微波工程 - 波导

一般来说，如果信号或特定信号频带的频率较高，则带宽利用率较高，因为该信号为其他信号提供了更多的累积空间。然而，高频信号无法在不衰减的情况下传播更长的距离。我们已经研究过，传输线有助于信号传输更长的距离。

微波通过微波电路、组件和设备传播，这些微波电路、组件和设备是微波传输线的一部分，通常称为波导。

通过从管内壁连续反射传输电磁波的均匀横截面的空心金属管称为波导。

下图显示了波导的示例。

在微波通信中，通常首选波导。波导是一种特殊形式的传输线，它是一种空心金属管。与传输线不同，波导没有中心导体。

波导的主要特性是 −

• 管壁提供分布式电感。

• 管壁之间的空隙提供分布式电容。

• 这些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。

• 它们的损耗非常低(低值alpha 衰减)。

• 当微波能量通过波导时，其损耗比同轴电缆要低。

波导类型

波导有五种类型。

• 矩形波导
• 圆形波导
• 椭圆形波导
• 单脊波导
• 双脊波导

下图显示了波导的类型。

上面显示的波导类型是中心空心的，由铜壁组成。这些材料在内表面有一层薄薄的 Au 或 Ag 衬里。

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是 −

• 可以支持 TEM 波的 双导体结构 称为传输线。

• 可以支持 TE 波或 TM 波但不支持 TEM 波的 单导体结构 称为波导。

下表列出了传输线和波导之间的区别。

相速度

相速度是波改变其相位以经历2π弧度的相移的速率。它可以理解为正弦波的波分量在调制时的速度变化。

让我们推导出相速度方程。

根据定义，应考虑2π弧度处的相位变化率。

这意味着，$λ$ / $T$因此，

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

其中，

$λ$ = 波长和 $T$ = 时间

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

因为 $f = \frac{1}{T}$

如果我们将分子和分母除以 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单独载波的传播速率。该调制波穿过波导。

群速度方程表示为

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

调制包络的速度通常比载波信号慢。