空心金屬波導一般要求和測量方法

A. 波導是什麼東西

波導（WAVEGUIDE），用來定向引導電磁波的結構。

在電磁學和通信工程中，波導這個詞可以指在它的端點間傳遞電磁波的任何線性結構。但最初和最常見的意思是指用來傳輸無線電波的空心金屬管。這種波導主要用作微波頻率的傳輸線，在微波爐、雷達、通訊衛星和微波無線電鏈路設備中用來將微波發送器和接收機與它們的天線連接起來。

常見的波導結構主要有平行雙導線、同軸線、平行平板波導、矩形波導、圓波導、微帶線、平板介質光波導和光纖。從引導電磁波的角度看，它們都可分為內部區域和外部區域，電磁波被限制在內部區域傳播（要求在波導橫截面內滿足橫向諧振原理）。

概述

通常，波導專指各種形狀的空心金屬波導管和表面波波導，前者將被傳輸的電磁波完全限制在金屬管內，又稱封閉波導；後者將引導的電磁波約束在波導結構的周圍，又稱開波導。

介質波導採用固體介質桿而不是空心管。光導纖維是在光頻率工作下的介質波導。微帶、共面波導、帶狀線或同軸電纜等傳輸線也可以認為是波導。

當無線電波頻率提高到3000兆赫至 300吉赫的厘米波波段和毫米波波段時，同軸線的使用受到限制而採用金屬波導管或其他導波裝置。波導管的優點是導體損耗和介質損耗小；功率容量大；沒有輻射損耗；結構簡單，易於製造。波導管內的電磁場可由麥克斯韋方程組結合波導的邊界條件求解，與普通傳輸線不同，波導管里不能傳輸 TEM模，電磁波在傳播中存在嚴重的色散現象，色散現象說明電磁波的傳播速度與頻率有關。表面波波導的特徵是在邊界外有電磁場存在 。其傳播模式為表面波。在毫米波與亞毫米波波段，因金屬波導管的尺寸太小而使損耗加大和製造困難。這時使用表面波波導，除具有良好傳輸性外，主要優點是結構簡單，製作容易，可具有集成電路需要的平面結構。表面波波導的主要形式有：介質線、介質鏡像線、H-波導和鏡像凹波導。

金屬管波導中的電磁波可以想像為沿Z字形路徑在波導中行進，在波導的壁之間來回反射。對於矩形波導的特殊情況，可以立足於這種觀點的精確分析。在介質波導中的傳播也可以同樣的方式看待，波被電介質表面的全內反射限制在電介質的內部。一些結構，如無輻射介質波導和高保線，使用金屬壁和電介質表面來限制波。

B. 空心金屬波導管內能傳TEM波嗎為什麼電磁波能在金屬波導管內傳播的條件是什麼

空心金屬波導管內能傳TEM波嗎？為什麼？

答：

空心矩形波導管里可以傳播TEM波。這個根據TEM波能夠傳播的邊界條件就可以知道。既是橫電波，又是橫磁波，所以電場是平行的。在兩邊界要容納整數個波長，必然是矩形。

電磁波能在金屬波導管內傳播的條件是什麼？

根據麥克斯韋方程組的邊界條件，符合的 就行。對於金屬波導管來說，就是邊界上電場為0.

C. 如何比較准確地測出波導波長請從測量方法

基本上所有與光的波動性有關的實驗都可以測量光的波長，例如：牛頓環、法布里-珀羅干涉儀、密集光波分復用系統的波長測量、激光功率計（指針式）光功率表、光柵、菲涅耳雙棱鏡、雙縫、衍射光柵、投射光柵、折射光柵等。
光譜儀，麥克爾遜干涉儀，以及其他一些干涉儀器，通常都是測量的單一光波波長，沒有一個普遍范圍，而對光源要求又很高，要求激光光源，有良好相乾性。光譜儀測量光波長的，不僅測量有什麼樣的光波長，每種光波長的強度多少，光譜寬度多寬，光譜峰值功率在哪。

D. 矩形波國家標准規范

矩形波本身國家還沒有標准規范，空心金屬波導矩形波有國家標准規范：
GB/T 11450.2-1989 空心金屬波導 第二部分:普通矩形波導有關規范
GB/T 11450.3-1989 空心金屬波導 第三部分:扁矩形波導有關規范
GB/T 11450.4-1989 空心金屬波導 第4部分:圓形波導有關規范

E. 請解釋一下電磁波導中常提到的「本徵模」「橫模」「縱模」概念

本徵模：
滿足諧振條件沿軸線縱向方向形成的駐波場即為諧振腔的本徵模式。

橫模：在激光器諧振腔中，把垂直於傳播方向上某一橫截面上的穩定場分布稱為橫模，即橫截面上光強的分布。
原理：
如果激光器的諧振腔兩反射面及工作物質端面都是理想平面，就不會有除了基模以外的其它橫模輸出。這種情況下只有一個以工作物質直徑為直徑的基模輸出。因為此時只有基模狀態下的光才能形成多次反射諧振的條件。
但是事實上反射面和端面都不可能是理想平面，尤其是在固體激光器中，工作物質受熱發生凸透鏡效應，導致腔內經過工作物質、與基模方向略有差異的某些光也可能符合多次反射的諧振條件，於是激光器會輸出幾個方向各不相同的光束。（這個方向差異通常非常小）
多橫模損害了激光器輸出的良好方向性，對聚焦非常不利，因此在需要完美聚焦的情況下，應當盡量減少橫模。

縱模：
縱模是指沿諧振腔軸向的穩定光波振盪模式，對激光的輸出頻率影響較大，能夠大大提高激光的相乾性，因此常常把激光器縱模的選取稱為激光的選頻技術。
原理：
以氣體放電管為例，通常它所發射的光波的頻率寬度比較大。如果把放電管放在光學諧振腔內，經過諧振腔的選頻，可使它所發射的光波的頻率寬度變窄。例如氖放電管所發射的光波的中心頻率為4.7×10^14赫，頻率寬度為△v=1.5×10^9赫。如果諧振腔長度為1米，滿足共振條件的許多光頻率中相鄰兩個共振頻率之差△V』=1.5×10^8赫。氖放電管配置諧振腔後，發射的光波數為△V/△V′，即有10種頻率的光波。如圖所示，曲線a代表放電管所發光波的頻率輪廓，直線b的橫坐標為中心頻率，曲線a的半值寬度即放電管所發光波的頻率寬度。配置諧振腔後，一定的腔長有一定的相鄰共振頻率之差。圖曲線a下面的各條直線的間隔即為相鄰共振頻率之差。因此原來放電管所發光的頻率范圍很大，曲線a下面的各種頻率的光都有。加上諧振腔後就不同，它要求相鄰兩光頻率之差滿足一定要求。例如圖曲線a下面的頻率中，只有各條直線代表的頻率才可能。當然這些頻率的光波也有自然寬度。