電磁波導

在電磁學和通信工程中，波導這個詞可以指在它的端點間傳遞電磁波的任何線性結構。但最初和最常見的意思是指用來傳輸無線電波的空心金屬管。這種波導主要用作微波頻率的傳輸線，在微波爐、雷達、通訊衛星和微波無線電鏈路設備中用來將微波傳送器和接收機與它們的天線連線起來。

基本介紹

• 中文名：電磁波導
• 外文名：Waveguide (electromagnetism)

簡介

在電磁學和通信工程中，波導這個詞可以指在它的端點間傳遞電磁波的任何線性結構。但最初和最常見的意思是指用來傳輸無線電波的空心金屬管。這種波導主要用作微波頻率的傳輸線，在微波爐、雷達、通訊衛星和微波無線電鏈路設備中用來將微波傳送器和接收機與它們的天線連線起來。

介質波導採用固體介質桿而不是空心管。光導纖維是在光頻率工作下的介質波導。微帶、共面波導、帶狀線或同軸電纜等傳輸線也可以認為是波導。

金屬管波導中的電磁波可以想像為沿Z字形路徑在波導中行進，在波導的壁之間來回反射。對於矩形波導的特殊情況，可以立足於這種觀點的精確分析。在介質波導中的傳播也可以同樣的方式看待，波被電介質表面的全內反射限制在電介質的內部。一些結構，如無輻射介質波導和高保線，使用金屬壁和電介質表面來限制波。

歷史

1893年J.J.湯姆森第一個提出波導的概念。1894年O.J.洛奇第一個用實驗證明了波導。1897年羅德·瑞利第一個完成了在空心金屬圓柱形波導中傳播模式的數學分析。(McLachan, 1947.)

操作原理

對波導的分析需要通過求解麥克斯韋方程組，或其推導形式，即電磁波動方程，再加上由材料及其界面性質所決定的邊界條件。這組方程有多個解。每個解也叫做一個模，也就是本徵方程組。因此每個模的特性由其本徵值決定，而本徵值與波在波導中軸傳播速度有關。 波導傳播的模取決於波長，偏振（極化），及波導的形狀與大小。在空心金屬波導中，對於矩形波導，基本模是transverse electric（橫電波）TE_1,0模；對於圓形波導，基本模是TE_1,1。