《导波管和光学纤维》PPT课件

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1、111綱要5-1平行金屬板的導波系統5-2波在色散導波系統中的傳播5-3衰消波(EvanescentWave)5-4矩形截面的導波管5-5矩形截面導波管中的橫磁波5-6矩形截面導波管中的橫電波△5-7導波管與傳輸線的相似性5-8空腔諧振器(CavityResonator)5-9空腔諧振器的損耗和Q值5-10介質波導(DielectricWaveGuide)112空腔諧振器的損耗和Q值實際空腔的腔壁不可能是完全導體，多少有些電阻，因此會有損失每週期貯存能量之速率與電阻消耗功率之比定為Q值113並聯RLC諧振線路電阻R通常代表

2、電容及電感中的損耗或者外加的負載共振的時候，每週期平均貯存的電能和磁能相等Zin為純電阻R並聯RLC諧振線路114並聯RLC諧振線路的Q值並聯RLC諧振線路115能量減少的時間常數與Q值的關係加有電阻的情況，若無外界支援，電壓和電流都會隨著時間做阻尼振盪(DampedOscillation)令振幅衰減的時間常數為dU減少的速率必須等於Pl能量減少的時間常數和Q值成反比116空腔諧振器的Q值把金屬導電率考慮進去的時候，電磁場會變得很難解通常採用微擾法(MethodofPerturbation)先設為無損耗求出電磁場分佈(反正

3、損耗相當小)，再去求U和Pl計算相當複雜TE101的Q值(不導證)Rs是表面電阻率117TE101的Q值令空腔內為空氣，腔壁用銅(/m)a=b=d=3(cm)算出共振頻率為7070MHz表面電阻率0.02212700阻尼常數d=neper/secRs是表面電阻率neper/cycle振盪4000次(約相當於0.57ms)以後振幅會減少到倍118增加Q值Q值愈大，振盪愈能持久增加Q值增加體積與表面積的比(證明從略)一般空腔都做成球形、圓柱形或立方體腔壁鍍上金或銀，以減少表面電阻率119並聯RLC諧振線路之輸入阻抗並聯RLC

4、諧振線路120並聯RLC諧振線路頻帶寬

5、Zin

6、跌到0.707R(共振時

7、Zin

8、=R最大)時必有頻帶寬Q愈大，頻帶寬愈小，愈能選擇出所要的共振頻率RLC並聯諧振電路之輸入阻抗大小曲線121並聯RLC諧振線路的吸收功率線路吸收的功率對所作的圖與對所作的圖相似於諧振頻率線路吸收之功率最大並聯RLC諧振線路RLC並聯諧振電路之輸入阻抗大小曲線122空腔諧振器的性質諧振線路的能量減少時間常數與頻帶寬及吸收功率等與Q值及共振頻率的關係，空腔諧振器也一樣具有Q值愈大的空腔頻率選擇性愈佳可以放在電磁波產生器後，使輸出訊號的頻率固定12

9、3頻率計(FrequencyMeter)圓柱形空腔上蓋可以移動，以便改變共振頻率蓋子移到某處，使空腔之共振頻率恰好等於所用的頻率時，空腔吸收的功率達到極大看蓋子上校準好的讀數就可知道所用的頻率頻率計頻率計電路類比124綱要5-1平行金屬板的導波系統5-2波在色散導波系統中的傳播5-3衰消波(EvanescentWave)5-4矩形截面的導波管5-5矩形截面導波管中的橫磁波5-6矩形截面導波管中的橫電波△5-7導波管與傳輸線的相似性5-8空腔諧振器(CavityResonator)5-9空腔諧振器的損耗和Q值5-10介質波導

10、(DielectricWaveGuide)125開放式導波系統封閉式導波系統導波管把波封在金屬管中傳播微波波段因波長約為數公分，導波管製造簡單更高頻率電波的波長愈來愈短波長為毫米(Millimeter)的電磁波，乃至波長數千埃()的光波，金屬導波管很難製造開放式導波系統最著名的是光學纖維(OpticalFiber)無窮大介質平板的波導是光學纖維的一種原型126平行金屬板的導波系統電磁波遇到金屬板即發生反射反射後的電磁波碰到另一片金屬板又發生反射如此反復進行，訊號就沿著金屬板傳送平行金屬板的導波系統127介質波導原理用到兩媒

11、質界面的全反射現象擺上一層無窮大介質板，平面電磁波的入射角假設超過臨界角，因而造成連續全反射導波原理類似平行金屬板介質波導間的全反射現象128介質波導分析：步驟1令平面電磁波打到邊界時，入射角為qi，而透射角(可能是虛數)為qt全反射時介質波導129介質波導分析：步驟2介質板中的波也可分為TE和TM兩種只討論TE波Ex可表為各常數間的關係及u、v的要求，可由Ex、Hz的連續而決定，但過程及結果太繁，，130介質波導分析：步驟3另一種表示法可分為兩組一組之Ex為之形式(TEeven波)另一組Ex為之形式(TEodd波)分別滿

12、足Maxwell方程式131介質波導分析：步驟4TEeven波132介質波導分析：步驟5利用Ex及Hz在y=b/2的連續可解得如果與先前的聯立可解出(u,v)此聯立方程式為超越性(Transcendental)方程組，無法以代數方法解出，但可由圖解觀察一些特性133介質波導分析：步驟6每一個交點代表一個