第8章导行电磁波

《第8章导行电磁波》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、导行电磁波本章讨论导行电磁波的传播特性。主要内容包括：导行电磁波的一般特性、矩形波导、圆柱形波导、波导中的能量传输与损耗、谐振腔以及传输线上波的传输特性。一．教学基本要求波导中的纵向场分析法是求解波导中场分布的重要方法，要理解该方法的思路。对于该方法中涉及到有关物理量如传播常数、截止波数等是讨论波导中波传播特性的关键。必须牢固掌握其物理意义和计算公式。波导中三种模式的传播条件和传播特性是这一章的重点，应掌握三种模式的分类方法和传播特性参数如截止频率（截止波长）、相位常数、波导波长、相速度、波阻抗的计算公式。并应用它们分析具体给定波

2、导中不同模式的传播特性。对于矩形波导的主模是实现单模传输的模式，要求对其场分布、场图及管壁电流分布有所了解，并掌握波导尺寸设计的原理。掌握TEM波传输线的分布参数的概念，建立传输线方程，理解传输线上电压波、电流波的特点。传输线的特性参数、波的传播特点及工作状态分析也是这一章的重点，要求掌握特性阻抗、输入阻抗、反射系数、终端反射系数、驻波系数的定义、计算公式和物理意义。掌握传输线三种不同工作状态的条件和特点。关于谐振腔，要求了解振荡模式的特点，掌握谐振频率的计算公式，理解品质因数的物理意义，了解其计算方法。二．知识脉络圆柱形波导导行

3、电磁波的一般特性矩形波导矩形波导的TE10波波导中的能量传输与损耗传输线方程及其解传输线上波的传输特性参数传输线的工作状态谐振腔三．基本内容概述电磁波在导波系统中的传输问题，可归结为求解满足特定边界条件的波动方程。根据其解的性质，可了解在各种导波装置中各种模式电磁波的传播特性。148.1沿均匀导波系统传播的波的一般特性所谓均匀导波系统是指在任何垂直于电磁波传播方向的横截面上，导波装置具有相同的截面形状和截面面积。1．纵向场分析法设均匀导波系统的轴向为z轴方向，则电场和磁场可分别表示为（8.1.1）（8.1.2）式中为传播常数。根据

4、麦克斯韦方程，可得到横向场分量与纵向场分量的关系（8.1.3）（8.1.4）（8.1.5）（8.1.6）式中为波数。由以上式可知，在波导中的电磁场的6个分量中，独立的只有2个，即和。只要知道和，则可求出全部场分量。而纵向场分量和满足的标量波动方程为（8.1.7）（8.1.8）2．导行电磁波的三种模式根据纵向场分量和存在与否，可将导波系统中电磁波分为三种模式。（1）横电磁波（TEM波）：由式（8.1.3）～（8.1.6）可知，导波系统中传播TEM波的条件是（8.1.9）由此得到（8.1.10）相速14（8.1.11）波阻抗（8.1.

5、12）（2）横磁波（TM波）：满足标量波动方程（8.1.13）其中。由，有（8.1.14）由此可知，存在三种可能的情况：a．，此时为实数，为衰减因子，电磁波不能传播；b．，此时为虚数，表示波能传播；c．，此时，处于临界状态，故称为截止波数。当时，相应的频率称为截止频率，记作。由称为，得到（8.1.15）且（8.1.16）称为截止波长。TM波传播条件为（或），即工作频率大于截止频率（或工作波长小于截止波长）。传播常数（8.1.17）波导波长（8.1.18）相速（8.1.19）波阻抗14（8.1.20）（3）横电波（TE波）：满足标量

6、波动方程（8.1.21）其中称为截止波数。传播特点同TM波。波阻抗（8.1.22）平行双线、同轴线可以传输TEM波；空心波导只能传输TE波和TM波。8.2矩形波导1．TM波横截面尺寸为的矩形波导中TM波的场分量为（已代入）(8.2.1)(8.2.2)(8.2.3)(8.2.4)(8.2.5)(8.2.6)式中，(8.2.7)(8.2.8)m、n取非零的正整数。取不同的m、n值，代表不同的模式，表示为模，其最低阶模为模。2．TE波14横截面尺寸为的矩形波导中传播的TE波的场分量为(8.2.9)(8.2.10)(8.2.11)(8.2

7、.12)(8.2.13)(8.2.14)m、n可取正整数和零，但不能同时取零。取不同的m、n值，代表不同的模式，表示为模，其最低阶模为模。3．矩形波导中波的传播特性参数在空心波导中，能传输的模式应满足的条件是（或），即工作频率高于该模式的截止频率（或工作波长小于该模式的截止波长）。截止频率和截止波长(8.2.15)(8.2.16)当工作频率大于截止频率波导中可以传播相应模和模。相位常数(8.2.17)波导波长(8.2.18)式中为无界空间中的波长。相速14(8.2.19)式中为无界空间中的相速。波阻抗(8.2.20)(8.2.21

8、)8.3矩形波导中的模1。矩形波导的主模若矩形波导的宽边为a、窄边为b，则模的截止频率最低，称为矩形波导中的主模，其传播特性参数为(8.3.1)(8.3.2)(8.3.3)(8.3.4)2。单模传输为保证在矩形波导中只有模单模传输，在波导尺寸给定的