波导和传输线
导电结构引导电磁波，在截止频率以上支持离散模式，并传输信号和功率。
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Definition
研究电磁波被导电或介电结构限制和引导的现象，其中边界条件将传播限制为一组离散的模式，每种模式都具有截止频率和特征色散、阻抗和场模式。
Scope
本主题涵盖电磁波在传输线和空心或介质波导中的引导传播：横向电模、横向磁模和横向电磁模、截止频率、波导中的色散、特性阻抗、电报方程、驻波和谐振腔。它将导体上的边界条件与实际的信号和功率传输联系起来。
Core questions
- 边界条件如何选择波导可以支持的模式？
- 为什么空心波导有截止频率？
- 传输线如何传输信号，以及什么决定了它们的阻抗？
Key concepts
- TE、TM和TEM模式
- 截止频率
- 特性阻抗
- 电报方程
- 驻波比
- 谐振腔
- 波导色散
Key theories
- 波导模式和截止
- 导电壁上的边界条件将场限制为离散的横向电模和横向磁模，每种模式仅在由波导几何形状设定的截止频率以上传播。
- 传输线理论
- 电报方程根据分布电感、电容、电阻和电导描述线上电压和电流波，定义了特性阻抗和来自失配负载的反射。
Clinical relevance
波导和传输线在雷达、卫星和微波链路、加速器和磁共振射频系统、印刷电路互连以及微波加热和消融设备中传输信号和功率。
History
赫维赛德在19世纪末发展了传输线理论和电报方程。瑞利于1897年分析了空心波导中的波传播，而实用的空心波导和微波技术在20世纪30年代至40年代随着索思沃思、巴罗等人的工作而成熟。
Key figures
- Oliver Heaviside
- John William Strutt (Lord Rayleigh)
- George Southworth
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- pozar2011
Frequently asked questions
- 为什么空心波导在低于某个频率时会停止传输？
- 边界条件迫使场适应具有最小空间尺度的横向模式；低于相应的截止频率，波无法满足这些条件，并衰减而不是传播。
- 什么是特性阻抗？
- 它是沿传输线传播的波的电压与电流之比，由线的几何形状和材料决定；负载与它匹配可以防止反射。