《导行电磁波 》ppt课件

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1、第八章导行电磁波Guidedwave导行电磁波(导波)：沿导波装置(如传输线，波导)传播的电磁波。导行波被限制在有限的空间内传播。传输导行波的系统称为导波系统。常用的导波系统有双导线、同轴线、带状线、微带、金属波导等。本章仅介绍同轴线和金属波导。尤其是矩形金属波导的传播特性。导行波是在有限区域内传播的电磁波，因此场量必须满足波动方程，同时还必须满足一定的边界条件。本章通过求解特定边界条件下的波动方程，得到导波场的解，从中可以分析得出在各种导波装置中波的性质。分析方法：带状线双导线矩形波导微带介质波导光纤同轴线圆波导microstripDie

2、lectricwaveguideCoaxialcablerectangularwaveguidecircularwaveguideTwoparallelwireStripline主要内容导行电磁波的一般特性矩形波导中电磁波的特性谐振腔§8-1沿均匀导波装置传播的波的一般特性一、导波模式的分类TEM波:Transverseelectromagneticwave:在波传播的方向上没有电场或磁场分量，即电场和磁场垂直于电场传播方向；(TM波或E波):Transversemagneticwave:在波传播的方向上有电场分量，但没有磁场分量，即磁场垂

3、直于电场传播方向；(TE波或M波):Transverseelectronicwave:在波传播的方向上有磁场分量，但没有电场分量，即电场垂直于电场传播方向；TEM波EHesTE波EHesETM波Hes名称波形电磁屏蔽使用波段双导线TEM波差>3m同轴线TEM波好>10cm带状线TEM波差厘米波微带准TEM波差厘米波矩形波导TE或TM波好厘米波、毫米波圆波导TE或TM波好厘米波、毫米波光纤TE或TM波差光波几种常用导波系统的主要特性二、纵向场量表示的导行电磁波导波系统是无限长的，令其沿z轴放置传播方向为正z方向麦克斯韦方程在直角坐标系假设x分

4、量及y分量和z分量的关系二、导行电磁波的纵向场量表达式由麦克斯韦方程组导波系统是无限长的，令其沿z轴放置传播方向为正z方向假设同理：说明：1、均匀导波系统中，可用两个纵向场分量Ez和Hz表示其余的横向场分量Ex、Ey、Hx、Hy。2、对于正弦电磁波，其满足的波动方程为亥姆霍兹方程，即两个纵向场分量Ez和Hz可由亥姆霍兹方程及边界条件确定。§8-2矩形波导中电磁波的特性EMwaveinrectangularwaveguide矩形波导矩形波导是指横截面为矩形的空心导波装置。电磁波在导体空腔内传播其内传播的电磁波不可能有TEM波，只能是TE波和T

5、M波。一、矩形波导中的模式modeinrectangularwaveguideHz=0。此时仅需求出Ez分量，然后即可计算其余各个分量。TM波振幅也满足齐次标量亥姆霍兹方程采用分离变量法(Methodofseparationofvariables)X对x的二阶导数Y对y的二阶导数满足的方程Waveequation齐次标量亥姆霍兹方程方程的通解(Solutionofequation)现分别令两个常微分方程的通解分别为分离常数可利用边界条件求解取决于导波系统的边界条件满足矩形波导的特解矩形波导中TM波的各个分量为Ez分量与波导四壁平行x=0,a

6、及y=0,b的边界上Ez=01，电磁波的相位仅与变量z有关，而振幅与x,y有关。2，z等于常数的平面为波面,但振辐与x,y有关3，当m或n为零时，上述各个分量均为零，因此m及n应为非零的整数。4，由于m及n为多值，因此场结构均具有多种模式。m及n的每一种组合构成一种模式，以TMmn表示。例如TM11表示m=1,n=1的场结构，具有这种场结构的波称为TM11波。5，数值大的m及n模式称为高次模，数值小的称为低次模。传输特点在Z方向上为行波，在X及Y方向上形成驻波TM波为非均匀的平面波m及n的物理意义：m为宽壁上的半个驻波的数目，n为窄壁上半个

7、驻波的数目矩形波导中TM波的最低模式是TM11波。Dominantmode二.矩形波导中电磁波的传播特性kc称为截止传播常数截止传播常数和截止频率时CutofffrequencyCutoffPropagationconstant矩形波导中TE波的各个分量式中，但两者不能同时为零。与TM波一样，TE波也具有前述多模特性，但此时m及n不能同时为零。TE波的最低模式为TE01波或TE10波。LL,2,1,0,=nmTE波截止波长截止频率或截止波长均与波导尺寸a,b及模式m,n有关。对于一定的波导尺寸来说，每一种模式具有一定的截止频率或截止波长。高

8、次模式具有较高的截止频率，较短的截止波长。结论TE10模TE01模矩形波导的横截面边长分别为a、bTE20模对于一般的波导，选取a2bCutoffwavelength因此，对于