第四章 波导传输线

《第四章 波导传输线》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、矩形波导的主模----TE10模式什么叫波导的主模波导的主模是波导中截止频率最低的模式，可以在波导中单独存在，作为单模传输。高于主模的其他模式，统称为高次模。矩形波导中的主模TE10模TE10模的传输特性可从考察它的截止波长，波导波长，单模传播的频率范围中得出。将m=1n=0代入传输特性公式，可得主模传输特性。TE10模式场表达式返回（1）截止波长（2）波导波长（3）传播常数（5）相速和群速相速群速（5）波阻抗主模传输特性矩形波导单模传输条件单模条件对TE20和TE01对TE10习惯上矩形波导宽边尺寸a大于窄边尺寸b，故在矩形波导中，TE

2、10模的截止波长最长，是最低传播模式。当波导中传输的电磁波的工作频率低于TE10模的截止频率时，电磁波将很快衰减，不能在波导中传播。小结欲使波导中单独存在最低模式TE10模，则需保证高次模式不能出现。当较低次的高次模截止时，较高的高次模也必然截止。TE10模单模存在的频率范围就是矩形波导的工作带宽：TE10场结构a、横向电场只有Ey分量，沿Y轴大小无变化，沿X轴呈正弦分布。场结构特点b、横向磁场HX与横向电场Ey相差一个系数，即波阻抗10，它们在横截面的分布完全相同，但矢量方向相互正交。c、HZ沿纵向呈余弦分布，在横截面上沿X方向呈正弦

3、分布；HZ和HX在波导纵截面上构成了一个闭合的磁力线。场结构特点场分布e、在同一平面上达到最大值，横向电场和磁场同相，但与纵向磁场相差，即相位差为。d、磁力线总是闭合曲线，磁力线和电力线正交，总满足波印廷矢量关系。电（磁）力线越稀疏，变化越快（变化率最大），电（磁）力线最密，变化越慢（变化率最小）。f、任意点合成场功率：电磁波在波导中的力量不是直接沿z方向传播，而是入射波和反射波在波导内壁上曲折反射的结果，合成后形成纵向功率流。TE10模的电磁场分布返回只要知道波导表面切向磁场的分布，就可得出管壁电流分布。由TE10模的磁场表达式（省去传

4、播因子），有:波导内壁电流研究管壁电流的意义利用理想导电壁的边界条件：管壁电流与场结构密切相关，场结构决定管壁电流的分布，反过来，管壁电流也决定场结构的分布。对于波导的激励、波导参数的测量以及波导器件的设计都需要了解和利用管壁电流的分布。管壁电流的求解壁电流分布窄壁电流分布在X＝0和X＝a的窄壁上，电流只有y分量，电流密度为常数。在y＝0和y＝b的宽壁上，电流密度既有z分量，也有x分量，电流密度是x的函数。宽壁电流分布在波导宽边中央，TE10模的管壁电流只有沿z方向的电流分量。这个性质可用来进行波导的激励或耦合。因为,当沿电流方向开槽时，

5、不会切断电流线，即不会影响波导原来的电流分布，也就是说，不会使波导内的场向外辐射。这就是为什么波导测量线总是在波导中央开槽的原因。思考:波导中的什么物理量使管壁电流连续？答案：电位移矢量。壁中央电流TE10模的传输功率推导(由玻印亭定理)对TE10模则得令波导的最大传输功率实际情况：最大传输功率一般为理论值的1/3～1/4。Em为波导中x=a/2处的电场振幅，为波导横截面上的最大振幅，也就是说，波导会在这里首先被击穿。波导的最大功率容量就是由波导中最先被击穿处的电场强度决定的。如果已知波导的填充介质特性，就可确定波导中的最大功率容量。令E

6、b代表波导中的介质最大击穿场强，则有TE10模在行波状态下的最大传输功率为：显然，在驻波状态，波导的功率容量将大大降低。波导的损耗与衰减复习传输线衰减的定义传播因子得到衰减因子可见：衰减因子的求解归结为传输功率和损耗功率的求解。传输功率损耗功率参见P14波导的损耗功率损耗功率由两部分组成在一般波导中，填充介质为空气，介电损耗（介电常数的虚部所产生的介质损耗）很小，可以忽略，只考虑导体损耗！导体的欧姆损耗填充介质的损耗导体损耗功率的计算（微扰法）导体损耗RS为导体的表面电阻TE10模导体损耗对于TE10模横向磁场为从而得到利用得到TE10模

7、衰减因子利用得可见：①衰减与材料有关，应选RS小的非铁磁材料；②增大b可使衰减变小，但b>a/2时会使TE01模的临界频率低于TE20模，从而使单模工作带宽减小。综合考虑传输功率、衰减常数和工作带宽要求，b一般选为（0.4～0.5）a；③衰减因子与工作频率有关：随着工作频率升高，衰减因子先减小，出现极小值，然后稳步上升。矩形波导尺寸的选择选择原则保证单模传输，有效抑制高次模衰减尽量小，保证传输效率高功率容量大色散小考虑单模参数和带宽，一般取中心波长（几何中值）选择为标准波导：b＝0.5a；加高波导：最大传输功率；扁波导：不考虑功率，b一般

8、取（0.1～0.2）a。参见P86工作波型参见P100参见P99矩形波导的等效阻抗波导的波阻抗不能完全反映波导截面变化对波传播的影响。例如对于TE10模传输线，其波阻抗为：由此可以看出，对于两