章矩形波导中的基模

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1、§2.3矩形波导中的TE10模在矩形波导中，TE10型波的截止波长最长且无简并波型存在，因此最易实现单模传输。再加之它的场分布最简单，单模工作频带又宽，使得在实际微波电路中，矩形波导几乎都以TE10模式传输。通常将TE10模称为矩形波导中的主波型。一、TE10模的场结构场结构对正确设计和使用各种微波元器件，对所需模式采取正确地激励、耦合的方式都非常有意义取m=1，n＝0，代入TE波的表达式（2.41）中，得到TE10模的场分量表示式场结构如图所示以下从场结构，电流分布，功率，等效阻抗等方面介绍TE10模传播方向λg/2ba其他模式场结构TE10

2、TE20矩形波导中的TE10模其他模式场结构TE10TE01TE02矩形波导中的TE10模其他模式场结构若TE10模的电场及磁场沿y方向呈cos分布则得到TE11模的场结构TE11TE21TE22矩形波导中的TE10模其他模式场结构TM11TM21TM22矩形波导中的TE10模波导中电磁力线的结构.docTE10模的管壁电流分布在波导内部空间有电磁波传输时，其高频电磁场将在波导壁上产生高频感应电流。式中为波导内壁的法向分量，JS为面电流密度，Ht为表面上的切向分量磁场。JS的大小等于波导内壁表面上的磁场切向分量的大小，其方向按右手螺旋法则确定。

3、由波导内磁场分布可绘制出壁电流分布图在微波波段，场对良导体的穿透深度非常小（数量级为微米），因此可以认为管壁上这种电流是面电流。电流分布可由波导管壁附近的磁场分布来决定，矩形波导中的TE10模波导开缝了解波导的壁电流分布具有实际意义波导管壁上开缝计算波导损耗一些槽缝希望不发生显著的辐射以避免对波导内电磁场波形的扰动和破坏，这就应使槽缝尽量不切断电流线，必须顺着电流的方向开槽缝在波导宽壁中心，因为横向电流为零，这时沿着中心线开纵向窄槽缝（缝隙宽度d<<λg）就不会影响壁上电流分布，使发生的辐射较弱，对波导内被测量的电磁场扰动就很小，如图中的A槽缝

4、。一些槽缝却是希望电磁波从波导中辐射出来，如波导“裂缝天线”，这时开缝的原则是垂直于电流线开槽，故意切断高频电流的通路，迫使一部分电流改道，另一部分电流通过缝内的位移电流越过槽缝而流通。后者表现为横越槽缝的强电场，它与平行于槽缝的磁场一起组成向外的坡印亭矢量，故有大量的能量辐射出去，如图中的B缝。矩形波导中的TE10模部分波概念所谓部分波概念就是把波导中传播的过程，看作有许多平面波（TEM波）迭加的概念，这些TEM波称为部分波。下面以TE10波为例TE10模式的场分布可以看成是在x=0，x=a的两个波导窄壁之间传输的两个平面波迭加的结果，这两个

5、平面波的传输方向与Z轴的夹角为±θ。模的电场为：而该式表示的是在xz平面内，传输方向与z轴成±θ角的两个平面波的叠加，如右上图所示。这两个平面波也可认为是在波导窄壁间入射和反射的平面波，如右图所示。这种现象也被称为横向谐振，在计算某些横截面形状不规则波导中波型的截止波长时，利用横向谐振概念往往比较简便当λ＝2a，sinθ＝1，θ＝π/2.平面波在x=0，x=a的两个窄壁之间来回反射，不沿z轴传输,TE10模截止矩形波导中的TE10模传输功率及功率容量波导中传输的微波功率，是由其中的电磁场携带的。在行波状态下，传输的平均功率可由波导横截面上的坡印

6、亭矢量的积分求得，即对于TE10模式，Ex＝Hy＝0，Ey/Hx=-ZTE10上式变成或者写成式中E0=ωμaA/π是横向电场的最大幅值，它是波导中线上电场强度的幅值。若波导中填充的是空气，则可见波导功率容量除尺寸和击穿电场外，还与频率相关，上图给出了关系曲线当波导中的最大电场等于介质的击穿电场强度Ebr(空气击穿强度为30kv/cm)时，相应的传输功率就称为波导的功率容量或击穿功率由图可见，λ＝2a时Pbr＝0，λ1.8a时Pbr功急剧下降所以，对给定波导其频率一般在a<λ<1.8a。考虑环境等其他因素，实际波导传输功率

7、容量取P＝(1/3－1/5)Pbr矩形波导中的TE10模TE10模的等效阻抗TE10模的波阻抗仅与波导宽边尺寸a有关而与窄边尺寸b无关，若将两段a相同而b不相同的矩形波导相连接，虽然波阻抗相同，但由于连接处存在不连续性仍将对入射波产生反射。波导情形时的一个类似传输线特性阻抗的概念是“等效阻抗”类似于电路理论，可以有三种定义阻抗的方法，即式中V，I分别人为定义为波导的横截面上宽边中心线之间电场强度的线积分为等效电压，波导宽边内表面上总的纵向电流为等效电流。其值为由三种定义得到的特性阻抗分别为可见三种定义得出了不同的结果，正好表明了所定义的电压、电

8、流的人为性，同时也证明了色散波确实无法定义单值的特性阻抗。按不同定义得出的阻抗数值虽不同，但与波长、波导尺寸的关系是相同的，引入等效阻抗是为了解决不同