本文來(lái)自射頻學(xué)堂

一提到電磁波的模式，相信很多同學(xué)都有點(diǎn)懵逼。到底什么是模式？又該怎么去區(qū)分不同的傳輸模式。說(shuō)實(shí)話，我也搞不靈清，常常看不懂到底諧振了個(gè)啥。

今天我們一起來(lái)學(xué)習(xí)下“電磁波的模式Mode”。

我們先看一下模式的定義：模式是指特定頻率的能量集中在特定結(jié)構(gòu)中的形式。諧振器中的模式是指諧振頻率及其諧振形式，在波導(dǎo)或傳輸線的情況下，它是指（特定頻帶的）電磁波傳播的形式。這與能量根據(jù)結(jié)構(gòu)特性集中在特定頻率的現(xiàn)象有關(guān)。這里重要的是模式最終由結(jié)構(gòu)的形狀決定。這意味著為了讓用戶使用特定模式，必須設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以使所需的頻率能量收斂到模式。

電磁波的模式都有什么類(lèi)型呢？

我們首先看一下傳輸模式，待會(huì)再聊諧振模式。在實(shí)際應(yīng)用中，TEM、TE、TM 三種傳播模式被廣泛應(yīng)用于電路/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的傳播模式。這是由電磁波傳播的方向以及E場(chǎng)和H場(chǎng)是否相互垂直決定的。

TEM （橫電磁波）：當(dāng)電磁波的傳播方向與 E 場(chǎng)和 H 場(chǎng)都垂直時(shí)，如下圖所示：

傳輸線的方式有微帶線、帶狀線、同軸線、共面波導(dǎo)、平行板等。由于兩種金屬在某一方向平行行進(jìn)，所以E場(chǎng)和H場(chǎng)可以在行進(jìn)方向上同時(shí)相互垂直存在。

TE （橫向電）：當(dāng)只有 E 場(chǎng)垂直于行進(jìn)方向時(shí)。

TM (Transverse Magnetic)：當(dāng)只有 H 場(chǎng)垂直于運(yùn)動(dòng)方向時(shí)。

這種模式是在一般金屬波導(dǎo)（波導(dǎo)）的情況下形成的，與傳輸線不同，平面波的特定場(chǎng)分量的反彈效應(yīng)發(fā)生在一個(gè)金屬管內(nèi)，因此E場(chǎng)或H場(chǎng)都不能垂直向行駛方向。波導(dǎo)的TE和TM模式是根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)自動(dòng)確定的，為了使用特定的模式，相應(yīng)地確定了波導(dǎo)的尺寸。用平面圖可能很難理解，但是如果仔細(xì)觀察上圖，您會(huì)發(fā)現(xiàn) E 場(chǎng)或 H 場(chǎng)中只有一個(gè)垂直于電磁波的傳播方向，看起來(lái)好像是特定的場(chǎng)上下反射。圖中可以看出，兩個(gè)方向施加的場(chǎng)都與運(yùn)動(dòng)方向垂直，而上下方向施加的場(chǎng)被反射，其角度不斷變化，因此不垂直于運(yùn)動(dòng)方向.

 模式系數(shù)

在模式中，像TE 21和TM 01 一樣，指示階次的系數(shù)作為下標(biāo)被附加，并且它們主要被歸類(lèi)為在TE/TM波中重要的。電磁波以電壓跨越+和-的半波長(zhǎng)為單位具有最強(qiáng)的共振特性。下圖顯示了矩形波導(dǎo)的橫截面，從 概念上很容易理解TE 10和 TE 20模式之間的區(qū)別。在TE 30的情況下，在一個(gè)單位行進(jìn)路徑中存在三個(gè)半波長(zhǎng)分量，而在TE 01的情況下，這意味著在與下圖垂直的方向上沿著單位行進(jìn)路徑存在一個(gè)半波長(zhǎng)。它并不完全如下圖所示進(jìn)行，但很容易理解模式系數(shù)與波數(shù)有關(guān)。

制造普通矩形波導(dǎo)時(shí) ，模式的創(chuàng)建順序?yàn)門(mén)E 10 - TE 20 - TE 01 -TE 11 、TM 11 ... 在這里，模式的產(chǎn)生并不意味著它是人工制造的，而是隨著電磁波相對(duì)于結(jié)構(gòu)特性來(lái)回移動(dòng)，能量自動(dòng)收斂到模式。這里，能量最集中的第一種模式稱(chēng)為主導(dǎo)模式。由于模式與波長(zhǎng)有關(guān)，因此根據(jù)結(jié)構(gòu)特性，電磁波可能難以傳播。所以波導(dǎo)中有一個(gè)截止頻率。

常用的X波段（8~12Ghz）波導(dǎo)模式如下所示：