本文來自射頻學(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。說實話，我也搞不靈清，常?？床欢降字C振了個啥。
今天我們一起來學(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型呢？
我們首先看一下傳輸模式，待會再聊諧振模式。在實際應(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)計中常用的傳播模式。這是由電磁波傳播的方向以及E場和H場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 場和 H 場都垂直時，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，所以E場和H場可以在行進方向上同時相互垂直存在。
TE （橫向電）：當(dāng)只有 E 場垂直于行進方向時。
TM (Transverse Magnetic)：當(dāng)只有 H 場垂直于運動方向時。
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，平面波的特定場分量的反彈效應(yīng)發(fā)生在一個金屬管內(nèi)，因此E場或H場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)特點自動確定的，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，您會發(fā)現(xiàn) E 場或 H 場中只有一個垂直于電磁波的傳播方向，看起來好像是特定的場上下反射。圖中可以看出，兩個方向施加的場都與運動方向垂直，而上下方向施加的場被反射，其角度不斷變化，因此不垂直于運動方向.
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為在TE/TM波中重要的。電磁波以電壓跨越+和-的半波長為單位具有最強的共振特性。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，在一個單位行進路徑中存在三個半波長分量，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路徑存在一個半波長。它并不完全如下圖所示進行，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 ，模式的創(chuàng)建順序為TE 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于結(jié)構(gòu)特性來回移動，能量自動收斂到模式。這里，能量最集中的第一種模式稱為主導(dǎo)模式。由于模式與波長有關(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)中有一個截止頻率。
常用的X波段（8~12Ghz）波導(dǎo)模式如下所示：
