电磁波的模式简介 留言

一提到电磁波的模式，相信很多同学都有点懵逼。到底什么是模式？又该怎么去区分不同的传输模式。说实话，我也搞不灵清，常常看不懂到底谐振了个啥。

今天我们一起来学习下“电磁波的模式Mode”。

我们先看一下模式的定义：模式是指特定频率的能量集中在特定结构中的形式。谐振器中的模式是指谐振频率及其谐振形式，在波导或传输线的情况下，它是指（特定频带的）电磁波传播的形式。这与能量根据结构特性集中在特定频率的现象有关。这里重要的是模式最终由结构的形状决定。这意味着为了让用户使用特定模式，必须设计结构以使所需的频率能量收敛到模式。

电磁波的模式都有什么类型呢？

我们首先看一下传输模式，待会再聊谐振模式。在实际应用中，TEM、TE、TM 三种传播模式被广泛应用于电路/结构设计中常用的传播模式。这是由电磁波传播的方向以及E场和H场是否相互垂直决定的。

TEM （横电磁波）：当电磁波的传播方向与 E 场和 H 场都垂直时，如下图所示：

传输线的方式有微带线、带状线、同轴线、共面波导、平行板等。由于两种金属在某一方向平行行进，所以E场和H场可以在行进方向上同时相互垂直存在。

TE （横向电）：当只有 E 场垂直于行进方向时。

TM (Transverse Magnetic)：当只有 H 场垂直于运动方向时。

这种模式是在一般金属波导（波导）的情况下形成的，与传输线不同，平面波的特定场分量的反弹效应发生在一个金属管内，因此E场或H场都不能垂直向行驶方向。波导的TE和TM模式是根据结构特点自动确定的，为了使用特定的模式，相应地确定了波导的尺寸。用平面图可能很难理解，但是如果仔细观察上图，您会发现 E 场或 H 场中只有一个垂直于电磁波的传播方向，看起来好像是特定的场上下反射。图中可以看出，两个方向施加的场都与运动方向垂直，而上下方向施加的场被反射，其角度不断变化，因此不垂直于运动方向.

 模式系数

在模式中，像TE 21和TM 01 一样，指示阶次的系数作为下标被附加，并且它们主要被归类为在TE/TM波中重要的。电磁波以电压跨越+和-的半波长为单位具有最强的共振特性。下图显示了矩形波导的横截面，从 概念上很容易理解TE 10和 TE 20模式之间的区别。在TE 30的情况下，在一个单位行进路径中存在三个半波长分量，而在TE 01的情况下，这意味着在与下图垂直的方向上沿着单位行进路径存在一个半波长。它并不完全如下图所示进行，但很容易理解模式系数与波数有关。

制造普通矩形波导时 ，模式的创建顺序为TE 10 – TE 20 – TE 01 -TE 11 、TM 11 … 在这里，模式的产生并不意味着它是人工制造的，而是随着电磁波相对于结构特性来回移动，能量自动收敛到模式。这里，能量最集中的第一种模式称为主导模式。由于模式与波长有关，因此根据结构特性，电磁波可能难以传播。所以波导中有一个截止频率。

常用的X波段（8~12Ghz）波导模式如下所示：

原文始发于微信公众号（射频学堂）