[科普中国]-椭圆波导

导波与导波系统

凡是能够引导电磁波定向传输的的装置统称为导波系统，被引导定向传输的电磁波称为导行电磁波，简称波导。

导波系统又称为传输线，在一个实际的射频、微波系统里，传输线是最基本的构成，它不仅起到连接信号的作用，而且传输线本身也可以构成某些元件，如电容、电感、变压器、谐振电路、滤波器、天线等。在导波系统中，设传输方向沿z轴方向，传输的电磁波可以根据电场E和磁场H的纵向分量Ez和Hz的存在与否分为三类：1）如果Ez=0，Hz=0，则E、H完全在横截面内，这种波称为横电磁波，简记为TEM波，这种波型不能用纵向场法求解；如果Ez≠0，Hz=0，则在传播方向只有电场分量，磁场只在横截面内，成为横磁波或者电波，简记为TM波或者E波；如果Ez=0，Hz≠0，则在传播方向只有磁场分量，电场只在横截面内，成为横电波或者磁波，简记为TE波或者H波。

椭圆波导的简介椭圆波导的横截面呈椭圆形。它可以用铜或铝制成，波导壁可以是皱纹或不带周围的结构型式；一般都具有一定的柔软性和可弯曲性。

椭圆波导的应用矩形和圆形金属波导的应用是很广泛的，但把他们用作长距离传输能量的波导时，会在结构和安装方面遇到很多困难。其中，对圆波导而言，结构和尺寸的微小变化，都会引起传输波形的变化或极化面的旋转。利用椭圆波导则会很好的克服这些困难。与矩、圆形波导相比，椭圆波导可以制作得更长，可以省去许多连接元件，可弯曲，敷设方便；在同样要求下，重量较轻；传输波形也较稳定。因此，在长距离微波传输方面，卫星通讯以及其它的电子设备中都得到了广泛的应用。

椭圆波导传输特性的分析关于椭圆波导中电磁波的传播问题早在1938年由朱兰成首先作了分析。但是，为了建立一种新颖的微波传输线而广泛地研究椭圆波导，还只是近十多年的事情。由金属带条制造大长度波纹管，并在此基础上制造波纹椭圆波导的设备和工艺的发展，促进了椭圆波导的研制。目前，椭圆波导作天线的馈线广泛的应用于移动通信、微波中继通信、卫星通信地面站、超高频电视和船舶雷达等电子设备中，被认为是厘米波段最有前途的一种新型馈线。

和矩形波导和圆形波导相似，在分析椭圆波导的传输特性时，应当利用合适的坐标系。椭圆柱坐标系中求解椭圆波导的波动方程是最方便的。

椭圆波导的结构设计与应用1）截面尺寸的确定与波纹参数的考虑

2）椭圆波导允许传输功率的计算

3）椭圆波导的应用特点与茧形波导

工程应用的椭圆波导，大部分都是柔软式的结构。这使得椭圆波导具有与普通刚性结构矩形波导不同的特点，主要是：

①可绕在电缆盘上，易于大长度运输；

②重量轻，敷设简单省时，易于跨越障碍物；

③不需要弯波导、扭波导等元件和中间法兰，可以整体敷设；

④易于大长度制造，可达几百米；

⑤节省铜材，降低成本；

⑥由于连接元件和法兰的减少，线路的总效果接近或优于矩形硬波导系统；而且极化稳定，气密性好，性能可靠。

茧形波导除了保持与椭圆波导几乎相同的机械性能意外，还具有下列优点：

①较小衰减，在长轴相等时，衰减小于椭圆波导；

②特性阻抗与矩形波导相近，易于使两者宽频带匹配；

③表示茧形界面的几何形状的参数较多，设计自由度较大。1