关于波导传输模式的问题

00d44

lswluo 发表于 2010-11-16 18:28

                               
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有这样一座桥，可以走狮子、也可以走老虎、但不能走大象
现在桥上走了狮子一家子和老虎一家子，但你不能说 ...

太形象了

00d44

这个问题引出的好

lswluo

cem-uestc 发表于 2010-11-16 19:44

                               
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实际工作，还是单模

波导是可以同时存在多个模式的，
如果不满足主模工作条件，当然可以存在高次模。
此外在波导不连续处，会有高次模。

panvv123

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我提供个直观的方法啊，比如TE波磁场为H1，有电场E1=n*E1， 能量k1=E1*H1；
TM波电场为E2，有磁场H2=b*E2，能量k2=H2*E2。如果两个波在一起，那么就有电场E1+E2，磁场H1+H2，合成能量为kh=K2+K1=H2*E2+E1*H1----------如果是TEM波的话，就是Kt=(E1+E2)*（H1+H2），注意都是矢量相乘。明显这两个式子在一般情况下不相等吧，所以我觉得好像不能像楼主这么理解吧。

panvv123

我认为可以简单的认为，矩形波导将无限介质空间分成了波导内和波导外两个部分，金属壁破坏了电磁场在空间的连续性，所以不能传输TEM波，（就像微带线一样，只能传输准TEM模）。

limo

在一个矩形波导中可以同时传输TE模式和TM模式。
首先说明一个概念，TE和TM模式是我们对电磁波进行的一种人为划分，因为TE模式和TM模式都是可以分别满足麦克斯韦方程的。楼主有一个误解，不是TE波要求Ez=0，而是我们将Ez=0的波定义为TE波。在一个矩形波导中，当TE和TM波都存在时，则同时有Ez和Hz两项。（这里有一个更深入的问题——耦合。对于一个理想金属的标准矩形波导，TE波和TM波同时存在时是可以解耦的，也就是说两者不会相互影响，在一些诸如介质波导的结构中是不能解耦的，也就是说在那类波导中只能有混合模式HE模式）。
对于TEM波，其定义是在横截面场是无变化的，以矩形波导为例，其横向波矢kx和ky都为零，纵向波矢kz=k0.根据矩形波导的边界条件，这个是无法满足的，因此在矩形波导中是没有TEM波的。楼主可以这样记忆，凡是单导体的结构是肯定不能支持TEM波的，如矩形波导，圆柱波导。双平板和同轴波导都是可以支持TEM波的。
如上结论都是从麦克斯韦方程组引出的Hemholtz方程，加上边界条件求解得到的。建议遇到这类问题楼主多想想边界条件就容易理解了。

phylos

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是很形象，狮子一家子加上老虎一家子，重量也许跟大象相仿，但是它们本质不是大象，所以不能说走的这一群狮子老虎是大象。这个回答闪耀着智慧。

00d44

大家都是高手，我是菜鸟，飘过

phylos

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十分感谢你从知识层面给我作出的详细解释。还指出了我认识的误区。让我对波导模式有了更深刻地理解。
你说将Ez=0的波定义为TE波，在矩形波导中，当TE和TM波同时存在时刚同时有Ez和Hz两项，即Ez,Hz为非零的。既然非零，又怎么定义成TE或TM波？这个问题是不是就与耦合有关？
书上讲波导的正规模特性时，讲到它具有：对称性，正交性和完备性。我理解的正交性，就是各种模式之间没有耦合。是不是说当TE和TM波同时存在时，对于TE波Ezte=0,Hzte不等于0;对于TM波Hztm=0,Eztm不等于0。因为正交性，Ezte和Hzte对TM波没有影响，Eztm和Hztm对TE波没有影响？这样总的看来Hz和Ez是不为0的，而又满足TE和TM的定义。这种理解对不？

phylos

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这个方法确实很直观，从能量的角度来看二者是不同的。我觉得这中间应该也有耦合的原因。前者无耦合，后者有耦合。
谢谢！