电磁场与电磁波第8章

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1、导行电磁波是被限制在特定区域传播的电磁波，属于有界空间的传播问题导体和介质可以作为电磁波的引导，即波导波导形式有矩形、圆柱形、平板和微带等第8章有界空间中的电磁波（导行电磁波）矩形波导平行双线圆波导微带线同轴线8.1导行电磁波概论通常对均匀波导系统可以作以下假设：波导横截面沿z均匀波导壁为理想导体，波导内媒质为理想媒质所讨论的区域无源，电磁场为时谐场，角频率为设波导中电磁波沿+z方向传播，其角频率为，则可将其电场和磁场表示为：8.1.1导波的基本方程这就是用纵向场分量表示的横向场分量①②导行电磁波

2、的传播特性由传播常数的值确定。=纯虚数：振幅沿z不变，相位沿z变化，代表沿z方向传播的行波=+j：将出现因子　　　　　　，代表沿z传播的衰减波=实数：相位不变，原地振荡，振幅沿z变化（衰减）=0：相位不变，原地振荡，振幅不变8.1.2（补充）导行电磁波的一般特性显然的值由f决定，可以分别为实数、零和纯虚数。f＞fc(＜c)，＝j，纯虚数，可传播（不衰减）f＝fc(＝c)，＝0，截止f＜fc(＞c)，＝，实数，不传播其中：fc为截止频率，c为截止波长，它们

3、由波导的具体形式决定。8.2导波的分类横电磁波(TEM波)：在波传播方向上没有电场或磁场分量，即Ez和Hz都为零，电场和磁场垂直于传播方向横磁波(TM波或E波)：在波传播方向上只有电场分量，即有Hz＝0，磁场垂直于传播方向横电波(TE波或M波)：在波传播方向上只有磁场分量，即有Ez＝0，电场垂直于传播方向8.2.1TEM波对于TEM波，由于Ez=0和Hz=0，如果要使横向场分量有非零解，由上述表达式，必须有与无界空间中的均匀平面波相同8.2.2TM波和TE波对于横磁波（TM波）和横电波（TE波），分别

4、将Hz=0和Ez=0代入①②式，可以得到横向场分量的表达式。8.3矩形波导理想导体波导管中的电磁场边界条件为,abOyx8.3.1场分量矩形波导中TM波的场分布此时波导内的电磁场由Ez确定，Ez满足的方程为考虑电场的边界条件Et=0，得由激励源确定将上式代入横向场分量表达式①和②中，可得矩形波导中TE波的场分布此时波导内的电磁场各由Hz确定，Hz满足的方程为仿照前面的讨论，可得：8.3.2传播特性沿z传播Ez=0，TE波，横电波；Hz=0，TM波，横磁波m,n确定场的分布，不同m,n对应不同场分布

5、，称为模式波导中的场分布为不同模式场的叠加矩形波导中的截止频率和截止波长得矩形波导中的截止频率和截止波长分别为：截止频率fcmn与波导尺寸和填充材料有关不同模式的截止频率fcmn不同当a>b时，最低截止频率对应m=1，n=0，即TE10模式如f>fc10，但小于次低模式的截止频率，只有TE10波传播截止区TE10可传播区ffc10关于截止频率和截止波长的讨论8.7谐振腔在高频情况下，由于波长很短，电路的几何尺寸与波长相当，甚至远大于波长，此时会产生电磁辐射，并对整个电路造成干扰。所以在高频情况下，不能

6、使用一般的集中参数元件。谐振腔是一种适用于高频的元件，它由封闭的金属导体构成，将电磁波约束在空腔内，而导体壁又为电流提供了通路。谐振腔具有固定的谐振频率和很高的品质因素（Q值）。,abOyxcz8.7.1谐振腔中的电磁场设u为电场、磁场的某一分量，有考虑电场的边界条件Et=0，得同理可以求得Hx，Hy和Hz。8.7.2电磁场分布的特点电磁场在谐振腔中不传播，原地振荡m,n,p确定谐振腔中的场分布，不同m,n,p对应不同的场结构，称为模式，如TEmnp和TMmnp腔中的场分布为不同模式场的叠加8.7

7、.3频率不连续性　谐振频率无限空间中，电磁波频率可以连续取值有限空间中，电磁波频率只能取不连续的离散值本征频率fmnp由谐振腔尺寸和填充材料决定不同模式的本征频率fmnp不同最低谐振频率(a>b>c)