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本文來自射頻學堂

一提到電磁波的模式，相信很多同學都有點懵逼。到底什么是模式？又該怎么去區分不同的傳輸模式。說實話，我也搞不靈清，常常看不懂到底諧振了個啥。

今天我們一起來學習下“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構中的形式。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。這與能量根據結構特性集中在特定頻率的現象有關。這里重要的是模式最終由結構的形狀決定。這意味著為了讓用戶使用特定模式，必須設計結構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。在實際應用中，TEM、TE、TM 三種傳播模式被廣泛應用于電路/結構設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、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）：當只有 E 場垂直于行進方向時。

TM (Transverse Magnetic)：當只有 H 場垂直于運動方向時。

這種模式是在一般金屬波導（波導）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發生在一個金屬管內，因此E場或H場都不能垂直向行駛方向。波導的TE和TM模式是根據結構特點自動確定的，為了使用特定的模式，相應地確定了波導的尺寸。用平面圖可能很難理解，但是如果仔細觀察上圖，您會發現 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

在模式中，像TE 21和TM 01 一樣，指示階次的系數作為下標被附加，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的橫截面，從 概念上很容易理解TE 10和 TE 20模式之間的區別。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與波數有關。

制造普通矩形波導時 ，模式的創建順序為TE 10 - TE 20 - TE 01 -TE 11 、TM 11 ... 在這里，模式的產生并不意味著它是人工制造的，而是隨著電磁波相對于結構特性來回移動，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模式。由于模式與波長有關，因此根據結構特性，電磁波可能難以傳播。所以波導中有一個截止頻率。

常用的X波段（8~12Ghz）波導模式如下所示：