chap1 3 4导波场分析2分类导波特性

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1、主讲教师：徐军王茂琰微波技术基础教材：微波技术基础徐锐敏微波技术基础柳维君地点：沙河校区科研楼608、610电邮：wmybrimlhl@163.com答疑地点：科研楼610周一、周三晚8:00-10:0064课时期末考试：50％(闭卷)期中考试：30％(闭卷)平时考核：20%作业：报告：考勤：缺课3次后取消考试资格提问？二微波的主要特性研究方法场的方法路的方法由麦克斯韦方程组出发，求波动方程的特解---得到场的时空变化规律路的方法：类比低频电路，采用等效电压、等效阻抗等概念。在一定的条件下，用“路”的理论求解研究方法

2、本征模理论广义传输线理论第一章导波的一般特性1.1导波和导波系统1.2导波的场分析1.3导波的分类及各类导波的特性1.4导波的传输功率、能量及衰减1.5模式正交性1.6导波系统中截止状态下的场1.1导波和导波系统1.1导波和导波系统时变电场产生时变磁场，时变磁场又产生时变电场，如此进行下去，变化着的电场和磁场就能传播开去而形成电磁波。按照传播环境的不同，电磁波可分为自由空间波和导波。自由空间波----指在无界空间传播的电磁波。导波----在含有不同媒质边界的空间传播的电磁波；下面介绍一下常用的一些导波系统。导波系统-

3、---构成不同媒质边界的装置。它的作用是束缚并引导电磁波传播。前面已经介绍过，微波频段在整个电磁波频谱中占有相当宽的位置，就其使用的导波系统而言，它的具体结构随着不同频段和实际需要而有所不同。1.1导波和导波系统(1)无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能量从一处有效传输至另一处，称之为馈线;(2)构成微波电路所需的元件、器件。谐振器、阻抗变换器、滤波器、定向耦合器①导波系统基本功能1.1导波和导波系统目前常用的微波传输线有平行双线、同轴线、波导管、微带线、介质波导和光纤等几种形式，如图所示。各种形式的微波传输线1

4、.1导波和导波系统图(a)给出的平行双线类似于日常生活中的电力传输线。这种传输线可以用来传输短波和超短波的信号。平行双线都是由良导体和优质绝缘体构成的，如果其几何长度不特别长就可忽略线上的损耗，看成是无耗的理想传输线。各种形式的微波传输线“低频”(0-300MHz)-两根导线-辐射损耗、电阻损耗很小。微波的低端－米波－采用线径较大、线间距较小的平行双导体构成－平行双线平行双线两根导线对应位置的电流相位相反，如果两导线紧挨着，从理论上来说它们的辐射彼此抵消。但是，平行双线是开放系统，两根导线的辐射不能完全彼此抵消。1.

5、1导波和导波系统平行双线的横截面及电磁场分布(a)(b)平行双线的辐射损耗将随着频率f的升高而急剧地升高，因此平行双线两根导线的间距D应远远小于工作波长0，即D<<0。在微波波段之内平行双线只能勉强用于分米波段的低频端。由于平行双线的结构是敞开的，辐射损耗随着电磁波频率的升高而增大，电阻损耗也增大，因而不适合用在微波的高频端。平行双线传输电磁波的区域是两金属之间。－平行双线1.1导波和导波系统各种形式的微波传输线图(b)给出的传输线叫做同轴线。它是封闭式双导体导波系统即同轴线。同轴线是由内、外导体构成的，它对电磁

6、波能量具有屏蔽、约束的作用，因此可以避免辐射损耗。其间填充介质系数为εμ的无耗介质。但是，随着电磁波频率的继续升高，趋肤效应加重，流经导体的电流越来越“挤向”导体表面，这相当于导体的横截面变小。－同轴线1.1导波和导波系统各种形式的微波传输线但频率f增高到厘米波和毫米波波段时，由于同轴线的内导体需要介质来支撑固定，其横向尺寸变小(原因后析)，内导体的损耗很大，功率容量也下降，容易被击穿，产生火花。同轴线主要用来传输超短波(米波)和分米波信号，也可以用来传输小功率的厘米波信号。－同轴线1.1导波和导波系统各种形式的微波

7、传输线图2.1-1(c)、(d)、(e)和(f)给出了矩形波导、圆形波导、椭圆波导和脊波导。波导管不存在辐射损耗和介质损耗，导体损耗相对来说也比较小。波导管传输厘米波信号的效率很高。厘米波和毫米波－去掉其内导体而作成空心单导体导波系统。这种导波系统称为柱面金属波导。－柱面金属波导1.1导波和导波系统各种形式的微波传输线图(h)当频率增高到毫米波、亚毫米波波段时，金属损耗已经很大，但在这些波段介质损耗还不算高，特别是低耗介质的出现，为发展新的导波系统－介质波导创造了条件。介质导波主要用于毫米波、亚毫米波乃至光波。对上面

8、介绍的同轴线、柱面金属波导，在各对应频段使用时，虽然传输功率较大，但电路是立体结构，体积庞大而笨重。为适应微波集成电路的需要，又出现了各种金属和介质的平面导波系统，如图(g)微带线、带状线，它们虽然在功率容量方面上较小，但可以作成平面电路，便于微波电路的微小型化和集成化。在小功率应用中取代波导电路，特别适合于应用在航空和航天领域中。－微带、介质