波导缝隙阵列（二）

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2023-04-10 14:19:18 819

上篇文对波导一些指标，包括传播常数、截止频率以及截止波长，并对截止波长的分布做了简介。公式比较零散，现汇总到一张图里；

电磁传播特性公式汇总

关于截止波数的理解，这是个比较抽象的概念，网络上有个关于截止波数的文章，请查阅：

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

实际工程应用上的波导天线关键点还是在于让天线工作在单一的模式下，产品上易于实现，且分析起来较为方便。下面就将结合仿真和数学计算，加深对波导的理解。

Part1：矩形波导仿真

国内的矩形波导管尺寸都是有标准的，详情见“中华人民共和国国家标准 GB 11450.2-89”。以BJ100为例，其工作频率范围是8.20~12.5GHz，宽边a=22.86，窄边b=10.16。

根据国标建立如下模型，并对两边的管口进行波端口馈电。

波导模型

得到波导的仿真参数，在软件里设置相应的扫频监视器，E-Field、H-Field和Surfcae Current，基本可以清晰的看到相应的工作模式：

S11

E-Field@9GHz

E-Field@11GHz

H-Field@9GHz

H-Field@11GHz

surface current@9GHz

surface current@11GHz

Part2：数值计算

空气填充矩形波导，有a=22.80mm，b=10.16mm。

Q1：当工作波长为6cm、4cm和1.8cm时，波导可能传输哪些模式？

Q2：当工作波长为4cm时，其主模的β、λg，vp和波阻抗各为多少？

首先矩形波导的截止波数和截止波长的公式，见波导缝隙阵列（一）。对TE模，m和n不能同时为零，即不存在TE00模，最简单的TE模时TE10和TE01：对TM模，m和n不能为零，也即不存在TM0n和TMm0，最简单的TM模式时TM11。结合上面给出的截止波长的公式，可以通过截止波长的分布图来分析各种模式的传播状态:

波导内能传输TE和TM模式的条件是：传输波长小于截止波长λ＜λc（波数大于截止波数，k＞kc、工作频率大于截止频率f＞fc）；

因此，当工作波长为λ=6cm时，不存在传播模式，波导中的所有模式都截止；

当工作波长为λ=4.0cm时，只存在TE10，即单模传输；

当工作波长为λ=1.8cm时，可以传输TE10，TE20，TE01，TM11，也即多模传输；

主模也就是截止波长最大的模式，只有主模才能单模传输，对于a＞b的波导，TE10模式是主模，且λc(TE10)=2a=4.56cm。

当工作波长为4cm时，

相位常数：β==75.4rad/s

波导波长：λg=8.33cm

相速度：vp=6.25ⅹ10E8m/s

群速度：vg=1.44ⅹ10E8m/s

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