第九章导行电磁波

Field and Wave Electromagnetic电磁场与电磁波电磁场与电磁波2013.12.5试求：试求：是否是均匀平面波？是否是均匀平面波？平面波的频率及波长；平面波的频率及波长；电场强度的电场强度的 y 分量分量 ；平面波的极化特性。平面波的极化特性。例例 已知已知真空真空中的平面波为中的平面波为TEM波，其电场强度为波，其电场强度为式中式中 为常数。为常数。解解 给定的电场强度可改写为给定的电场强度可改写为 可可见见，平平面面波波的的传传播播方方向向位位于于 xy 平平面面内内，因因此此波波面面平行于平行于 z 轴。轴。由于场强振幅与由于场强振幅与 z 有关，因此，它是一种有关，因此，它是一种非均匀非均匀平面波。平面波。根据上式求得根据上式求得传播常数传播常数、波长波长、频率频率分别为分别为 xyzk波面波面因为因为 ，求得，求得 因因电电场场强强度度的的 x 分分量量与与 y 分分量量构构成成线线极极化化波波，它它与与z 分量合成后形成分量合成后形成椭圆极化椭圆极化波。波。由由于于分分量量 比比 Ez 分分量量的的相相位位滞滞后后，因因此此合合成成矢矢量量形形成成的的椭椭圆圆极极化化波波是是右右旋旋的。的。(Ex+Ey)(Ex+Ey+Ez)EzxyzkWave front(Ex+Ey)(Ex+Ey+Ez)Ez例例 设设 区域中理想介质参数为区域中理想介质参数为 ；区域中理想介质的参数为区域中理想介质的参数为 。若入射波的。若入射波的电场强度为电场强度为试求：试求：平面波的频率；平面波的频率；反射角与折射角；反射角与折射角；反射波与折射波。反射波与折射波。yirt1 12 2zx解解 入射波可以分解为垂入射波可以分解为垂直极化波与平行极化波两直极化波与平行极化波两部分之和，即部分之和，即 其中其中已知已知 求得求得yirt1 12 2zx由由 ，得得那么那么反射波的电场强度为反射波的电场强度为 ，其中，其中折射波的电场强度为折射波的电场强度为 ，其中，其中 注意，上述计算中应特别注意反射波及折射注意，上述计算中应特别注意反射波及折射波的波的传播方向传播方向和和极化方向极化方向的变化情况。的变化情况。电磁波的应用电磁波的应用无无论论在在工工业业、农农业业、国国防防工工业业、以以及及日日常常生生活活方方面面，电电磁磁波波都都获获得得广广泛泛的的应应用用。前前已已指指出出，处处于于信信息息时时代代的的今今天天，从从婴婴儿儿监监控控器器到到各各种种遥遥控控设设备备、从从雷雷达达到到微微波波炉炉、从从地地面面广广播播和和电电视视到到太太空空卫卫星星广广播播和和电电视视、从从地地面面移移动动通通信信到到宇宇宙宙星星际际通通信信、从从室室外外无无线线局局域域网网到到室室内内蓝蓝牙牙技技术术、以以及及全全球球卫卫星星定定位位导导航航系系统统等等信信息息技技术术，无无不不利利用用电电磁磁波波作作为为信信息息载载体体。无无线线信信息息高高速速公公路路更更使使人人们们能能在在任任何何地地点点、任任何何时时间间同同任任何何人人取取得得联联系系。在在附附录录中中也也简简述述了了各各波波段段电电磁磁波波的的应应用用，下下面面从从电电磁波特性的角度介绍几个方面的典型应用。磁波特性的角度介绍几个方面的典型应用。1，缩波效应缩波效应的应用的应用已已知知电电磁磁波波的的频频率率是是由由波波源源决决定定的的，但但是是波波长长与与介介质质参参数数有有关关。由由于于介介质质的的相相对对介介电电常常数数总总是是大大于于1，而而大大多多数数介介质质的的磁磁导导率率又又接接近近1，因因此此电电磁磁波波在在介介质质中中的的波波长长比比真真空空中中的的波波长长短短，这这种种现现象象称称为为缩缩波波效效应应。介介电电常常数数越越大大，或或磁磁导导率率越越高高，这这种种缩缩波波效效应应愈愈加加显显著著。第第九九章章将将要要介介绍绍微微带带传传输输线线是是由由介介质质基基片片支支撑撑的的，电电磁磁波波主主要要集集中中在在基基片片中中传传播播。介介质质基基片片的的介介电电常常数数越越大大，其其内内电电磁磁波波的的波波长长越越短短。微微波波集集成成电电路路即即是是利利用用光光刻刻技技术术制制成成的的微微带带电电路路，通通常常使使用用陶陶瓷瓷作作为为基基片片，相相对对介介电电常常数数高高达达100的的陶陶瓷瓷基基片片已已经经问问世世。这这样样的的陶陶瓷瓷基基片片意意味味着着可可使使电电磁磁波波的的波波长长缩缩短短十十分分之之一一，因因此此大大大大减减小小了了设设备备的的尺尺寸寸。尺尺寸寸小小、重量轻对于航天及军用设备尤为重要。重量轻对于航天及军用设备尤为重要。此此外外，广广泛泛应应用用的的微微带带天天线线，也也可可利利用用这这种种缩缩波波效效应应减减小小天天线线的的尺尺寸寸，这这是是当当前前减减小小天天线线尺尺寸寸的的行行之之有有效效的的措措施施。埋埋入入地地中中或水中或水中的天线也可利用缩波效应减小天线尺寸。的天线也可利用缩波效应减小天线尺寸。2，吸波效应吸波效应的应用的应用当当电电磁磁波波在在有有耗耗介介质质中中传传播播时时，与与介介质质相相互互作作用用后后，电电磁磁能能量量将将会会丢丢失失，这这种种现现象象称称为为吸吸波波效效应应。隐隐形形飞飞行行器器的的隐隐形形功功能能来来自自两两个个方方面面：85%依依靠靠外外形形设设计计，15%依依靠靠涂涂敷敷在在表表面面的的能能够够吸吸收收电电磁磁波波的的吸吸波波材材料料。一一架架外外形形设设计计合合理理，表表面面涂涂复复优优良良吸吸波波材材料料的的隐隐形形飞飞机机，其其雷雷达达散散射射截截面面仅仅为为0.01m2左左右右。也也就就是是说说，虽虽然然隐隐形形战战斗斗机机体体积积庞庞大大，但但在在雷雷达达看看来来，仅仅相相当当于于一一只只老老鹰鹰。为为了了提提高高吸吸收收效效果果，这这种种吸吸波波材材料料通通常常由由很很多多层层电电磁磁参参数数不不同同的的有有耗耗介介质质组组成成，而而且且这这种种损损耗耗包包括括导导电电损损耗耗、极极化化损损耗耗以以及及磁磁化化损损耗耗。理理论论分分析析表表明明，当当复复介介电电常常数数的的实实部部和和虚虚部部之之比比等等于于磁磁导导率率的的实实部部和和虚虚部部之之比比时时，吸吸收收作作用用达达到到最最强强。但但是是任任何何吸吸波波材材料料都都具具有有一一定定的的频频率率特特性性，仅仅在在某某些些频频段段内内性性能能较较好好。如如果果雷雷达达能能够够发发出出一一个个宽宽度度很很窄窄，因因而而频频带带很很宽宽的的电电磁磁脉脉冲冲，那那么么即即可可接接收收到到隐隐形形飞飞行行器器反反射射的的微微弱弱的的回回波波，从从而而发发现现目目标标，所所以以超超宽宽频频带带的的电电磁磁脉脉冲冲雷雷达达是是反反隐隐形形技技术术的的重重要要手手段段之之一一。但但是是天天线线的的频频带带通通常常是是有有限限的的，电电磁磁脉脉冲冲通通过过天天线线后后将将会会发发生生严重失真，损失大部分功率。严重失真，损失大部分功率。用用于于天天线线测测量量的的微微波波暗暗室室采采用用吸吸波波材材料料制制成成墙墙壁壁、顶顶面面和和地地面面，以以便便消消除除四四壁壁对对于于电电磁磁波波的的反反射射，将将有有限限的的房房间间变变成成无无限限大大的的空空间间。这这种种吸吸波波装装置置通通常常是是在在尖尖劈劈状状的的泡泡沫沫中中浸浸注注吸吸波波材材料料，但但是是吸吸收收效效果果仍仍具具有有一一定定的的频频率率特特性性。频频率率越越低低，所所需需的的尖尖劈劈长长度度越越长长，暗暗室室的的体体积积也也应应越越大大。为为了了测测试试飞飞机机的的抗抗电电磁磁干干扰扰的的性性能能，暗暗室室的的尺尺寸寸必必须须能能够够容容纳纳一一架架战战斗斗机机。此此外外，微微波波暗暗室室应应具具有有良良好好的的电电磁磁屏屏蔽蔽性性能能，以以防防室室外外电电磁磁信信号的干扰，同时也可防止室内强大的测试电磁脉冲对于外界的干扰。号的干扰，同时也可防止室内强大的测试电磁脉冲对于外界的干扰。由由于于电电磁磁波波在在良良导导体体中中会会遭遭到到强强烈烈地地吸吸收收，形形成成集集肤肤效效应应。因因此此，对对于于金金属属制制成成的的微波传输线，为了减少损耗，仅需表面涂敷贵重的微波传输线，为了减少损耗，仅需表面涂敷贵重的银银或或金金即可。即可。3，透波效应透波效应的应用的应用透透波波效效应应是是指指电电磁磁波波穿穿透透介介质质的的能能力力。典典型型的的工工程程实实例例是是用用于于保保护护天天线线的的天天线线罩罩。天天线线罩罩的的作作用用是是保保护护天天线线不不受受外外界界环环境境的的干干扰扰，但但是是能能让让电电磁磁波波顺顺利利通通过过。因因此此天天线线罩罩必必须须具具有有良良好好的的透透波波性性能能。根根据据平平面面波波在在多多层层介介质质中中的的传传播播特特性性获获知知，当当介介质质板板的的厚厚度度等等于于工工作作波波长长的的半半波波长长整整数数倍倍时时，具具有有该该波波长长的的电电磁磁波波可可以以垂垂直直顺顺利利通通过过这这种种介介质质板板。因因此此，天天线线罩罩的的厚厚度度通通常常是是半半波波长长的的整整数数倍倍。但但是是，显显然然这这种种半半波波长长厚厚度度的的天天线线罩罩工工作作频频带带很很窄窄。如如果果介介质质的的相相对对介介电电常常数数等等于于相相对对磁磁导导率率，那那么么这这种种介介质质的的波波阻阻抗抗等等于于真真空空的的波波阻阻抗抗，因因此此任任何何电电磁磁波波向向这这种种介介质质板板垂垂直直投投射射时时，在在边边界界上上不不会会发发生生任任何何反反射射。所所以以使使用用这这种种介介质质板板制制成成的的天天线线罩罩，具具有有很很宽宽的的工工作作频频带带。但但是是，通通常常介介质质的的相相对对介介电电常常数数和和相相对对磁磁导导率率达达到到同同一一数数量量级级是是十十分分困困难难的的。近来研发的近来研发的新型磁性材料新型磁性材料可以在某些可以在某些频段内频段内满足这个要求。满足这个要求。一一种种合合成成介介质质是是在在介介质质中中按按照照一一定定规规律律放放置置一一些些具具有有一一定定形形状状的的金金属属体体，这这种种人人工工合合成成介介质质具具有有一一定定的的频频率率选选择择性性，即即仅仅让让某某些些频频率率的的电电磁磁波波能能够够通通过过，因因此此相相当当于于一一个个空空间间带带通通滤滤波波器器。这这种种片片状状的的人人工工合合成成介介质质又又称称为为频频率率选选择择表表面面，可可作作为为战战斗斗机机的的天天线线罩罩，其其频频率率特特性性是是仅仅让让我我方方雷雷达达波波顺顺利利通通过过，而而对对敌敌方方的的雷雷达达波波产产生生强烈吸收。强烈吸收。4，极化特性极化特性的应用的应用电电磁磁波波在在介介质质中中的的传传播播特特性性与与其其极极化化特特性性密密切切相相关关，电电磁磁波波的的极极化化特特性性获获得得非非常常广广泛的实际应用。泛的实际应用。圆圆极极化化雷雷达达通通常常号号称称全全天天候候雷雷达达，无无论论雨雨雾雾冰冰雪雪天天气气均均能能正正常常工工作作。由由于于地地球球重重力力的的影影响响，雨雨滴滴通通常常变变为为椭椭球球形形状状。当当电电磁磁波波穿穿过过雨雨区区时时，如如果果线线极极化化平平面面波波的的极极化化方方向向，即即电电场场方方向向与与雨雨滴滴椭椭球球的的长长轴轴一一致致时时，在在雨雨滴滴中中将将会会产产生生感感应应电电流流，导导致致电电磁磁能能转转变变为为热热能能，这这种种不不可可逆逆的的能能量量转转换换使使电电磁磁波波受受到到强强烈烈的的衰衰减减。所所以以线线极极化化雷雷达达通通常常在在雨雨季季不不能能很很好好地地工工作作。已已知知圆圆极极化化电电磁磁波波的的电电场场方方向向不不断断地地旋旋转转，因因此此不不可可能能始始终终与与椭椭球球雨雨滴滴的的长长轴轴一一致致。当当电电场场方方向向垂垂直直与与椭椭球球雨雨滴滴的的长长轴轴时时，不不会会产产生生感感应应电电流流，因而电磁波不会受到衰减。因此因而电磁波不会受到衰减。因此圆极化雷达穿过雨区时不会遭受强烈地吸收圆极化雷达穿过雨区时不会遭受强烈地吸收。在在无无线线通通信信中中，为为了了达达到到最最佳佳的的接接收收状状态态，接接收收天天线线的的极极化化特特性性必必须须和和被被接接收收的的电电磁磁波波极极化化特特性性完完全全一一致致，否否则则不不能能接接收收或或只只能能接接收收部部分分能能量量。接接收收天天线线的的极极化化特特性性和和被被接接收收的的电电磁磁波波极极化化特特性性完完全全一一致致的的状状态态称称为为极极化化匹匹配配。所所以以，极极化化匹匹配配对对于于无无线线通通信信链链路路是是非非常常重重要要的的。当当然然，如如果果为为了了避避免免信信号号串串扰扰，应应该该使使用用不不同同的的极极化化特特性性。例例如如在在微微波波中中继继通通信信链链路路中中，由由于于后后继继微微波波站站均均位位于于前前方方，为为了了避避免免站站间间串串扰扰，通通信信频频率及电磁波极化特性均应率及电磁波极化特性均应逐站变更逐站变更。由由于于铅铅垂垂极极化化电电磁磁波波沿沿地地面面传传播播时时，其其衰衰减减系系数数小小于于水水平平极极化化电电磁磁波波，因因此此来来自自地地面面的的远远处处工工业业电电磁磁干干扰扰主主要要成成分分是是铅铅垂垂极极化化。所所以以电电视视广广播播台台发发射射水水平平极极化化电电磁磁波波，接接收收者者使使用用水水平平接接收收天天线线可可以以抑抑制制地地面面的的电电磁磁干干扰扰，提提高高信信噪噪比比。当当电电视视台台的的信信号号到到达达室室内内时时，经经过过多多次次反反射射后后，其其极极化化方方向向很很难难确确定定。所所以以室室内内接接收收电电视视信信号号时时，需需要要不不断断地地旋旋转转线线状状天天线线，以以使使导导线线的的方方向向尽尽量量与与到到达达波波的的极极化化方方向向一一致致，产产生生较较强强的的感感应电流，提高接收效果。应电流，提高接收效果。在在移移动动卫卫星星通通信信和和移移动动卫卫星星导导航航系系统统中中，由由于于卫卫星星姿姿态态不不断断变变化化，收收发发天天线线均均应应采采用用圆极化天线圆极化天线，以保证通信链路在任何时刻均能可靠地畅通。，以保证通信链路在任何时刻均能可靠地畅通。在在移移动动通通信信和和微微波波通通信信中中，通通常常信信号号很很弱弱，而而且且信信号号的的电电平平随随机机起起伏伏变变化化。但但是是实实验验表表明明，信信号号电电平平随随机机变变化化的的统统计计特特性性与与电电磁磁波波的的极极化化特特性性有有关关。两两种种极极化化方方向向相相互互正正交交的的电电磁磁波波，其其信信号号电电平平随随机机变变化化的的统统计计特特性性不不相相关关。因因此此可可以以发发射射两两种种极极化化方方向向相相互互正正交交的的电电磁磁波波携携带带同同一一信信号号，由由于于其其信信号号电电平平随随机机变变化化的的统统计计特特性性不不相相关关，它它们们在接收点会相互补偿，从而保证接收电平稳定。这就是所谓在接收点会相互补偿，从而保证接收电平稳定。这就是所谓“极化分集极化分集”技术。技术。此此外外，电电磁磁波波的的极极化化特特性性在在微微波波器器件件中中也也获获得得广广泛泛利利用用，例例如如铁铁氧氧体体环环行行器器及及单单向向器器等等。这这些些器器件件利利用用铁铁氧氧体体在在恒恒定定磁磁场场的的作作用用下下，显显示示的的磁磁各各向向异异性性的的特特点点，导导致致电电磁磁波波的的极极化化方方向向发发生生偏偏转转，形形成成单单向向传传输输。在在微微波波信信号号源源与与负负载载之之间间放放置置一一个个单单向向器器，即可消除由于即可消除由于负载不匹配形成的反射波负载不匹配形成的反射波对于信号源的影响。对于信号源的影响。光光波波也也是是一一种种电电磁磁波波，与与一一般般电电磁磁波波不不同同的的是是，自自然然光光的的极极化化方方向向是是随随机机的的。光光学学中中将将电电磁磁波波的的极极化化特特性性称称为为偏偏振振特特性性，所所以以光光波波通通常常是是无无偏偏振振的的。为为了了获获得得偏偏振振光光，必必须须采采取取一一些些特特殊殊方方法法。最最简简单单的的方方法法是是让让无无偏偏振振光光通通过过具具有有一一定定偏偏振振特特性性的的滤滤光光片片，即即可可获获得得偏偏振振光光。只只有有当当偏偏振振光光的的偏偏振振方方向向与与偏偏振振片片的的偏偏振振方方向向一一致致时时，才才能能顺顺利利通通过过。光光波波的的偏偏振振特特性性同同样样也也有有广广泛泛应应用用。立立体体电电影影即即是是利利用用了了偏偏振振光光产产生生的的立立体体效效果果。拍拍摄摄时时使使用用两两个个偏偏振振方方向向相相互互垂垂直直的的镜镜头头从从不不同同的的角角度度取取景景，放放映映时时只只要要观观众众佩佩带带一一副左右相互垂直的偏振镜片，即能看到立体画面。副左右相互垂直的偏振镜片，即能看到立体画面。具具有有一一定定偏偏振振特特性性的的偏偏振振片片在在摄摄影影中中获获得得应应用用。由由于于太太阳阳光光经经过过大大气气散散射射后后具具有有一一定定的的偏偏振振特特性性，旋旋转转加加在在照照相相机机镜镜头头前前的的偏偏振振片片，即即可可减减弱弱蓝蓝天天的的亮亮度度，从从而而增增加加蓝蓝天天和和白白云云的的对对比比度度，其其效效果果比比黄黄色色滤滤光光片片更更为为显显著著。此此外外，由由于于光光波波通通过过雾雾气气或或穿穿过过玻玻璃璃后后均均会会具具有有一一定定的的偏偏振振特特性性，因因此此使使用用偏偏振振片片摄摄影影，可可以以消消除除雾雾气气的的散散射射光光及及玻玻璃的反射光，从而提高雾中景物和玻璃橱中文物的清晰度。璃的反射光，从而提高雾中景物和玻璃橱中文物的清晰度。5，反射特性反射特性的应用的应用电电磁磁波波在在边边界界上上发发生生的的反反射射和和折折射射现现象象十十分分普普遍遍，电电波波传传播播和和光光学学工工程程中中经经常常必必须须研研究究这这个个问问题题。这这里里首首先先介介绍绍反反射射规规律律对对于于隐隐形形飞飞机机的的应应用用。我我们们已已知知，雷雷达达是是靠靠直直接接的的反反向向回回波波发发现现目目标标的的。如如果果目目标标的的表表面面与与到到达达的的电电磁磁波波方方向向垂垂直直，反反向向回回波波恰恰好好回回到到雷雷达达站站。如如果果目目标标的的表表面面与与电电磁磁波波的的到到达达方方向向之之间间的的夹夹角角很很小小，也也就就是是入入射射角角很很大大时时，那那么么雷雷达达回回波波即即被被反反射射到到前前方方，雷雷达达站站接接收收不不到到目目标标的的回回波波。众众所所周周知知，为为了了减减少少空空气气阻阻力力，飞飞行行体体的的外外壳壳应应为为圆圆滑滑的的流流线线型型。但但是是这这种种圆圆滑滑形形外外壳壳，其其表表面面大大部部分分与与雷雷达达波波的的到到达达方方向向垂垂直直，因因此此雷雷达达很很容容易易发发现现，对对于于隐隐形形飞飞行行器器十十分分不不利利。隐隐形形飞飞机机为为了了避避免免雷雷达达发发现现，机机身身下下部部做做成成平平板板形形状状，美美军军B2隐隐形形轰轰炸炸机机和和F117隐隐形形战战斗斗机机的的底底部部都都是是平平板板形形状状，当当雷雷达达波波到到达达底底部部时时均均被被反反射射到到前前方方。因因此此，收收发发设设备备同同处处一一地地的的单单站站无无法法接接收收这这种种回回波波。如如果果将将雷雷达达站站的的收收发发设设备备分分处处两两地地，即即有有可可能能收收到到这这种种回回波波，这这就就形形成成双双站站雷雷达达。所所以以，双双站站雷雷达达是是有有效效的的反反隐隐身身技技术术之之一一。由由此此可可见见，一一架架性性能能优优越越的的隐隐形形飞飞机机的的设设计计必必须须依依靠靠流流体体力力学学家家和和电电磁磁学家的共同合作才能完成。学家的共同合作才能完成。微微波波中中继继通通信信中中，利利用用金金属属板板反反射射电电磁磁波波的的特特性性，可可以以装装置置一一个个无无人人职职守守的的无无源源中中继继站站。这这种种装装置置的的作作用用就就像像月月球球或或其其它它不不能能发发光光的的星星球球反反射射太太阳阳光光一一样样。由由于于微微波波的的波波长长很很短短，其其传传播播规规律律符符合合几几何何光光学学规规律律。目目前前广广泛泛用用于于卫卫星星通通信信、卫卫视视接接收收、以以及及地地面面微微波波通通信信的的抛抛物物面面天天线线，其其工工作作原原理理是是利利用用反反射射定定律律将将放放在在抛抛物物面面焦焦点点处处的的馈馈源源发发出出的的球球面面波波经经抛抛物物面面反反射射后后变变成成平平面面波波，从从而而达达到到聚聚焦焦电电磁磁能能量量，提提高高天天线线方方向向性性的的目目的的。微微波波透透镜镜天天线线通通常常由由透透镜镜状状的的介介质质或或人人工工金金属属制制成成。这这种种介介质质或或人人工工金金属属具具有有一一定定的的等等效效介介电电常常数数，利利用用折折射射定定律律将将位位于于焦焦点点的的馈馈源源发发出出的的球球面面波波变成平面波，会聚电磁能量，形成所需的方向性。变成平面波，会聚电磁能量，形成所需的方向性。6，高功率微波高功率微波的应用的应用家家用用的的微微波波炉炉是是高高功功率率微微波波的的典典型型应应用用，其其工工作作频频率率约约2.45GHz，因因为为在在此此频频率率附附近近水水分分子子最最易易吸吸收收电电磁磁能能量量，因因而而产产生生最最强强热热效效应应，所所以以微微波波炉炉只只能能加加热热含含有有水水分分的的食食物物。家家用用的的微微波波炉炉功功率率通通常常低低于于1kw。工业用的大功率微波炉用于烘干货物、木材、以及衣物等。工业用的大功率微波炉用于烘干货物、木材、以及衣物等。在在医医疗疗设设备备中中，可可以以利利用用微微波波电电磁磁脉脉冲冲在在人人体体肌肌肉肉组组织织中中产产生生的的热热效效应应杀杀死死癌癌细细胞胞，这这就就是是微微波波治治癌癌技技术术。微微波波医医疗疗可可以以治治愈愈冠冠心心病病、前列腺肥大、耳道炎、肩周炎以及慢性骨髓炎等。前列腺肥大、耳道炎、肩周炎以及慢性骨髓炎等。所所谓谓电电磁磁炸炸弹弹即即是是高高功功率率的的微微波波束束或或激激光光束束。频频率率为为95GHz的的微微波波束能在束能在5分钟以内使人体发热，造成难以忍受的疼痛。分钟以内使人体发热，造成难以忍受的疼痛。电磁波的应用电磁波的应用(Application)第九章第九章 导行电磁波导行电磁波主主 要要 内内 容容 几种常用的导波系统，矩形波导传播特性几种常用的导波系统，矩形波导传播特性，圆波导传播特性，谐振腔，同轴线。圆波导传播特性，谐振腔，同轴线。1.TEM波、波、TE波及波及TM波波2.矩形波导传播特性矩形波导传播特性3.矩形波导中矩形波导中TE10波波4.电磁波的群速电磁波的群速5.圆波导传播特性圆波导传播特性6.波导传输功率和损耗波导传输功率和损耗7.谐振腔谐振腔8.同轴线同轴线 沿一定的路径传播的电磁波称为沿一定的路径传播的电磁波称为导行电磁波导行电磁波，传输导行波的系统称为传输导行波的系统称为导波系统导波系统。常用的导波系统有常用的导波系统有双导线双导线、同轴线同轴线、带状线带状线、微带微带、金属波导金属波导等。等。本章本章仅仅介绍介绍同轴线同轴线和和金属波导金属波导。尤其是。尤其是矩形矩形金属波导的传播特性。金属波导的传播特性。带状线带状线双导线双导线矩形波导矩形波导微微 带带介质波导介质波导光光 纤纤同轴线同轴线圆波导圆波导几种常用导波系统的示意图几种常用导波系统的示意图1.TEM 波、波、TE 波及波及TM 波波 TEM波、波、TE波及波及TM波的结构。波的结构。TEM波波EHSTE波波EHSTM波波EHS 可以证明，能够建立可以证明，能够建立静电场静电场的导波系统的导波系统必然必然能够传输能够传输TEM波。波。根据麦克斯韦方程也可说明根据麦克斯韦方程也可说明金属波导金属波导不能传不能传输输TEM波。波。名名 称称波波 型型 电磁屏蔽电磁屏蔽使用波段使用波段 双导线双导线 TEM波波差差 3m 同轴线同轴线 TEM波波好好 10cm 带状线带状线 TEM波波差差厘米波厘米波 微微 带带准准TEM波波差差厘米波厘米波矩形波导矩形波导 TE或或TM波波好好厘米波、毫米波厘米波、毫米波 圆波导圆波导 TE或或TM波波好好厘米波、毫米波厘米波、毫米波 光光 纤纤 TE或或TM波波差差光波光波几种常用导波系统的主要特性几种常用导波系统的主要特性 根根据据导导波波系系统统横横截截面面的的形形状状选选取取直直角角坐坐标标系系或或者者圆圆柱柱坐坐标标系系，且且令令其其沿沿 z 轴轴放放置置，传传播播方方向向为为正正 z 方向方向。且满足下列且满足下列矢量矢量亥姆霍兹方程亥姆霍兹方程 以以直直角角坐坐标标系系为为例例，则则电电场场与与磁磁场场可可以以分分别别表表示为示为azyxb,上上式式包包含含了了六六个个直直角角坐坐标标分分量量，其其中中E Ex x,E Ey y ,H Hx x ,H Hy y 被被称称为为横横向向场场量量，E Ez z ,H Hz z 被被称称为为纵纵向向场场量量。他他们们分分别别满满足足标量齐次亥姆霍兹方程标量齐次亥姆霍兹方程。根根据据导导波波系系统统的的边边界界条条件件，利利用用分分离离变变量量法法即即可可求求解解这这些些方程。方程。From Maxwells equations,we can find the relationships between the x-component or the y-component and the z-component as 上式包含了上式包含了 及及 6 6个直角坐标个直角坐标分量，分别满足齐次分量，分别满足齐次标量标量亥姆霍兹方程。亥姆霍兹方程。可以证明，可以证明，x 和和 y 分量与分量与 z 分量的关系为分量的关系为 式中式中 只要求出只要求出 z 分分量，其余分量即可量，其余分量即可求出。求出。z 分量为分量为纵向纵向分量，因此这种方分量，因此这种方法又称为法又称为纵向场法纵向场法。对于对于圆波导圆波导，选择，选择圆柱圆柱坐标系，坐标系，r 和和 横向横向分量可用分量可用 z 纵向纵向分量表示为分量表示为2.矩形波导传播特性矩形波导传播特性 矩形波导如图示，矩形波导如图示，宽宽壁的壁的内内尺寸为尺寸为 a，窄窄壁壁的的内内尺寸为尺寸为 b。azyxb,已知金属波导已知金属波导只能只能传输传输 TE 波及波及TM 波，若仅传输波，若仅传输 TM 波，则波，则 Hz=0。按照按照纵向场法纵向场法，此时仅需求出，此时仅需求出 Ez 分量，然后分量，然后即可计算其余各个分量。即可计算其余各个分量。Ez 满足的齐次满足的齐次标量标量亥姆霍兹方程为亥姆霍兹方程为 考考虑虑到到 ，其其振振辐辐 也也应应满满足上述方程。足上述方程。已知电场强度的已知电场强度的 z 分量可以表示为分量可以表示为 即即采用采用分离变量法分离变量法求解上述方程。求解上述方程。得得 式中式中X 表示表示 X 对对 x 的二阶导数，的二阶导数，Y 表示表示Y 对对 y 的二阶导数。的二阶导数。令令 式中的第二项式中的第二项仅仅为为 y 函数，而右端为常数，因函数，而右端为常数，因此，若对此，若对 x 求导，得知左端第一项应为常数。求导，得知左端第一项应为常数。若对若对 y 求导，获知第二项应为常数。求导，获知第二项应为常数。令令 式中式中k x 和和 k y 称为称为分离常数分离常数。显然显然两个两个常微分方程的常微分方程的通解通解分别为分别为 式中常数式中常数C1，C2，C3，C4 取决于导波系统取决于导波系统的的边界条件边界条件。where all the constants C1,C2,C3,C4,and k x,k y,depend on the boundary conditions.The two equations are second order ordinary differential equations,and the general solutions,are respectively The z-component of the electric field intensity can be written asBoundary conditions:azyxb,那么矩形波导中那么矩形波导中TM 波的各个分量为波的各个分量为 1，相相位位仅仅与与变变量量 z 有有关关，而而振振幅幅与与 x,y 有有关关。因因此此，在在z 方向上为方向上为行波行波，在，在 x 及及 y 方向上形成方向上形成驻波驻波。2，z 等于常数的平面为波面。但振辐与等于常数的平面为波面。但振辐与 x,y 有关，因此有关，因此上述上述TM波为波为非均匀非均匀的平面波。的平面波。3，当，当 m 或或 n 为零时，上述各个分量均为零，因此为零时，上述各个分量均为零，因此 m 及及 n 应为应为非零非零的整数。的整数。m 为宽壁上的为宽壁上的半个驻波半个驻波的数目，的数目，n 为窄壁为窄壁上上半个驻波半个驻波的数目。的数目。4，由于，由于 m 及及 n 为多值，因此场结构均具有为多值，因此场结构均具有多种模式多种模式。m 及及 n 的每一种组合构成一种模式，以的每一种组合构成一种模式，以TMmn表示。表示。例如例如 TM11表示表示 m=1,n=1 的场结构，具有这种场结构的波称为的场结构，具有这种场结构的波称为TM11波。波。5，大的大的 m 及及 n 模式称为模式称为高次模高次模，小的称为，小的称为低次模低次模。由于由于 m 及及 n 均均不为不为零零，故矩形波导中，故矩形波导中TM波的波的最低模式最低模式是是TM11波。波。Similarly,we can derive all the components of a TE wave in the rectangular waveguide,as given bywhere ,but both should not be zero at the same time.TE wave has the multi-mode characteristics as the TM wave.The lowest order mode of TE wave is the TE01 or TE10 wave.Boundary conditions:TE波波式中式中 ，但两者，但两者不能同时不能同时为零。为零。与与TM波一样，波一样，TE波也具有波也具有多模特性多模特性，但是，但是m 及及 n 不能同时为零。因此，不能同时为零。因此，TE波的波的最低模式最低模式为为TE01波或波或TE10波。波。已已知知 ，即即 。若若 ，则，则 ，意味波的传播被截止，因此，意味波的传播被截止，因此，称为称为截止传播常数截止传播常数。截止传播常数和截止频率截止传播常数和截止频率 由由 求出对应于截止传播常数求出对应于截止传播常数 的的截截止频率止频率 。即即传播常数传播常数 当当 时时，为为实实数数，因因子子 代代表表向向正正 z 方方向向传播传播的波。的波。当当 时，时，为虚数，因子为虚数，因子 对于一定的模式和波导尺寸来说，对于一定的模式和波导尺寸来说，f c 是能够传输是能够传输该模式的该模式的最低频率最低频率，波导相当于一个，波导相当于一个高通滤波器高通滤波器。表明电磁场没有传播，而是沿正表明电磁场没有传播，而是沿正 z 方向不断衰减方向不断衰减的的凋落场凋落场。由由 ，求求得得对对应应于于截截止止传传播播常常数数 的的截截止止波长波长 为为截止波长截止波长 截截止止频频率率和和截截止止波波长长均均与与波波导导尺尺寸寸 a,b 及及模模式式m,n 有关。有关。波导尺寸为波导尺寸为 时，时，各种模式的截止波长分布各种模式的截止波长分布如图。如图。TM11TE01TE20TE100a2ac 模次模次越越高，高，截止截止频率频率越越高，高，截止截止波长波长越越短短。TE10波为矩形波导中的波为矩形波导中的常用模式常用模式或称为或称为主模主模。截截 止止 区区TM11TE01TE20TE100a2ac 当当 时，只有时，只有TE10 波存在，其它模式波存在，其它模式被截止。被截止。当当 时，才有其它模式出现。时，才有其它模式出现。若工作波长满足若工作波长满足 ，即可实现，即可实现单模传输单模传输，单模传输的单模传输的惟一惟一模式就是模式就是TE10波。波。通通常常取取 ，以以便便在在 波波段段内内实实现现TE10波单模传输。波单模传输。当当 时，全部时，全部模式被截止。模式被截止。窄壁尺寸的窄壁尺寸的下限下限取决于传输取决于传输功率功率，容许的波导，容许的波导衰减衰减以及以及重量重量等。等。国际上对于各波段使用的波导尺寸已有国际上对于各波段使用的波导尺寸已有统一规定统一规定。可见，当工作波长可见，当工作波长增加增加时，为保证单模传输，时，为保证单模传输，波导的尺寸必须相应地加大。因此，实际中金属波波导的尺寸必须相应地加大。因此，实际中金属波导适用于导适用于3000MHz以上的微波波段。以上的微波波段。工程上常取工程上常取 左右，左右，或或 。将可获知，窄壁减小会使传输将可获知，窄壁减小会使传输衰减衰减增大。增大。为了保证仅传输为了保证仅传输TE10波，应该满足下列不等式波，应该满足下列不等式矩形波导的相速矩形波导的相速 为为式式中中 。对对于于真真空空波波导导，。波导波导尺寸尺寸及及模式模式不同，其相速也不同。不同，其相速也不同。波波导导中中的的相相速速与与频频率率有有关关。因因此此，电电磁磁波波在在波导中传播时会出现波导中传播时会出现色散现象色散现象。已已知知 ，求求得得真真空空波波导导中中 。波导中的波导中的相速相速不能代表不能代表能速能速。矩形矩形波导中电磁波的波长波导中电磁波的波长 为为 式中式中 为为工作波长工作波长。称为称为波导波长波导波长。已知已知 ，故，故 。波导中的波导中的横向横向电场与磁场之比称为电场与磁场之比称为波导波阻抗波导波阻抗。求得求得对于对于TM波，其波阻抗为波，其波阻抗为同理可得，同理可得，TE波的波阻抗为波的波阻抗为可见，当可见，当 ，时，时，及及 均为均为虚数虚数，表，表明横向电场与横向磁场相位相差明横向电场与横向磁场相位相差 ，因此，沿，因此，沿 z 方方向没有能量单向流动，这就表明电磁波的传播被向没有能量单向流动，这就表明电磁波的传播被截截止止。例例 某一内部为真空的矩形金属波导，其截面尺寸为某一内部为真空的矩形金属波导，其截面尺寸为 25mm10mm ，当频率当频率 的电磁波进入的电磁波进入波导中以后，该波导能够传输的模式是什么？当波导波导中以后，该波导能够传输的模式是什么？当波导中填充介电常数中填充介电常数 的理想介质后，能够传输的模的理想介质后，能够传输的模式有无改变？式有无改变？解解 当内部为真空时，工作波长为当内部为真空时，工作波长为截止波长为截止波长为若填充若填充 的的理想介质理想介质，则工作波长为，则工作波长为因此，除因此，除TE10波及波及TE20波外，还可传输其它模式。波外，还可传输其它模式。计算表明，计算表明，TE01，TE30，TE11，TM11，TE21，TM21等模式均可传输。等模式均可传输。因为因为 ，更高次模，更高次模的截止波长更短，可见，当该波导中为的截止波长更短，可见，当该波导中为真空真空时，时，仅仅能传输的模式为能传输的模式为TE10波波。TEM waveEHesTE waveEHesTM waveEHes横向场量横向场量 纵向场量纵向场量1.TEM波、波、TE波及波及TM波波小结小结分离变量法分离变量法azyxb,纵向场量法纵向场量法2.矩形波导传播特性矩形波导传播特性TM waveTE wavem m和和n n都不能为零；都不能为零；m m和和n n可以为零，但不能同时为零；可以为零，但不能同时为零；已已知知 ，即即 。截止传播常数、截止频率和截止波长截止传播常数、截止频率和截止波长 若若 ，则，则 ，意味波的传播被截止，因此，意味波的传播被截止，因此，称为称为截止传播常数截止传播常数。波导中的相速度、波长和波阻抗波导中的相速度、波长和波阻抗 Example.A rectangular wave-guide is filled with dielectric(perfect)medium(r=1,r=9),.and operates at a frequency 3GHz.If the dimensions of the wave-guide is a=2cm and b=1cmSolution：(1)Show that the can propagate at this frequency m/s So the can propagate at this frequency in the waveguide.(2)Determine phase constant:rad/m(3)Determine wave impedance(4)Determine the phase velocity(5)Determine the energy velocityhomeworkThank you!Bye-bye!Thank you!Bye-bye!答疑安排答疑安排时间：时间：?地点：地点：1401，1403P293-294：9-4;9-12（试求截止频率、波导波（试求截止频率、波导波长、相速度、波阻抗）长、相速度、波阻抗）;3.矩形波导中矩形波导中TE10波波 令令 ，求得，求得TE10波方程为波方程为其余分量为其余分量为零零对应的对应的瞬时值瞬时值为为yHxEyHzxagHzHxEyzyt=0沿沿 x 方向为方向为驻波驻波，沿，沿 z 方向为方向为行波行波。Hz 的振辐沿的振辐沿 x 按按余弦余弦分布，分布，Hx 及及 Ez 的振幅沿的振幅沿 x 按按正弦正弦分布，但是分布，但是其振幅均与其振幅均与 y 无关无关。上式可简化为上式可简化为式中式中A，B，C为为正正实数。实数。xzyxyzgba磁场线磁场线电场线电场线zyx内壁电流内壁电流gHzHxEyzyyHxEyHzxa几种高次模的场分布几种高次模的场分布TE10TE11TE20TE21TM21TM11磁场线磁场线电场线电场线令令 m=1,n=0，求得求得TE10波的截止波长为波的截止波长为可见，可见，TE10波的截止波长波的截止波长与窄壁尺寸无关与窄壁尺寸无关。根据根据 ，求得求得 为了说明为了说明TE10波的波的 、及及 的的物理意义物理意义以以及它们之间及它们之间关系关系，将电场分量，将电场分量 Ey 改写为改写为 上式可以看成是传播常数为上式可以看成是传播常数为 k，但传播方向不同的但传播方向不同的两个均匀平面波两个均匀平面波。xza 当当 时，时，。那么，该均匀平面波在两个。那么，该均匀平面波在两个窄壁之间垂直来回反射。因此，无法传播而被窄壁之间垂直来回反射。因此，无法传播而被截止截止。利用三角公式，上式改写为利用三角公式，上式改写为 两个两个均匀平面波又均匀平面波又可合并为在两个可合并为在两个窄壁窄壁之之间来回反射的间来回反射的一个一个均匀均匀平面波。平面波。两两个个平平面面波波的的波波峰峰相相遇遇处处形形成成合合成成波波的的波波峰峰，波波谷谷相遇相遇处形成合成波的处形成合成波的波谷波谷。实实线线表表示示平平面面波波的的波波峰峰，虚线虚线表示平面波表示平面波的波峰。的波峰。xzaABCD若波导为若波导为真空真空，则，则 AC 长度等于真空中波长。长度等于真空中波长。线段线段 AB长度等于长度等于波导波导波长，波长，AC长度等于长度等于工作工作波长。波长。由图得由图得 平面波平面波由由 A 至至 C 的的相位相位变化为变化为2，而合成，而合成波的空间相位变化波的空间相位变化2时经过距离为时经过距离为 AB。可见，合成可见，合成波的相速波的相速大于大于均匀平面波的相速。均匀平面波的相速。再再从从能能量量传传播播来来看看，当当平平面面波波的的能能量量由由A传传播播到到C时时，就就传传播播方方向向z而而言言，此此能能量量传传输输的的距距离离仅仅为为AD长度，可见波导中能速长度，可见波导中能速小于小于均匀平面波的能速。均匀平面波的能速。由图求出由图求出由图求出由图求出xzaABCD例例 若若内内充充空空气气的的矩矩形形波波导导尺尺寸寸为为 ，工工作作频频率率为为3GHz。如如果果要要求求工工作作频频率率至至少少高高于于主主模模TE10波波的的截截止止频频率率的的20%，且且至至少少低低于于TE01波波的的截截止止频频率率的的20%。试试求求：波波导导尺尺寸寸a及及b；根根据据所所设设计计的的波导，计算工作波长，相速，波导波长及波阻抗。波导，计算工作波长，相速，波导波长及波阻抗。解解 TE10波的截止波长波的截止波长 ，对应的截止频率为，对应的截止频率为TE01波波 ，对应的截止频率，对应的截止频率 。求求得得 ，取取 ，。题意要求题意要求 工作波长，相速，波导波长及波阻抗分别为工作波长，相速，波导波长及波阻抗分别为4.电磁波的群速电磁波的群速 相速无法描述含有多种频率分量的电磁波在色散相速无法描述含有多种频率分量的电磁波在色散介质中的传播速度。本节介绍的介质中的传播速度。本节介绍的群速群速，将可用来描述，将可用来描述窄带信号窄带信号在色散介质中的传播特性。在色散介质中的传播特性。设电磁波仅具有两个频率设电磁波仅具有两个频率非常接近非常接近的频率分量为的频率分量为 其合成信号为其合成信号为式中式中 由由于于 ，因因而而在在一一个个足足够够小小的的时时间间间间隔隔内内，上上式式中中的的第第一一个个余余弦弦项项尚尚未未发发生生明明显显变变化化时时，第第二二个个余余弦弦项项已已经经历历了了几几个个周周期期的的变变化化，所所以以 代代表表载频载频，代表代表调制频率调制频率。若若介介质质是是非非色色散散的的，波波包包随随载载波波一一起起运运动动，载载波波及波包都保持正弦波形。及波包都保持正弦波形。波包波包的移动速度称为的移动速度称为群速群速，以，以 表示。表示。这是一个幅度变化缓慢的这是一个幅度变化缓慢的调幅信号调幅信号。由由 ，求求得得群群速速为为 对对 于于 非非 色色 散散 介介 质质，k与与的的 关关 系系 是是 线线 性性 的的，因因 此此 ，求得，求得群速群速为为 再再由由 ，求求得得载载波波相相速速 为为已知已知非非色散介质中，色散介质中，得，得可见，可见，非非色散色散介介质中质中 对对于于色色散散介介质质，对对于于给给定定的的频频率率 ，可可将将 k 作作为频率为频率 的函数的函数在在 附近展开为泰勒级数，即附近展开为泰勒级数，即对于对于窄带窄带信号，仅取前两项，即信号，仅取前两项，即且可认为且可认为 ，得，得 由于色散由于色散介介质的质的k 与与 的关系是的关系是非线性非线性的，不的，不同的载波频率，其群速不同。群速同的载波频率，其群速不同。群速不再不再等于相速。等于相速。载波载波以以相速相速传播，传播，波包波包以以群速群速传播。传播。为波包等相位点，为波包等相位点，P 为载波等相位点。当为载波等相位点。当P 点点 位移为位移为d 时，由于时，由于波包速度较慢，波包速度较慢，点点仅位移仅位移 。传播一段距离后，传播一段距离后，波包变形波包变形，导致信号，导致信号失真。失真。对于对于窄带窄带信号，上式应为信号，上式应为若若 ，则，则 ，即，即无无色散时相速色散时相速等于等于群速。群速。若若 ，则，则 ，这种情况称为，这种情况称为正常色散正常色散。若若 ，则，则 ，这种情况称为，这种情况称为非正常色散非正常色散。根据上述关系，求得根据上述关系，求得 矩矩形形波波导导的的相相速速 ，可可见见电电磁磁波波发发生生正正常常色散。色散。即即矩矩形形波波导导中中电电磁磁波波的的群群速速等等于于能能速速，这这是是正正常常色色散介质的共性。散介质的共性。根据上面结果，求得矩形波导中电磁波的根据上面结果，求得矩形波导中电磁波的 vp 与与vg 满足下列方程满足下列方程群速群速 当电磁波在当电磁波在导电导电介质中传播时，电磁波发生介质中传播时，电磁波发生非非正正常色散。此时，常色散。此时，上述关系不再成立。，上述关系不再成立。6.波导传输功率与损耗波导传输功率与损耗 根据电场及磁场的根据电场及磁场的横向横向分量，算出复能流密分量，算出复能流密度矢量，将其度矢量，将其实部实部沿沿横截面横截面积分，即可求得积分，即可求得传输传输功率功率。当当矩形矩形波导传输波导传输TE10波时，求得的传输功率波时，求得的传输功率为为 若若波波导导中中填填充充介介质质的的击击穿穿场场强强为为 ，则则矩矩形形波导的波导的最大传输功率最大传输功率为为为了安全起见，通常取为了安全起见，通常取 波导壁波导壁损耗的严格计算非常复杂，通常仍然利损耗的严格计算非常复杂，通常仍然利用用理想导电壁理想导电壁情况下的场强公式计算波导壁的损耗。情况下的场强公式计算波导壁的损耗。设衰减常数为设衰减常数为 ，则电场振幅可以表示为，则电场振幅可以表示为传输功率传输功率可以表示为可以表示为 计算计算填充介质填充介质产生的损耗，仅以有耗介质的产生的损耗，仅以有耗介质的等效介电常数等效介电常数代替原来的介电常数即可。代替原来的介电常数即可。即即波导中的损耗主要来自波导中的损耗主要来自填充介质填充介质和和波导壁波导壁。将上式对将上式对 z 求导，得求导，得单位长度单位长度内的功率衰减为内的功率衰减为此功率衰减就是单位长度内的功率损耗，即此功率衰减就是单位长度内的功率损耗，即因此，衰减常数为因此，衰减常数为 为了计算波导壁损耗，在宽为了计算波导壁损耗，在宽壁上取一小块导体，其长度及宽壁上取一小块导体，其长度及宽度均为度均为单位长度单位长度，深度等于，深度等于集肤集肤厚度厚度，如图示。，如图示。zy111x 当当电电流流为为z 方方向向时时，该该小小块导体的电阻为块导体的电阻为式中式中 为波导壁的电导率，为波导壁的电导率，RS 称为称为表面电阻率表面电阻率。zy111x 单单位位宽宽度度且且单单位位长长度度波波导导壁内的损耗功率为壁内的损耗功率为 式中表面电流式中表面电流 为波导壁表面的磁场强度。为波导壁表面的磁场强度。铝铝铜铜银银RS金金 属属表面电阻率表面电阻率 当矩形波导尺当矩形波导尺寸一定时，寸一定时，TE10 波波的的损耗最小损耗最小。当宽。当宽壁尺寸一定时，窄壁尺寸一定时，窄壁愈窄，衰减愈大。壁愈窄，衰减愈大。TM11 将将 沿单位长度波导沿单位长度波导内内壁进行积分，即可求得单壁进行积分，即可求得单位长度内波导壁引起的损耗功率位长度内波导壁引起的损耗功率 。由左图可见，在高频端，由左图可见，在高频端，圆波导中圆波导中TE01波波损耗最小损耗最小。当横截面的面积相等时，当横截面的面积相等时，矩形的周长大于圆的周长，矩形的周长大于圆的周长，因此，因此，圆波导损耗较小圆波导损耗较小。但是但是 TE01 波的截止波长波的截止波长并不是最长。若要实现并不是最长。若要实现 TE01 波波单模单模传输，必须设法传输，必须设法抑制抑制TM01、TE21及及TE11波。波。椭圆波导椭圆波导既可避免场型偏转，又可获得较小既可避免场型偏转，又可获得较小的损耗。的损耗。但是圆波导传输但是圆波导传输TE11波时，其场分布会发生波时，其场分布会发生横向横向偏转偏转。为了减少波导壁的损耗，应提高表面的为了减少波导壁的损耗，应提高表面的光洁度光洁度，可以镀可以镀银银或或金金。还可在波导中充入干燥的。还可在波导中充入干燥的惰性惰性气体气体以防止表面氧化。以防止表面氧化。例例 计计算算矩矩形形波波导导中中传传输输TE10波波时时，波波导导壁壁产产生生的衰减。的衰减。解解 已知当矩形波导传输已知当矩形波导传输 TE10 波时，波时，波导波导宽壁宽壁上的电流具上的电流具有有 x 分量及分量及 z 分量，而窄壁上分量，而窄壁上只有只有 y 分量。因此，分量。因此，单位长度单位长度内，