[科普中国]-导波长

简介

导波长λg又称导内波波长，是工作电磁波在波导中两侧壁来回反射，形成电磁场场强沿波导传播方向的周期性分布，这种周期就对应于波导波长λg，可以利用微波测量系统测量波导内部的波导波长λg。

导波定义导波是井内波场中斜射到井壁上，在井壁间多次反射和沿井传播，并径向干涉的那些波。对于地层横波速度大于井中流体波速的硬地层，井中以大于横波全反射角射向井壁的波，即使经过井壁间多次反射，能量也不会散失到井外，这部分波径向干涉形成驻波所对应的导波，沿井传播没有衰减，统称为传播模式。伪瑞利波和斯通利波就属于这一类。1

构成部分那些以小于横波全反射角射向井壁又多次在井壁间反射的波，每在井壁反射一次，就会有部分能量透射到井外，这部分波在井内传播径向也产生干涉效应形成导波。由于能量不断的被泄漏到井外，这类导波是衰减的，称为泄漏模式波，或简称漏模。以纵、横波临界角射向井壁的反射波，称为回响波，也构成导波的一部分。2

分类及形成当介质中有一个以上的交界面存在时，就会形成一些具有一定厚度的“层”。位于层中的超声波将要经受多次来回反射，这些往返的波将会产生复杂的波形转换且波之间发生复杂的干涉。若一个弹性半空间被平行于表面的另一个平面所截，从而使其厚度方向成为有界的，这就构成了一个无限延伸的弹性平板。位于板内的纵波、横波将会在两个平行的边界上产生来回的反射而沿平行板面的方向行进，即平行的边界导致超声波在板内传播。这样的一个系统称为平板超声波导。除此之外，圆柱壳、棒及层状的弹性体都是典型的波导。在波导中传播的超声波称为超声导波。3

导波长测量利用微波全反射测量导波长可用下式进行计算：

其中，λ是工作波长，它是微波源发射的电磁波在波导中传播的波长，它是连续的等幅波。在自由空间或波导中传播工作波长是相同的。

这种波的发射机构是反射式速调管中的电子束经受速度调制后所发射的电磁波。

微波在波导两侧全反射沿Z方向传播

微波在波导中全反射使电磁场沿Z方向出现周期性分布，对应的长度称为波导波长λg：

可用吸收谐振的方法测量微波发射频率，然后再计算工作波长λ。圆柱形腔体经耦合孔与波导相通，改变腔体的固有频率，当与微波的频率相同时。腔体就共振吸收微波能量，传播的微波能量就会减小，从而测到微波频率。

用驻波的方法测量波导波长。在波导中形成驻波，用测量线测量驻波中的电场，可求得λg 。

利用驻波测量导波长当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z=0）短路时，将形成驻波状态。波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：

在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图所示。

将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。4

将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值Z1节和Z2节），就可求得波导波长为：

由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：

把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流值相同（I0）时小探针所处的两个不同位置（Z1左及Z1右）（电流值越小越精确），则其平均值即为理论节点位置：

用相同的方法测得相邻电压波节点（Z2节）处的Z2左及Z2右

最后可得（如下图）。

注意：① 测出一个电压波节点位置之后，将小探针向相邻波节点移动时，要随时加大选频放大器的衰减量，以防选频放大器电流表过载损坏！

② 为检验测量的准确性，可以应用理论公式进行验算：