В прямоугольном волноводе TE и TM описывают продольные составляющие электромагнитного поля. Если волна распространяется вдоль z, то TE: Ez = 0; TM: Hz = 0. Это не названия двух разных материалов и не универсальное обозначение поляризации всей антенной системы.
1. Что означает TE
Transverse Electric означает отсутствие электрической составляющей вдоль направления распространения. У магнитного поля при этом есть продольная составляющая. Поперечные компоненты обоих полей остаются частью решения.
Для обычной однородной прямоугольной полости TEmn допускает нулевой m или n по отдельности, но не оба сразу. TE00 не является распространяющейся модой такой структуры.
2. Что означает TM
Transverse Magnetic означает Hz = 0, при наличии продольного электрического поля. Для TMmn оба индекса должны быть не меньше единицы. Поэтому TM10 и TM01 в этой модели не существуют.
TM11 не требует равенства a = b. Она существует и в неквадратном сечении, если частота выше её отсечения и структура возбуждает соответствующее поле.
3. Смысл индексов
m и n связаны с распределением поля по двум поперечным координатам. Это не число отдельных радиосигналов и не обозначение ватт. В резонаторе может применяться третий индекс для стоячего распределения вдоль продольной оси; запись TM110 нужно читать в контексте конкретного резонатора.
4. Отсечение и основная мода
Для идеального воздушного заполнения fc,mn = (c/2)√[(m/a)² + (n/b)²]. При a > b основная мода — TE10, с fc = c/(2a). Размеры вводятся в метрах.
| Мода | Критическая частота |
|---|---|
| TE10 | Около 6,56 ГГц |
| TE20 | Около 13,11 ГГц |
| TE01 | Около 14,75 ГГц |
| TE11 и TM11 | Около 16,15 ГГц |
Одинаковое отсечение TE11 и TM11 не означает одинаковое поле. Обычная рекомендуемая полоса WR-90 8,2–12,4 ГГц находится ниже этих высоких мод.
5. Длина волны и волновое сопротивление
Выше отсечения λg = λ0/√[1 − (fc/f)²]. В модели без потерь ZTE = η/√[1 − (fc/f)²], а ZTM = η√[1 − (fc/f)²], где η — сопротивление среды заполнения.
Это отношения компонент поля, а не универсальные клеммные сопротивления 50 Ом. На отсечении формулы имеют предельное поведение; ниже него нельзя подставлять модуль отрицательного подкоренного выражения и объявлять результат обычной бегущей волной.
6. Почему TEM — отдельный случай
В TEM-моде обе продольные компоненты равны нулю. Однородно заполненный полый волновод с одним проводящим контуром такую моду не поддерживает. Коаксиальная линия с внутренним и внешним проводниками поддерживает основной TEM-режим, хотя на высоких частотах тоже имеет ограничения.
Как использовать эти определения
Задайте сечение, среду и рабочую полосу, проверьте отсечения, затем способ возбуждения и переходы. Наличие допустимой моды не означает, что она будет возбуждаться с нужной амплитудой. Изгибы и ошибки геометрии могут влиять на модовый состав и отражения.
Формулы приведены в Microwaves101. Для волноводных компонентов Dolph Microwave сравнивайте указанные моды, полосу и интерфейсы, а не только форму корпуса.
