同轴线高次模的特性与应用

同轴线是一种由内、外导体构成的双导体传输线，也称为同轴波导，其结构示意图如图2.6-1所示，a 为内导体的外半径，b 为外导体的内半径。同轴线按结构形式可分为两种：一种是硬同轴线，它的外导体是一金属管，内导体也是金属管，或者是实心的导体，内、外导体间的介质是空气，内、外导体用介质垫圈或四分之一波长的“金属绝缘子”支撑住。目前，用于大功率的同轴线，其内导体由镀银铜线制成，而外导体为了使同轴线可以弯曲，可以用皱纹铜管制成（有的内导体也用皱纹铜管），内、外导体用聚乙烯泡沫塑料隔开，也可以在内、外导体之间沿纵向安置一呈螺旋状的聚乙烯绝缘物将内、外导体隔开，在外导体外面再加一层耐光热的聚乙烯护套。另一种是软同轴线，外导体由金属丝编织而成，也可以用很薄的金属带制成，其外面再套以塑料管，内导体由单根或多根（相互绝缘的）导线组成，内、外导体间填充以低损耗的介质材料（如聚四氟乙烯、聚乙烯等），这种同轴线可以自由地弯曲，通常称为同轴电缆。

同轴线中的主模是TEM 模，是无色散波。关于这种模的传输特性，在第1章中已从电路的角度进行过讨论；在此，将从电磁波的角度对同轴线中的TEM 模和高次模TE 和TM 模加以讨论。采用如图2.6-1所示的圆柱坐标系来分析同轴线中的模式和它的场结构。根据式（2.2-24）和式（2.2-25），对于沿z 轴正方向传输的各种模式的电磁场E 和H 满足下面的方程：

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图2.6-1 同轴线及圆柱坐标系

式中

式中的是算子，它的表示式在讨论圆形波导时已写出过。下面讨论同轴线中的模式。