简述波导的不同类型

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在射频和微波系统中,波导是性能最高的互连和无源部件,且为微波器件的中流砥柱。因为我们所使用的各种微波器件大多数都是波导结构构成的。波导主要是在给定频带有效地传输射频信号能量,且其波导的主要构造是金属导电材料,可以处理极高功率的电平。今天我们就一起来认识一下波导的各种类型。

(一)波导的基本知识

从名字来看,波导是一种空心导电结构,引导电磁波沿着一个路径行进。波导的导电内壁沿路径以低损耗和接近光速的方式反射电磁波能量。

WR-5直波导,UG-/U-Mod圆盖法兰,GHz~GHz,1英寸

波导与传输线的区别

1)结构不同波导通常是中空的,传输线具有内部导电结构,实现所需传输模式,但波导也是一种隔离效果优异、损耗极低,且弯曲时不发生性能下降的完全屏蔽大功率传输线。波导在一定程度上存在制造成本高、体积和重量大且不允许在射频信号附近传输直流电流的缺点。

2)支持模式波不同传输线采用横向电磁(TEM)模式波,波导支持横向电和/或横向磁(TM)模式波,这相当于从波导内壁“反弹”的电磁波。

3)微带线、带状线或同轴电缆等传输线也可视作波导,通常称为实芯介质波导。在大功率微波波导中,由于线路可能会发生过热问题,因此还需要通过加压空气、环流空气或类似于氟利昂的气体保持波导冷却,并防止电弧放电。

对于波导而言,导电内壁起到引导波阵面注入波导的作用,并表现出作为波导内部几何形状的函数的分布电感和电容。这导致了波阻抗,而不是传输线特性阻抗。因此,波导内壁的特性对电气性能最为关键,这就是为什么波导通常涂有金属,以防止腐蚀并增强表面光洁度。

因此在波导内部镀上一层较薄的导电材料也可以提高能量传递效率和波导的功率处理能力。与同轴电缆中使用的介质材料相比,其具有非常低的色散和损耗。

(二)波导的基本类型

由波导的内部横截面的形状可将波导分为几种类型。主要有矩形、圆形、椭圆形、鳍形、平行板、衬底集成、单脊和双脊。在射频系统中使用的最常见的波导是矩形、圆形、椭圆、单脊和双脊,其中矩形波导最常见。

WRD-双脊波导机电式继电器开关,SPDT/DPDT,18GHz~40GHz,2KW,UG盖,28V,自切断闩锁

矩形和椭圆形波导也有灵活的版本。柔性波导通常是某种类型的互锁波纹结构,其特征足够小,基本上不会干扰波导的基本模式。柔性波导,尽管在某些应用中通常是有用的或必要的,但往往表现出比刚性波导更低的性能,但通常可以节省一些重量。

圆形和椭圆形波导被认为比矩形波导更专业。然而,也有一些应用,例如旋转接头,其中圆形波导非常有用。圆形波导在物理上往往比矩形波导大,这也有助于极高频率的应用,因为矩形波导可能非常小,制造成本很高,并确保了良好的公差。圆形波导也可以表现出比矩形波导更低的单位长度衰减,并且更适合长距离应用。此外,圆形波导能够同时引导圆偏振波以及线性垂直和水平偏振波。




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