微波工程 - 波导

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通常，如果信号或特定信号频带的频率较高，则带宽利用率较高，因为信号为其他信号提供了更多的累积空间。但是，高频信号在不衰减的情况下无法传播更长的距离。我们已经研究过传输线有助于信号传播更长的距离。

微波通过微波电路、元件和器件传播，这些电路、元件和器件充当微波传输线的一部分，通常称为波导。

用于通过管壁的连续反射传输电磁波的横截面均匀的空心金属管称为波导。

下图显示了一个波导的示例。

波导通常在微波通信中使用。波导是一种特殊的传输线形式，它是一个空心金属管。与传输线不同，波导没有中心导体。

波导的主要特性如下：

• 管壁提供分布电感。

• 管壁之间的空隙提供分布电容。

• 它们体积庞大且价格昂贵。

波导的优点

以下是波导的一些优点。

• 波导易于制造。

• 它们可以处理非常大的功率（以千瓦为单位）。

• 波导中的功率损耗非常小。

• 它们提供非常低的损耗（α-衰减值低）。

• 当微波能量通过波导传播时，它比同轴电缆经历更低的损耗。

波导类型

波导有五种类型。

• 矩形波导
• 圆形波导
• 椭圆波导
• 单脊波导
• 双脊波导

下图显示了波导类型。

上面显示的波导类型在中心是空心的，由铜壁制成。它们在内表面有一层薄薄的Au或Ag涂层。

现在让我们比较一下传输线和波导。

传输线与波导

传输线和波导之间的主要区别在于：

• 双导体结构可以支持TEM波的是传输线。

• 单导体结构可以支持TE波或TM波，但不能支持TEM波的称为波导。

下表列出了传输线和波导之间的区别。

相速度

相速度是指波为了发生2π弧度的相移而改变其相位的速率。可以理解为正弦波的波分量在调制时速度的变化。

让我们推导出相速度的方程。

根据定义，需要考虑2π弧度的相位变化率。

这意味着，$λ$ / $T$ 因此，

$$V = \frac{\lambda }{T}$$

其中，

$λ$ = 波长，$T$ = 时间

$$V = \frac{\lambda }{T} = \lambda f$$

因为 $f = \frac{1}{T}$

如果我们将分子和分母乘以2π，则有

$$V = \lambda f = \frac{2\pi \lambda f}{2\pi }$$

我们知道 $\omega = 2\pi f$和 $\beta = \frac{2\pi }{f}$

上述方程可以写成，

$$V = \frac{2\pi f}{\frac{2\pi }{\lambda }} = \frac{\omega }{\beta }$$

因此，相速度的方程表示为

$$V_p = \frac{\omega }{\beta }$$

群速度

群速度可以定义为波在波导中传播的速率。这可以理解为调制包络相对于载波本身的传播速率。此调制波通过波导传播。

群速度的方程表示为

$$V_g = \frac{d\omega }{d\beta }$$

调制包络的速度通常比载波信号慢。