播的。

(B)橫電波（TE波）：

TE波即是橫電波或稱為“磁波”（H波），其特徵是0=zE,而0zH。亦即：電場E是純橫向的，而磁場H則具有縱向分量。

(C)橫磁波（TM波）：

TM波即是橫磁波或稱為“電波”(E波)，其特徵是0=zH，而0zE。亦即：磁場H是純橫向的，而電場E則具有縱向分量。

定義

導行波傳輸是電磁波能量的全部或絕大部分受導體或介質的邊界約束，在有限橫截面內沿確定方向的傳輸，見圖。這樣定向傳輸的電磁波稱為導行波。封閉金屬波導管使電磁波能量局限在管內沿軸向傳輸，其導行波是橫電波和橫磁波。開波導使電磁波能量限制在波導內和波導表面沿軸向傳輸，其導行波是表面波。雙線傳輸線使電磁波能量約束在導體之間沿軸向傳輸，其導行波一般是橫電磁波。導行波還可沿徑向或周向傳輸，如徑向波導、由地球表面和電離層構成的環球波導等。

圖1 導行波沿波導和傳輸線的軸向傳輸

特點

①導行波傳輸均以確定的模式傳輸，並要求傳輸損耗小、滿足所需工作頻帶。導行系統中能夠獨立存在的場型叫做模式（或稱模、波型）。導行波的模式在橫截面上有確定的電磁場分布，沿軸向具有函式關係

其中傳播係數γ+α+jβ，α為衰減係數，β為相移係數。一般以單模（通常是主模）傳輸；

②導行波傳輸具有截止波長λc，只有波長小於截止波長的電磁波才能無衰減地傳輸。λc值與導行系統的結構和模式有關。

與空間波傳播的差別

①空間波傳播不受邊界條件的限制，向四面八方傳播；導行波傳輸受邊界條件的限制或約束，沿確定方向傳播。

②空間波是單純的TEM波，其電場和磁場與橫向坐標無關；導行波因導行系統不同有TEM導波、TE和TM導波、HE和EH導波之分，其電場和磁場與橫向坐標有關，在橫截面上有確定的電磁場分布。

③空間波傳播無頻率限制；導行波傳輸有頻率限制，工作波長必須小於截止波長。④空間波傳播不存在色散現象，相速度等於光速，與頻率無關；而導行波的相速度（即等相位面移動速度）和群速度（即能量傳播速度）均與導行波的波長有關，因此存在著不同程度的色散現象。

由於導行波的相速度與空間波的相速度不相同，所以它的波長（稱為波導波長）λg也就與相應媒質中空間波的波長λ不相同。兩者之間關係為：