波导特性阻抗的新概念.pdf
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2022-10-14
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波导特性阻抗的新概念
1 引言
阻抗是电路理论的基本概念。特性阻抗是传输线理论与微波电路理论的基本概念。波导
特性阻抗是波导这种电磁能量传输系统的基本而又实用的概念。波导特性阻抗的主要应用是
计算截面尺寸变化产生的反射，由此可以对波导生产工艺提出合理的公差要求。许多国家都
有波导标准，并有国际性的波导标准（IEC 标准）。 波导标准中工艺公差的规定是以特性阻
抗理论为依据的。特性阻抗的具体应用还有设计波导过渡、设计波导滤波器、计算截面变化
型标准负载反射值等。
由谢昆诺夫引入
[1]
并载入大量书籍(例如[2~5])而被长期应用的矩形波导特性阻抗（部分书
籍又称等效阻抗，以下简称旧特性阻抗）是个不正确的概念。它从三十年代末产生到此文前，
一直陷于物理意义的费解和逻辑上 的混乱。用此概念计算反射与实验不符，更是其致命伤。
国际上多次出现 对旧特性阻抗的异议[6~9] ，但一则未指明旧特性阻抗的弊病，二则所提出
的唯象阻抗本身也不完整，遂未能变革这个概念。
本文分析了旧特性阻抗的弊病，提出关于定义波导特性阻抗的法则， 建立了矩形波导与
远程圆波导特性阻抗的新概念，并联系到实际应用的问题。
2 矩形波导旧特性阻抗的问题
矩形波导旧特性阻抗是类比于双线、同轴线引入的，用了总电流的概念，并随意选取电
压电流值。所得结果为
a
Z
C
C Z
o
b
其中，a 为矩形波导宽边长，b 为窄边长，Z
o
为波阻抗，C 为某一常数，随定义方式而不同：
由宽边中间电压与电流定义时，C=
π
/2；由功率与宽边中间电压定义时，C = 2；由功率与电
流定义时， C=
π
/8。
这样定义的特性阻抗，有下列问题：
(1) 定义量选取的随意性
由电压与电流定义特性阻抗时，电压 V 取宽边中间电压值或空间均方根值。这种选取是
人为的。用集总参数的量代表分布参数的量，还有多种乃至无数种选取方式。定义量选取的
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