HOME » Импеданс прямоугольного волновода: TE, TM и пример WR-90

Импеданс прямоугольного волновода: TE, TM и пример WR-90

Волновой импеданс прямоугольного волновода зависит от моды, частоты, сечения и заполняющей среды. Для TE10 в воздушном WR-90 на 10 ГГц он составляет около 499 Ом. Это отношение поперечных полей, а не сопротивление, которое напрямую сравнивают с 50-омным коаксиальным портом как два резистора.

Волновой импеданс и опорный порт

Для отдельной моды определяют отношение поперечного электрического поля к соответствующему магнитному. У полого волновода нет единственного двухзажимного определения напряжения и тока, поэтому эквивалентная линия и S-параметры требуют выбранной нормировки.

Сначала уточните, описывает ли число поле E/H или опорный импеданс измерения. Связь с коаксиалом обеспечивается структурой возбуждения и согласования.

Формула для TE

В идеализированной однородной среде без потерь выше отсечки ZTE = ωμ/β = η/√[1−(fc/f)²]. Здесь η = √(μ/ε) — импеданс среды, около 377 Ом для воздуха.

В той же модели ZTE = ηλg/λ, где λ — длина волны в заполняющей среде, для воздуха практически свободная. При приближении к отсечке сверху идеализированное значение растёт.

Для TM зависимость обратная

ZTM = β/(ωε) = η√[1−(fc/f)²]. Непосредственно выше отсечки эта величина мала. TE-формула не подходит автоматически всем модам.

У TM-мод прямоугольного волновода оба индекса должны быть положительными. TM10 не является соответствующей физической модой этой модели.

Пример WR-90

При внутренних a = 22,86 мм и b = 10,16 мм отсечка TE10 равна c/(2a) ≈ 6,557 ГГц. Хотя b не входит в эту конкретную формулу, оно влияет на другие моды и характеристики.

Воздушное заполнение и TE10 без потерь
Частота Волновой импеданс
8,2 ГГц Около 627 Ом.
10 ГГц Около 499 Ом.
12,4 ГГц Около 444 Ом.

Таким образом, диапазон 480–520 Ом не описывает всю обычную рабочую полосу. При повышении частоты требуется проверять высшие моды, а возможность вычислить TE10 не гарантирует пригодности изделия.

Ниже отсечки и при потерях

Ниже отсечки поле рассматривают как эванесцентное, а не обычную бегущую волну. В зависимости от знакового соглашения соответствующий импеданс принимает реактивную форму.

Нельзя заменить отрицательное подкоренное выражение его модулем и объявить результат реальным импедансом распространяющейся моды. При потерях и сложном заполнении нужны более общие комплексные модели.

Разница 10% не означает отражение 20%

В простой модели линии с реальной нагрузкой 1,1Z относительно Z, Γ = (1,1−1)/(1,1+1) ≈ 0,0476. Отражённая мощность составляет примерно 0,227%.

При этом сложную ступень волновода нельзя свести к двум таким сопротивлениям, игнорируя поля и высшие моды. Применяйте электромагнитный анализ или корректные S-параметры.

Что записывать при измерении

Фиксируйте полосу, моды, плоскости калибровки, нормировку и окончания. Число опорного импеданса на экране VNA не является прямым измерением E/H внутри трубы.

Оптический волновод с голографическим элементом относится к другому описанию среды и мод. Термин «волновод» не делает все формулы для полой металлической трубы применимыми к HOE.

Используйте волноводные соотношения и таблицу сечений, различая размеры, отсечку и гарантированные параметры компонента.

latest news
Scroll to Top
Blank Form (#3)