微波工程 - 波导

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一般来说，如果信号或特定频带信号的频率较高，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远的距离。我们研究了传输线有助于信号传输更远的距离。

微波通过微波电路、组件和设备传播，这些电路、组件和设备充当微波传输线的一部分，广泛称为波导。

具有均匀横截面的中空金属管，通过管内壁的连续反射来传输电磁波，称为波导。

下图显示了波导的示例。

在微波通信中通常优选波导。波导是传输线的一种特殊形式，是一种空心金属管。与传输线不同，波导没有中心导体。

波导的主要特点是 -

• 管壁提供分布电感。

• 管壁之间的空白空间提供分布电容。

• 这些体积庞大且昂贵。

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）。

• 波导中的功率损耗可以忽略不计。

• 它们的损耗非常低（α 衰减值低）。

• 当微波能量通过波导传播时，其损耗比同轴电缆要低。

波导的类型

有五种类型的波导。

• 矩形波导
• 圆形波导
• 椭圆波导
• 单脊波导
• 双脊波导

下图显示了波导的类型。

上面显示的波导类型是中心空心的，由铜壁组成。它们的内表面有一层薄薄的金或银衬里。

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 波的两导体结构是传输线。

• 能够支持TE波或TM波但不能支持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差异。

相速度

相速度是波改变相位以经历2π弧度相移的速率。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的方程。

根据定义，需要考虑2π弧度处的相位变化率。

这意味着$λ$ / $T$因此，

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

在哪里，

$λ$ = 波长，$T$ = 时间

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

由于 $f = \frac{1}{T}$

如果我们将分子和分母乘以2π那么，我们有

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

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

上面的方程可以写成，

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

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通过波导传播的速率。这可以理解为调制包络与单独载波相比的传播速率。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。