圆波导、同轴线、带状线、微带线简介

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1、1、1圆波导若将同轴线的内导体抽走,则在一定条件下,由外导体所包围的圆形空间也能传输电磁能量,这就是圆形波导,简称圆波导。圆波导中的场与矩形波导一样,圆波导也只能传输TE和TM波型。设圆形波导外导体内径为a,并建立如下图所示的圆柱坐标。①TE波此时Ez=0,Hz=Hoz(ρ,φ)e-jβz≠0,且满足：圆波导圆波导及其坐标系圆波导即二维拉普拉斯方程，利用分离变量法和边界条件求解，可得：其中，ρ是圆截面径向方向位置；Jm是m阶贝塞尔函数；设是m阶贝塞尔函数的一阶导数的第n个根，则对于TE波，有：即圆波导且故可得：则确定Hz分量后，在柱坐标下就可求出其它各场分量。②

2、TM波通过与TE波相同的分析，可得：同样，ρ是圆截面径向方向位置；Jm是m阶贝塞尔圆波导函数；设是m阶贝塞尔函数的第n个根则对于TM波，有：即圆波导的传输特性且故可得：则确定Ez后，在柱坐标下就可求出其它各场分量。与矩形波导不同,圆波导的TE波和TM波的传输特性各不相同。圆波导①截止波长由前面分析,圆波导TEmn模、TMmn模的截止波数分别为式中,和分别为m阶贝塞尔函数及其一阶导数的第n个根。于是,各模式的截止波长分别为:圆波导在所有的模式中,TE11模截止波长最长,其次为TM01模,三种典型模式的截止波长分别为：λcTE11=3.4126aλcTM01=2.6

3、127aλcTE01=1.6398a下图给出了圆波导中各模式截止波长的分布图。②简并模圆波导中的“简并”有两种：一种是由于λc相同导致的模式简并，例如λcTE0n=λcTM1n,从而形成了圆波导圆波导中各模式截止波长的分布图圆波导TE0n模和TM1n模的简并；再一种是由场分量沿φ的分布存在cosmφ和sinmφ两种可能导致的极化简并，即对同一组m，n，有两种场结构完全一样，只是极化面相互旋转了90°。只有轴对称的TE0n和TM0n波才没有这种简并现象。圆波导中的几种常用波形主模TE11波主模TE11模的截止波长最长,是圆波导中的最低次模,也是主模。它的场结构分布

4、图如下图所示圆波导圆波导TE11场结构分布图圆波导将m=1，n=1代入TE波的各分量表达式，得到：圆波导TE01模由上图所见，圆波导中TE11模的场分布与矩形波导的TE10模的场分布很相似,因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导,从而构成方圆波导变换器。将m=0，n=1代入TE波的各分量表达式中，可得：圆波导它只有Eφ、Hr和Hz三个分量，其横截面场分布如下图所示。由图可知，其场分布具有对称性；波导壁上（ρ=a）只有Hz分量，所以只存在φ方向的管壁电流，无纵向电流。因此,当传输功率一定时,随着频率升高,管壁的热损耗将单调下降,故其损耗相对其它模式来

5、说是低的。因此可将工作在TE01模的圆波导用于毫米波的远距离传输或制作高Q值的谐振腔。圆波导圆波导TE01场结构分布图圆波导TM01模将m=0，n=1代入TM波的各分量表达式中，可得：它只有Hφ、Er和Ez三个分量，其横截面场分布如下图所示。由图可知，其场分布具有轴对称性；磁场只有Hφ分量，故只存在纵向管壁电流；电场Ez在轴圆波导圆波导TM01场结构分布图圆波导线（ρ＝0）附近最强。根据上述特点，它可以有效地和轴向流动的电子流交换能量,由此将其应用于微波电子管中的谐振腔及直线电子加速器中的工作模式。1、2同轴线简介同轴线的概念同轴线是一种典型的双导体传输系统

6、,它由内、外同轴的两导体柱构成,中间为支撑介质。其中,内、外半径分别为a和b,填充介质的磁导率和介电常数分别为μ和ε。同轴线是微波技术中最常见的TEM模传输线，它既能支持TEM波传输，也能支持TE、TM波传播。同时，同轴线是一种宽频带微波传输线，因此它得到广泛的应用。其结构如下图所示。同轴线简介同轴线结构图同轴线简介同轴线的场方程求解同轴线中的TEM波各场量，就是在柱坐标系下求解横向分布函数φ所满足的拉普拉斯方程。求得的同轴线中TEM波的横向场分量为：其中，E0是振幅常数，η＝120π/是TEM波的波阻抗。同轴线简介同轴线的传输参数相移常数特性阻抗相速相波长式中

7、，εr为同轴线中填充介质的相对介电常数同轴线简介同轴线的传输功率与衰减传输功率同轴线传输TEM波的平均功率为：同轴线的功率容量为：同轴线简介其中Ubr为击穿电压，由击穿电场Ebr决定。由击穿电压和击穿电场的关系，可得到功率容量的计算式：衰减同轴线的衰减由两部分构成，一部分是由导体损耗引起的，用αc表示；再一部分是由介质损耗引起的，用αd表示，其计算公式为：同轴线简介同轴线中的高次模若同轴线的尺寸与波长相比足够大时，传输线上有可能传输TM或TE波。式中，是导体的表面电阻，tanσ是同轴线中填充介质的损耗角正切。同轴线简介①对TM波最低波形为②在m≠0，n=1时，对

8、TE波最低波形为在m=0