微波技术第3章1矩形波导

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1、§3.1矩形波导§3.2圆形波导§3.3同轴线第三章规则金属波导规则金属波导管壁材料：铜、铝，有时其壁上镀金或银。使用范围：3000MHz（3GHz）~300GHz导波模式：（非TEM波）TE波，TM波，混合波。形状：横截面有矩形、圆形、脊形、椭圆形、三角形等。金属波导优点：导体损耗和介质损耗小、功率容量大、没有辐射损耗、结构简单、易于制造。导波的种类TM波(E波)TEM波TE波(M波)导波的种类的导波的导波的导波导波场的求解方法由麦克斯韦方程组导出横、纵向场关系式；由麦克斯韦方程组导出电场或磁场纵向分量满足各坐标系中的亥姆霍兹方程。由各种情况下的边界条件（波导内壁：Et=0）求解各种情况下的

2、亥姆霍兹方程的电场或磁场纵向分量特解；由横纵向场关系式求各横向场分量。在规则导行系统中：矩形波导：截面为矩形的金属波导管。§3.1矩形波导尺寸：对于TE模：1）TE模导体边界上电场的切向分量为零由分离变量法分解得：其边界条件为：1．矩形波导的导模2．导模的场结构导模的场结构，是波导中电场和磁场的强和弱，这里我们用电力线和磁力线的疏密来表示。由场解可知，矩形波导中可能存在的电磁场有无限多个解，即TEmn(Hmn)和TMmn(Emn)模式，或将此称为“波型”。对于每一个的TEmn(Hmn)和TMmn(Emn)模而言，每一种场分布都是不同的，一般情况下具有不同的传播特性（它们都单独满足矩形波导的边界

3、条件，能够独立地在波导中存在）。相应的高次模与基本场结构模有一定的关系。最基本的场结构模型TE10TE01TE11TM11不同的模式具有相同的传输特性参量的现象称为“简并”。TE10模中，m=1,n=0，代入场分量：（某时刻）(1)TE10模与TEm0模分析上式可以得出：Ey与x轴有关，且Ey与成正比；如图，沿宽边a电场按正弦律变化。在x=0和x=a处，电场Ey为零；在x=a/2处，电场Ey为最大；为一个半驻波分布；波沿+z方向传播，即整个场型沿z轴传播。①电场其电场只有Ey分量，电力线是一些平行于y轴的电力线;其幅度不随y变化（与y无关），故沿b边电场无变化；Hx和Hx在a边上均有半个驻波分

4、布。②磁场平行于波导宽边的xz平面内，磁力线是闭合曲线。同样，磁场与y无关（在y方向场不变）；Hx在波导宽边上为正弦分布，而Hz在波导宽边上为余弦分布；磁场有Hx和Hz两个分量TE10eTE10hTE10对于TEm0波，其场分量：其场分量不随y变化（与y无关），故沿b边场无变化；沿宽边a电场有m个半驻波分布或m个TE10模场结构分布。沿z轴则为正弦分布，波沿此方向传播，即整个场型沿z轴传播。与TE10模类似：TE20TE20模场结构TE10TE01模只有Ex、Hy和Hz三个场分量，它们与x无关，故沿a边场无变化；只是y和z的变量，Ex和Hy沿b边为正弦分布，而Hz沿b边为余弦分布（为半个驻波分

5、布）。TE0n模的场结构是沿a边不变化，沿b边有n个半驻波分布或n个TE01模场结构分布。其场分量为(2)TE01模与TE0n模与TE10模的差异为波的极化面旋转了900(3)TE11模TEmn模m和n均不为零的最简单的TE模是TE11模。其场沿a边和b边都有半个驻波分布。TEmn模：其场沿a边有m个、沿b边有n个半驻波分布或TE11模场；如图。(4)TM11模与TMmn模TM导模中最简单的模为TM11模，其磁力线完全分布在横截面内，为闭合曲线（Hz=0）；电力线则是空间曲线。其场沿a边和b边均有半个驻波的分布。TMmn模：其场沿a边有m个、沿b边有n个半驻波分布或TM11模场；如图。注：TE

6、11与TM11是简并模，这种简并称为模式简并；同理，TEmn与TMmn(m>0,n>0)是简并模。3．管壁电流波导底面y=0；主模：TE10模工作下顶面y=b，在左侧壁上：在右侧壁上：左右两侧壁的电流只有Jy，大小相等，方向相同。上下宽壁内的电流由Jz和Jx合成，在同一位置的上下宽壁内的管壁电流大小相等，方向相反。4．矩形波导的传输特性其传播常数为（1）导模的传输与截止如b为虚数，令jb=a,则有EZ=E0Ze-az为衰减波，在波导中不能传输对于传输模式，应为实数，即；截止时，=0，此时相应的截止波长为：只与模式和波导尺寸有关.即截止频率:则可得截止频率为：l导模的传输条件：可得由为实数波才能

7、传播故有l导模的传输条件：l导模的截止：高通滤波器l“简并”模式：不同的模式具有相同的截止频率（波长）等特性参量的现象称为“简并”。相同波型指数m和n的TEmn和TMmn模的相同，故相对应的TE和TM模式为简并模，但由于TM模无TM0n和TMm0模，故TEm0和TE0n模无简并模。l主模TE10模：导行系统中截止波长最长的导模称为该导模的主模，或称基模、最低型模；其它的模称为高次模。传输单一模式（