波导与谐振腔.ppt

《波导与谐振腔.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第八章　波导与谐振腔引言前一章的内容是均匀平面电磁波在无界媒质中的传播特性与规律。但有时会要求电磁波在有界媒质空间中传播的情况，即电磁波在导波结构的导引下，朝预定方向传播时的规律。这些有界的媒质空间结构有微波炉腔，平行双线，同轴线，带状线，微带线等都是所谓的传输线等。其中微波炉腔就是所谓的波导。典型的传输线结构示意图如下：7/25/20212引言7/25/20213引言传输线分析方法有两种一是从路的角度来分析，比较适用双导体传输线系统，例如，双导线与同轴线等。二是从场的角度来分析，比较适用规则波导。就像电磁场理论分析问题一样，求解电场与磁场的解析解表达式

2、。7/25/20214引言一、传输线的分类：1.多导体传输系统：系统由多个导体组成2.单导体传输系统：系统由单个导体组成二、柱状传输系统及其特点1.即沿传输系统的轴向横截面形状与尺寸不变且无弯曲2.特点7/25/20215引言有：1.横电磁波：其电磁场都没有纵向（传播方向）分量2.横磁波：磁场没有纵向分量，电场有纵向分量3.横电波：电场没有纵向分量，磁场有纵向分量4.混合波：电磁场的纵向分量都不为零7/25/202168.1规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输分析前的假设：管内介质均匀，线性同性管内无自由电荷和传导电流管内的场是时谐的，于是电场与磁场的亥

3、姆霍茨方程为：场由横向与纵向分量合成为波数7/25/20217规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输规则金属波导管内电磁波的传输方式－是否与传输线导波系统的形式一致？利用分离变量法，令可以得到z分量方向的的解为若波导无限长没有反射波，则7/25/20218规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输纵向电场为同理可得纵向磁场为两个分量满足对于无源区电场与磁场有于是得到为传输系统的本征值7/25/20219规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输特点场的纵向分量求出后，可求出场的横向分量满足上述方程和边界条件的解有很多，每一个解对应一个波型也称为模式，不同的波型有不同的

4、传输特性是本征值，与导波系统横截面形状尺寸及传输模式有关。相移常数　＝0时，导波系统不传输微波，此时称为截止，　　，　称为截止波数7/25/2021102传播特性传输特性参数有：相移常数和截止波数相速与波导波长波阻抗：横向场的比值传输功率7/25/2021113导行波的分类导波结构：约束或导引电磁波能量沿一定方向传输的结构。导行波：在导波结构中传输的波。不同的导波结构传输不同的导行波。对于不同的截止波数　，导行波有以下三类：1）　　的波只有横向电场与磁场，为横电磁波，简称为TEM波，没有纵向电场与磁场。2）　　时，　和　　不能同时为零，这就导致有电场纯横

5、向波(TE－)和磁场纯横向波(TM－)7/25/2021123导行波的分类（1）TE波：纵向电场为0，只有纵向磁场，称此波为H波。它的波阻抗为（2）TM波：纵向磁场为0，只有纵向电场，称此波为E波。它的波阻抗为这两种波的相速　　　　　　　均比无界媒质中的速度快，所以称为快波7/25/2021133导行波的分类(1)横磁波(TM波)，又称电波(E波)：(2)横电波(TE波)，又称磁波(H波)：(3)横电磁波(TEM波)：其中横电磁波只存在于多导体系统中，而横磁波和横电波一般存在于单导体系统中，它们是色散波。导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三

6、种波型(或模)：7/25/2021143导行波的分类3）　　慢波：　　　　　。在光滑导体壁构成的导波系统中不可能存在　　的情况，只有当某种阻抗壁存在时才有这种情况的可能。这三种情况对应了三不同的导波形式：即TEM波、封闭金属波导和表面波导本章重点是封闭金属波导的传输特性。7/25/2021158.2矩形波导矩形波导是横截面为矩形的空心金属管，如图所示。图中a和b分别为矩形波导的宽壁和窄壁尺寸。由于矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波

7、系统中常采用矩形波导作为传输线和构成微波元器件7/25/2021168.2矩形波导1矩形波导中的场：TE和TM(1)TE波且此方程的通解为A和B为待定常数，由边界条件确定：所以通解为各场分量为7/25/2021178.2矩形波导(1)TE波的模式m,n分别代表TE波沿x方向与y方向分布的半波个数，一组m,n对应一种TE波即TEmn模式。但m,n的组合不能同时为0。存在TEm0和TE0n及TEmn模，其中TE10是最低模，又称主模，其它为高次模。7/25/2021188.2矩形波导（2）TM波与TE波相同的方法，可求得TM波所有的场解为：式中TM11模是最

8、低模，其它都为高效模总之，矩形波导内存在许多模式的波，TE波是所有TEmn模式的