电磁场第七章 导行电磁波课件.ppt

《电磁场第七章 导行电磁波课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章导行电磁波主要内容导行电磁波、矩形波导、圆柱波导、同轴波导、传输线理论、谐振腔当电磁波斜入射到导体或介质表面时，将形成沿界面传播的电磁波，因此导体或介质在一定条件下可以引导电磁波。传输线:能传输电磁能量的线路；微波传输线：工作在微波波段的传输线：导波系统：微波传输线的作用是引导电磁波从一处定向传输到另一处，故又称为导波系统；导行电磁波：将被限制在某一特定区域内、沿一定的途径传播的电磁波称为导行电磁波；均匀导波系统：指横截面几何形状、壁结构和所填充媒质在轴线方向都不改变的导波系统。7.1导行电磁波的

2、概念微波传输线的种类很多，常用的有双导线、同轴线、矩形波导、圆形波导、带状线、微带线、介质波导等，如图7.1.1所示。假设：导波系统内壁由理想导体构成；导波系统内的电场和磁场分布只与坐标x、y有关，与坐标z无关；导波系统内填充的是介电常数、磁导率的无耗理想媒质；所讨论的区域内没有源分布；波导内的电磁场是时谐场，角频率为。图7.1.2截面为任意形状的均匀导波系统设波导中电磁波沿+方向传播，其电磁场量可在直角坐标系中表示为无源区内的麦克斯韦方程组为直角坐标系中展开直角坐标系中展开结论：波导中的横向场分量可由

3、纵向场分量确定。代入正弦电磁波的波动方程且纵向分量满足方程结论：利用分离变量法求解该方程即可得出纵向场分量的表达式，再根据纵向场分量可得出波导中的横向场分量。这种先由纵向场分量的波动方程求解纵向场分量，然后由它与横向场分量的关系求解横向场分量的方法称为纵向场法。截止波长截止频率传播常数中与的关系是波导传输线能否能够传输电磁波的判据。当时，波能沿方向传输；当时，波不能沿方向传输。所以波导具有高通滤波器特性。通常根据纵向场分量和存在与否，对波导中传播的电磁波进行如下分类：①横电磁波又称为TEM波，这种波既无

4、分量又无分量；②横磁波又称为TM波，这种波包含了非零的分量，但；③横电波又称为TE波，这种波包含了非零的分量，但。7.1.1TEM波由于横电磁波（TEM波）的，，所以电场和磁场仅有横向分量。且传播常数相速波阻抗电场与磁场的关系7.1.2TE与TM波TE波的纵向场分量与横向场分量关系波阻抗在自由空间相速与群速电场和磁场的关系相波长或波导波长波型因子或波导因子1．横电波（TE波）又称磁波（H波），其TE波的纵向场分量与横向场分量关系波阻抗在自由空间电场和磁场的关系2．横磁波（TM波）又称电波（E波），其金属

5、空芯波导内可以存在TM波和TE波，它们的传播常数由和决定。对于不同形状、不同大小的波导，其截止波数的表示不同；同一个波导中，如果传播的波的类型不同，其截止波数也不同。当，即时，及均为虚数，表明横向电场与横向磁场相位相差，因此，沿z方向没有能量流动，电磁波的传播被截止。7.2矩形波导结构：如图所示，a—宽边尺寸、b—窄边尺寸特点：可以传播TM波和TE波，不能传播TEM波7.2.1矩形波导中TM波的场分布对于TM波，因为，，波导内的电磁场量由确定。在给定的矩形波导中，满足下面的波动方程及边界条件可用直角坐标

6、系中的分离变量求解其通解为代入边界条件可得矩形波导中TM波的纵向场分量可得TM波的场分量表示式对于不同的m、n值，表示不同的场分布。m、n分别表示场沿x、y方向的半驻波数，不同的m、n对应不同的波型，并以TMmn波或Emn波表示。但m、n均不能为零，其中任何一个为零都将导致场的消失。TM11是TM波中的最低波型，其他可能存在的TMmn则为TM波的高次波型。传输波型又称为传输模式。TM波截止频率和截止波长分别为7.2.2矩形波导中TE波的场分布对于TE波，因为，，波导内的电磁场量由确定。在给定的矩形波导中

7、，满足下面的波动方程及边界条件利用分离变量法可以得到TE波的纵向场分量TE波的场分量表示式对于不同的m、n值，场分布不同，对应不同的波型，以TEmn波或Hmn波表示。m、n不能同时为零，否则各场分量均为零。若，则TE10波是最低次波型，其余为高次波型。当m和n不为零时，TEmn和TMmn具有相同的截止波长（或截止频率），但它们的场分布并不相同。这种具有截止波长相同而模式不同的现象称为简并现象，对应的模式称为简并模式。一般情况下，应避免简并模式的出现，但有时也可以为工程所用。7.2.3矩形波导中波的传播特

8、性对TM和TE两种模式，传播常数当频率由低到高变化时，其值都会出现以下三种情况（1）当时，传播常数为实数，矩形波导中不能传播相应模式的波。（2）当时，传播常数为虚数，波导中有沿+z方向传播的波。（3）当时，传播常数为零，为临界情况，矩形波导中也不能传播相应模式的波。截止频率为截止波长为矩形波导中的截止波长分布图7.2.4矩形波导中的主模一、场分量表示和场结构用电力线和磁力线可以形象地描绘出各种传输模式（波型）在波导内的电磁场分布情况（称为场