硬波導(dǎo)，也稱為金屬波導(dǎo)，因?yàn)樗怯摄~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(dǎo)可統(tǒng)稱為直邊波導(dǎo)。對于直邊波導(dǎo)，因它們之間的邊長（寬邊為a，窄邊為b）關(guān)系相關(guān)，通常，當(dāng)a = b時(shí)就為方形波導(dǎo)；當(dāng)a = 2b時(shí)就為矩形波導(dǎo)；當(dāng)a > 2b時(shí)就為扁矩形波導(dǎo)了。硬波導(dǎo)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(dǎo)元件或組件。

我們知道，對于無線通信的饋線系統(tǒng)，在射頻頻率較低時(shí)，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(yīng)越來越顯著，導(dǎo)致其電纜電阻增大，其傳輸衰耗也大增，此時(shí)，拔除同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體，既可減少導(dǎo)體損耗，又可減少其介質(zhì)損耗，于是就出現(xiàn)了空心的金屬波導(dǎo)，成為了單導(dǎo)體的傳輸線。然而此時(shí)波導(dǎo)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(shí)也可傳輸色散的TE模和TM模，當(dāng)然，TEM應(yīng)是同軸電纜饋線的主模。這是同軸電纜饋線和波導(dǎo)饋線在電磁波傳輸?shù)拿黠@不同。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8894《銅及銅合金波導(dǎo)管》對金屬波導(dǎo)管的技術(shù)要求等內(nèi)容做出了相應(yīng)的規(guī)定。下述重點(diǎn)對該標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求的內(nèi)容做一簡要介紹，若要詳細(xì)了解其全部具體內(nèi)容的可查閱下附件。

附件：GB/T 8894-2014《銅及銅合金波導(dǎo)管》

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一、波導(dǎo)的分類

1、波導(dǎo)的牌號、狀態(tài)和規(guī)格

根據(jù)GB/T 8894標(biāo)準(zhǔn)，銅及銅合金波導(dǎo)管的牌號、代號、供應(yīng)狀態(tài)和規(guī)格可具體詳見下表1-1。對于材料，特別是金屬材料，為了統(tǒng)一區(qū)分、識別和檢索等，我國對于金屬材料給以了牌號、代號的統(tǒng)一命名，牌號與金屬材料的化學(xué)成分相關(guān)，代號與金屬材料的分類及編組相關(guān)。對于銅及銅合金材料的牌號與代號的命名應(yīng)符合我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5231《加工銅及銅合金和化學(xué)成分》的規(guī)定，其是等同采用的美國標(biāo)準(zhǔn)。供應(yīng)狀態(tài)通常是指金屬材料供應(yīng)時(shí)的加工狀態(tài)。

表 1-1：銅及銅合金波導(dǎo)管的牌號、代號、供應(yīng)狀態(tài)和規(guī)格

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

2、波導(dǎo)的型號

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

對于銅及銅合金波導(dǎo)管的型號命名方法，在我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 638.10《無線、微波及衛(wèi)星通信設(shè)備型號命名方法》中，除了前綴專業(yè)代號W外，其波導(dǎo)的主稱代號為B；矩形波導(dǎo)的主稱代號為BJ；圓波導(dǎo)的主稱代號為BY；橢圓波導(dǎo)的主稱代號為BT，在主稱代號后綴兩位數(shù)字的序號。

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

二、波導(dǎo)的外形尺寸及允許誤差

1、波導(dǎo)的形狀尺寸要求

在GB/T 8894標(biāo)準(zhǔn)中分別對方形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)、中等扁矩形波導(dǎo)、扁矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)的形狀尺寸及允許誤差做出了規(guī)定，包括波導(dǎo)截面的內(nèi)孔相關(guān)尺寸、外緣相關(guān)尺寸和壁厚尺寸等。具體尺寸值要求詳見該標(biāo)準(zhǔn)的原文，即本文的附件。

2、波導(dǎo)的其它尺寸要求

在GB/T 8894標(biāo)準(zhǔn)中還對波導(dǎo)的其它外形尺寸及其允許誤差給出了要求。包括：波導(dǎo)的長度、圓度、直度、扭擰度、矩形度、偏心度、切斜度等。這是因?yàn)檫@些外形尺寸對波導(dǎo)電磁波信號的傳輸影響也至關(guān)重要。

三、金屬波導(dǎo)的其它技術(shù)要求

在GB/T 8894標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的波導(dǎo)管的技術(shù)要求除上述外，還包括波導(dǎo)的氧含量金相檢驗(yàn)、殘余應(yīng)力處理要求和波導(dǎo)的表面質(zhì)量要求等。

四、金屬波導(dǎo)的相關(guān)說明

1、波導(dǎo)形狀的選擇

根據(jù)相關(guān)資料，對于直邊波導(dǎo)，工作在TE₁₀模（主模）時(shí)，其截面尺寸（寬邊a，窄邊b）的選擇，主要依據(jù)下表4-1的因素要求來考慮。事實(shí)上，在選擇直邊波導(dǎo)截面尺寸時(shí)，總是在保證整個(gè)頻帶內(nèi)單模工作的基礎(chǔ)上盡量兼顧其它要求。當(dāng)b = a / 2的波導(dǎo)是保證頻帶寬度下達(dá)到通過最大功率的一種選擇，稱此波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，即上述的矩形波導(dǎo)。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(shí)也選擇b > a / 2的波導(dǎo)，稱此波導(dǎo)為“寬波導(dǎo)”，即上述的中等矩形波導(dǎo)。在小功率情況下，為了減少體積和重量或?yàn)榱藵M足器件結(jié)構(gòu)上的特殊要求，有時(shí)也選擇b < a / 2的波導(dǎo)，稱此波導(dǎo)為“扁波導(dǎo)”。

表 4-1：直邊波導(dǎo)的選擇因素

另外，在微波通信中，傳輸大功率微波信號時(shí)主要選用矩形波導(dǎo)作為傳輸線；圓波導(dǎo)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(dǎo)的截止波長等特性參數(shù)

由于硬波導(dǎo)只可以傳輸TE（橫電波）模和TM（橫磁波）模，因此，直邊波導(dǎo)和圓波導(dǎo)有相同的基本特性參數(shù)，但參數(shù)值是不同的。其特性參數(shù)種類有：截止波長、波導(dǎo)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(dǎo)的一個(gè)重要特性參數(shù)，下圖4-2-1和圖4-2-2分別給出了矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)各種模式的截止波長分布圖，下表4-2是圓形波導(dǎo)各模式的截止波長值。圖中可知，矩形波導(dǎo)的最大截止波長是TE₁₀（H₁₀）模；圓波導(dǎo)的最大截止波長是TE₁₁（H₁₁）模。

圖 4-2-1：矩形波導(dǎo)各種波形模式的截止波長分布圖

圖 4-2-1：圓形波導(dǎo)各種波形模式的截止波長分布圖

表 4-2：圓形波導(dǎo)各種波形模式的截止波長值

3、關(guān)于波導(dǎo)的E-H簡并現(xiàn)象

由上矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)各種模式截止波長的分布，可以發(fā)現(xiàn)各自存在有TE_mn（H_mn）模和TM_mn（E_mn）模的截止波長相等的現(xiàn)象，此時(shí)稱為E-H簡并現(xiàn)象，將發(fā)生波導(dǎo)內(nèi)同時(shí)傳輸TE模和TM模。矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)各自的E-H簡并現(xiàn)象見下表4-3所描述。

表 4-3：矩形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)各自的E-H簡并現(xiàn)象

4、波導(dǎo)元件模數(shù)尺寸選擇指南

上述介紹的各形金屬波導(dǎo)既可以用來作為傳輸微波信號的傳輸線，也可以用來制作各種波導(dǎo)元件，如極化變換器、阻抗變換器、諧振腔等等。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11321《波導(dǎo)元件模數(shù)尺寸選擇指南》對各種波導(dǎo)規(guī)格以模數(shù)尺寸原理為基礎(chǔ)給出了標(biāo)準(zhǔn)尺寸，適用于由空心金屬波導(dǎo)所制成的波導(dǎo)元件。

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