技術數據篇導引

關于硬波導（矩形、扁矩形、方形和圓形）的技術要求

瀏覽：10299 來源：通信人在線日期：2023-04-21

硬波導，也稱為金屬波導，因為它是由銅及銅合金材料而制成，其形狀可以制成矩形、扁矩形、方形和圓形等，矩形、扁矩形、方形波導可統稱為直邊波導。對于直邊波導，因它們之間的邊長（寬邊為a，窄邊為b）關系相關，通常，當a = b時就為方形波導；當a = 2b時就為矩形波導；當a > 2b時就為扁矩形波導了。硬波導既可以作為傳輸微波射頻信號的傳輸線，也可用來制作不同光能的波導元件或組件。

我們知道，對于無線通信的饋線系統，在射頻頻率較低時，通常是采用同軸電纜來傳輸射頻信號的。但對于微波頻段，隨著射頻頻率的提高，同軸電纜的趨膚效應越來越顯著，導致其電纜電阻增大，其傳輸衰耗也大增，此時，拔除同軸電纜的內導體，既可減少導體損耗，又可減少其介質損耗，于是就出現了空心的金屬波導，成為了單導體的傳輸線。然而此時波導只可以傳輸色散的TE（橫電波）模和TM（橫磁波）模；而同軸電纜可以傳輸無色散的TEM（橫電磁波）模，同時也可傳輸色散的TE模和TM模，當然，TEM應是同軸電纜饋線的主模。這是同軸電纜饋線和波導饋線在電磁波傳輸的明顯不同。

我國國家標準GB/T 8894《銅及銅合金波導管》對金屬波導管的技術要求等內容做出了相應的規定。下述重點對該標準相關技術要求的內容做一簡要介紹，若要詳細了解其全部具體內容的可查閱下附件。

附件：GB/T 8894-2014《銅及銅合金波導管》

欲更多了解GB/T 8894標準版本變化情況的請進入。

一、波導的分類

1、波導的牌號、狀態和規格

根據GB/T 8894標準，銅及銅合金波導管的牌號、代號、供應狀態和規格可具體詳見下表1-1。對于材料，特別是金屬材料，為了統一區分、識別和檢索等，我國對于金屬材料給以了牌號、代號的統一命名，牌號與金屬材料的化學成分相關，代號與金屬材料的分類及編組相關。對于銅及銅合金材料的牌號與代號的命名應符合我國國家標準GB/T 5231《加工銅及銅合金和化學成分》的規定，其是等同采用的美國標準。供應狀態通常是指金屬材料供應時的加工狀態。

表 1-1：銅及銅合金波導管的牌號、代號、供應狀態和規格

在銅及銅合金波導管的規格中，對于直邊波導給出了四種形狀，即a ≈ b的方形波導；a ≈ 2b的矩形波導；a ≈ 4b的中等扁矩形波導；a ≈ 8b的扁矩形波導。注意，這里的規格尺寸是指其內孔的尺寸。

2、波導的型號

在GB/T 8894標準中并未直接給出銅及銅合金波導管的型號命名方法，但在標準中直接使用了方形波導（代號為Q）、矩形波導（代號為R）、中等扁矩形波導（代號為M）、扁矩形波導（代號為F）和圓形波導（代號為C）各自相應的型號。然而：

對于銅及銅合金波導管的型號命名方法，在我國通信行業標準YD/T 638.10《無線、微波及衛星通信設備型號命名方法》中，除了前綴專業代號W外，其波導的主稱代號為B；矩形波導的主稱代號為BJ；圓波導的主稱代號為BY；橢圓波導的主稱代號為BT，在主稱代號后綴兩位數字的序號。

欲詳細了解YD/T 638.10標準內容的請進入。

在我國電子行業標準SJ 1632《波導元件型號命名方法》中，型號的第一部分直接將：矩形波導代號命名為B；圓波導代號命名為Y；橢圓波導代號命名為U。型號的第二部分是波導工作頻段的中心頻率值（不同位數的數字，單位為百兆赫）。型號的第三部分是波導的序號（三位數字）。

二、波導的外形尺寸及允許誤差

1、波導的形狀尺寸要求

在GB/T 8894標準中分別對方形波導、矩形波導、中等扁矩形波導、扁矩形波導和圓形波導的形狀尺寸及允許誤差做出了規定，包括波導截面的內孔相關尺寸、外緣相關尺寸和壁厚尺寸等。具體尺寸值要求詳見該標準的原文，即本文的附件。

2、波導的其它尺寸要求

在GB/T 8894標準中還對波導的其它外形尺寸及其允許誤差給出了要求。包括：波導的長度、圓度、直度、扭擰度、矩形度、偏心度、切斜度等。這是因為這些外形尺寸對波導電磁波信號的傳輸影響也至關重要。

三、金屬波導的其它技術要求

在GB/T 8894標準中規定的波導管的技術要求除上述外，還包括波導的氧含量金相檢驗、殘余應力處理要求和波導的表面質量要求等。

四、金屬波導的相關說明

1、波導形狀的選擇

根據相關資料，對于直邊波導，工作在TE₁₀模（主模）時，其截面尺寸（寬邊a，窄邊b）的選擇，主要依據下表4-1的因素要求來考慮。事實上，在選擇直邊波導截面尺寸時，總是在保證整個頻帶內單模工作的基礎上盡量兼顧其它要求。當b = a / 2的波導是保證頻帶寬度下達到通過最大功率的一種選擇，稱此波導為標準波導，即上述的矩形波導。在工作頻率范圍不是很寬但通過功率較大的情況下，為了提高最大通過功率。有時也選擇b > a / 2的波導，稱此波導為“寬波導”，即上述的中等矩形波導。在小功率情況下，為了減少體積和重量或為了滿足器件結構上的特殊要求，有時也選擇b < a / 2的波導，稱此波導為“扁波導”。

表 4-1：直邊波導的選擇因素

另外，在微波通信中，傳輸大功率微波信號時主要選用矩形波導作為傳輸線；圓波導具有傳輸損耗小和雙極化的特征，可作為雙極化天線的饋線。

2、波導的截止波長等特性參數

由于硬波導只可以傳輸TE（橫電波）模和TM（橫磁波）模，因此，直邊波導和圓波導有相同的基本特性參數，但參數值是不同的。其特性參數種類有：截止波長、波導波長、相速和群速、波阻抗和等效阻抗、功率容量等。截止波長是波導的一個重要特性參數，下圖4-2-1和圖4-2-2分別給出了矩形波導和圓形波導各種模式的截止波長分布圖，下表4-2是圓形波導各模式的截止波長值。圖中可知，矩形波導的最大截止波長是TE₁₀（H₁₀）模；圓波導的最大截止波長是TE₁₁（H₁₁）模。