傳輸線中的電磁波模式簡(jiǎn)介

大家好，今天繼續(xù)我們的射頻入門學(xué)習(xí)。

在《同軸線》一文中，我們?cè)敿?xì)介紹了同軸線的相關(guān)知識(shí)，并介紹了同軸線中的電磁波的模式：TEM模，TE模和TM模。很多同學(xué)對(duì)電磁波的模式可能有些迷糊，今天我們一起來學(xué)習(xí)一下，解開大家的迷糊。

電磁波的模式是指在導(dǎo)波系統(tǒng)中能夠單獨(dú)存在的電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)或者分布，所以又稱為波型。通常根據(jù)模式是否具有縱向分量，主要分為兩大類。這里的縱向分量就是指沿著傳輸方向的分量，一般在坐標(biāo)系中用z-軸表示，如下圖所示，同軸線的坐標(biāo)系示意圖。

第一類是無(wú)縱向分量，即磁場(chǎng)和電場(chǎng)都沒有縱向分量，這樣電磁波只具有橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)分量，所以稱為橫電磁?；蛘邫M電磁波，英文縮寫為TEM模。TEM模的電磁場(chǎng)分量處于傳輸線的橫截面內(nèi)，只能由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的導(dǎo)體構(gòu)成，比如 上文所學(xué)的同軸線，平行雙線，帶狀線等。

對(duì)于同軸線來說，在橫截面上電場(chǎng)從一個(gè)導(dǎo)體指向另一個(gè)導(dǎo)體，磁場(chǎng)則環(huán)繞內(nèi)導(dǎo)體。在傳輸方向上，電場(chǎng)或者磁場(chǎng)周期分布。

TEM 模電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布（虛線表示磁場(chǎng)，實(shí)線表示電場(chǎng)）

第二大類就是有縱向分量，這里面又可以分為三小類。

①，電場(chǎng)有縱向分量，而磁場(chǎng)只有橫向分量，這樣的電磁波稱為橫磁?！猅M模/TM波；因?yàn)榭v向只有電場(chǎng)分量，所以又叫做電波， 電模，簡(jiǎn)記為 E波或者E模。所以呢，當(dāng)大家在文獻(xiàn)中看到TM?；蛘逧模的時(shí)候，不要迷糊，這兩個(gè)就是一個(gè)東西，兩個(gè)名稱而已。橫磁模的磁力線在傳輸線橫截面為閉合曲線，而電力線則為空間曲線。

TM11 模電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布（虛線表示磁場(chǎng)，實(shí)線表示電場(chǎng)）

同樣的，如果磁場(chǎng)有縱向分量，電場(chǎng)只有橫向分量的話，這樣的電磁波就是橫電模——TE 模/TE 波；因?yàn)榇艌?chǎng)有縱向分量，所以又叫做磁?；蛘叽挪ǎ琀?；蛘逪波。TE模的電場(chǎng)線在傳輸線的橫截面上分布。

TE10 模電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布（虛線表示磁場(chǎng)，實(shí)線表示電場(chǎng)）

還有一種是電場(chǎng)和磁場(chǎng)在傳輸方向上都有分量，這類模式稱為混合?；蛘呋旌喜?，電磁模? EH模，和磁電模 HE模，以及縱截面磁模 LSM模和縱截面電模 LSE模等都是混合模?；旌夏？梢钥闯墒荰E模和TM模的線性疊加?；旌夏Ｖ饕嬖谟陂_放傳輸系統(tǒng)或者不規(guī)則傳輸系統(tǒng)中。

如何區(qū)分電磁模和磁電模，LSM模和LSE模呢？

如果場(chǎng)的縱向分量以磁場(chǎng)為主，橫向分布類似于TE模，這種混合模被稱為磁電模， HE模，相反如果縱向分量以電場(chǎng)為主，橫向分布類似于TM模，這種混合模則被稱為電磁模 EH模；

如果沿著電磁波的傳播方向（縱向）剖面上僅存在磁場(chǎng)的混合模則被稱為縱截面磁模，LSM模；如果縱向剖面上僅存在電場(chǎng)的混合模則為縱截面電模， LSE模。

混合模在實(shí)際應(yīng)用中比較少，這里只了解概念即可。

下一節(jié)，我們一起來學(xué)習(xí)一下波導(dǎo)相關(guān)的。在5G開始的時(shí)候，波導(dǎo)又火了一把，我覺得隨著移動(dòng)通信頻率的升高，波導(dǎo)的重要性會(huì)愈發(fā)明顯。