《导行电磁波》ppt课件

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1、第八章导行电磁波1、沿均匀导波装置传输电磁波的一般分析2、矩形波导3、谐振腔1答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn相关概念：导行电磁波：电磁波除了在无限空间或半无限空间遵循某种规律传播外，还可以沿着某种装置传输，这种装置起着引导电磁波传输的作用，这种电磁波称为导行电磁波，该装置称为导波装置。均匀导波装置：在垂直与波传播方向上的横截面上，导波装置具有相同的截面形状和截面面积。波的模式：在不同导波装置上可以传播不同模式的电磁波。所谓不同模式的电磁波，就是在垂直与波传播方向的横截面上具有不同的场分布，每一种

2、分布称为一种模式。不同模式的电磁波是由求解满足特定边界条件的亥姆赫兹方程所决定的。分析均匀导波装置的两种方法赫兹矢量法纵向场法参阅《微波原理》相关书籍2答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn纵向场法思路1、由麦克斯韦方程组导出E和H满足的亥姆赫兹方程。2、根据导波装置横截面形状，从亥姆赫兹方程中分离出E和H的纵向分量的标量亥姆赫兹方程。3、根据导波装置的边界条件求出E和H的纵向分量。4、根据麦克斯韦方程组给出的E和H的纵向、横向分量的关系，求出E和H的全部横向分量。3答疑邮箱：yang_jun25@cui

3、t.edu.cn§8.1沿均匀导波装置传输电磁波的一般分析1、均匀导波装置平行板波导双导线引导电磁波传播的装置——导波装置。以下给出部分常见的导波装置。均匀指在垂直于波传播方向上，导波装置具有相同形状的横截面。4答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn同轴线矩形波导圆柱形波导微带线5答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn2、在导波装置中谐变电磁场纵向场分量与横向场分量间的关系设在无耗的媒质中电磁波沿+z方向传输，对于角频率ω的谐变电磁波，在无源区域中它满足亥姆霍兹方程：为传播常数（对于无耗媒

4、质即为相位常数），是需确定的常数6答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn在直角坐标系中称为横向拉普拉斯算子。相对传播方向，场量的x和y分量是横向分量，z分量是纵向分量。7答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn令由及8答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn在理想介质中,无源区内的麦克斯韦方程组的旋度方程为将它们在直角坐标系中展开，可得各分量关系：9答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn整理以上分量关系，可以得到用纵向分量表示其它分量的关系式（2）：以及因此若解

5、得纵向分量，则其它分量可求。10答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn若解得纵向分量，则其它分量利用上述关系可求。由方程（1），纵向分量满足的方程为：由（4）及边界条件可确定kc和场的纵向分量、。再由纵向分量解出场的横向分量。3、在导波装置中谐变电磁场纵向场分量满足的方程以及11答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn由相位常数kz可得导行波的相速如下:可解出式中是无界媒质中波速。由相位常数kz可得导行波的波长（波导波长）如下:12答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn4、导

6、行波的截止波长与传输条件导行波的场量都有相位传播因子，且有13答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn要由求解纵向分量的边值问题确定。以下就几种可能进行讨论：为实数在波导内沿z方向传输的是行波，且其相速大于无限大空间充满同一媒质时的相速。14答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn场的振幅沿+z方向呈指数性地衰减,它不再是行波而是衰减波，是不可传输的截止状态。是虚数，而为大于零的实数。电磁波为15答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn沿+z向没有波的传播,场的振幅和相位都与z

7、无关,只是原地振荡而已，这种状态称为临界状态,。称为临界波数或截止波数。令fc称为临界频率或截止频率,λc称为临界波长或截止波长。16答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn所以,仅当k＞kc,即f＞fc,电磁波的工作频率高于截止频率时,或λ<λc,电磁波的工作波长小于截止波长时，导行波才能在波导中传播。即金属波导中只能传播频率高于截止频率的电磁波。因此,波导具有高通滤波器的特性。17答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn4、导行波波型的分类及特性用纵向分量表示其它横向分量的关系式：1）、

8、横电磁波(TEM波)此传输模式没有电磁场的纵向场量，有E和H的横向分量存在，不全为零。18答疑邮箱：yang_jun25@cuit.edu.cn此传输模式没有电磁场的纵向场量，即Ez=Hz=0，由关系式可知，要使E和H的横向分量不全为零，必须有kc=0，即导行波的相速:导行波的波阻抗:19答疑邮箱：yang_jun2