电磁场理论-07 导行电磁波课件.ppt

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1、主要内容：一般导波传输线的特性分析金属矩形波导同轴线平面传输线波导的激励与耦合第六章导行电磁波传输线（transmissionline）：用来传输电磁能量的线路称为传输线或称波导（waveguide）（广义的）。传输线能导引电磁波沿传输线的纵向方向前进。被导引的电磁波称为导行波（guided-wave）。同轴线双线传输线的种类：介质波导光纤（主要由介质构成）矩形波导圆波导（外壁为金属，内部可填充介质）（外壁、内芯为金属，之间可填充介质）微带线带线（由金属、介质构成）（两根金属线）米波、分米波以下：双线、同轴线厘米波：空心金属波导、带状线、微带线毫米波：空心金属波导、介质波导、微带线

2、光波：光纤（此划分界限并不十分严格）从减少传输线损耗和结构工艺的可实现性等方面考虑，不同频段、不同需求，使用不同的传输线。6.1规则传输线的分析方法和一般特性规则传输线：横截面的形状、尺寸及媒质参数不随传输线纵向坐标变化的无限长、直传输线。（纵向）zxy1、传输线所用导体为理想导体，所用介质为理想介质。2、求解传输线中的电磁场时假设传输线中无源。模型假设：一、求解方法：无源时谐Maxwell方程传输线的边界条件：1、z方向无界、无变化2、xoy平面上有媒质交界面求解求出无源时谐波动方程的通解，再根据边界条件确定通解中的待定常数。无源时谐波动方程6.1.1规则传输线中的电磁波二、求解

3、传输线的无源时谐波动方程1、求解思路：（1）分离变量法（教材P168）（2）类比方法：①传输线的无源时谐波动方程与无界空间中的无源时谐波动方程完全相同，②传输线与无界空间一样在z方向无界、无变化，③传输线中导行波向+z或-z方向传播，传输线中向+z或-z方向传播的导行波无界空间中向+z或-z方向传播的均匀平面波类比z方向的边界条件无界，无变化无界，无变化无源时谐波动方程表示式中与z有关的部分表示式中与x,y有关的部分常矢量x、y方向的边界条件无界、无变化有界、有变化向+z传播的均匀平面波向+z传播的导行波x,y的矢函数：类比：结论：导行波的表示式：γ值待定，与x、y方向边界条件有关

4、2、具体求解：同理：x、y方向的边界条件代入求解：①②③3、纵向场法纵向场法：直角坐标表示式：求解纵向分量x、y方向的边界条件求解：①②③：横电磁波，TEM波1)依纵向分量的有、无来对导行波进行分类4、导行波的分类4）：混合波TE波＋TM波：横电波，TE波（或H波）2)TransverseElectric3)：横磁波，TM波（或E波）TransverseMagnetic由公式(7-19)：因此：6.1.2导行波的传播特性1、TEM波：一、各种波（或称模式(mode)）的传播特性随z增大，电场的相位逐渐滞后，因此该TEM导行波向z方向传播。结论：TEM波始终是传播的。2、TE波和TM

5、波：由公式(7-19)：结论：依据kc与k的不同大小关系，可能为实数也可能为虚数。为传输波z任意固定时刻，传输波电场的任意分量沿传输线纵向的分布情况瞬时表示式：情况1：为虚数情况2：为实数为凋落波瞬时表示式：z任意固定时刻，凋落波电场的任意分量沿传输线纵向的分布情况注意：由于表示式中没有相移因子，所以凋落波并不是边传输边衰减的电磁波，而是幅值沿z方向逐渐减小的一种场分布。将凋落波这种不能传播的非波动状态称为截止（cutoff）状态。在规则传输线中，TE波和TM波是传播还是截止，取决于k与kc的关系。二、传输状态、截止状态的判断，一旦传输线中所填充媒质的参数确定，k就只随导行波的频率

6、f或波长λ变化。kc在求解方程时，由x、y方向的边界条件确定。kc值一旦确定，则导行波是传输的还是凋落的，就取决于频率或波长。1、判断的思路2、截止波数、截止频率、截止波长、传输线相当于高通滤波器TEM波截止(或临界)波数：截止(或临界)频率：截止(或临界)波长：三、相速度（仅对传输波而言）：1、TEM波：相移常数为kTEM导行波的相移常数等于无界理想介质中的相移常数；TEM导行波的相速度与频率无关，是非色散波。结论：2、TE、TM波：1、TE、TM波的相速度与频率有关，是色散波，传输线对于TE、TM波是色散传输系统。这是由传输线这种几何结构造成的，称为几何色散。而导电媒质中的色散

7、称为媒质色散。3、了解：群速度、能速度相移常数为2、色散现象导致传输线传输信号的失真，所以传输线不宜传输带宽较大的信号。某个传输波的横向电场与横向磁场的绝对值之比。四、波导波长：传输线中相邻的同相位点之间的距离五、波阻抗：TEM模：TE、TM模：（λ为无界空间中的波长）1、传输线中有TEM、TE、TM三种波；2、TEM波总是非色散的传输波；3、TE、TM波有截止、传输两种状态。4、频率大于传输线的截止频率的TE或TM波才可以在传输线中传输，因此对于TE、TM波而言，传