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时间:2020-07-21
《福州大学电磁场 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*导波系统的分类:图8.0.1各种载波体a.传输线(低、中频区)b.微带线(中高频区)c.金属波导(高频区)由导体或介质引导电磁波沿指定路径传播的波称为导波。*横电磁波(TEM波):En=0与Hn=01、导行波的分类*横磁波(TM波或E波):Hn=0*横电波(TE波或H波):En=07.1传输线方程及其解本节内容:传输TEM波的双导体传输线的传播特性。研究TEM波特性由两种方法:场解法:求E(与静态场方法类似),电路方法:把传输线作分布参数电路处理,得到传输 线的等效电路,由基尔霍夫定律导出传输线方程(当信号的波长与传输线长度可比拟时
2、)。原因:传输高频信号时,会出现分布参数效应。•L1(H/m)导线中通I时,周围出现磁场•R1(/m)导线中通I时,导线会发热7.1.1分布参数的概念•G1(S/m)导线间绝缘不善,出现漏电流电场---电压波,磁场---电流波•C1(F/m)导线间有电压,则导线间有电场7.1.2传输线方程及其解设信号源为正弦波,则每个物理量均含有ejwt因子。由基尔霍夫定律得u(z,t)图8.4.1有损耗均匀传输线等效电路u(z+dz,t)根据约去公共因子ejwt得其中特性阻抗Um+与Um-的值由传输线边界条件确定(两种)。(1)已知终端电压、电流设ZLUsEsULILIs
3、lzz’图8.4.2由端电压确定积分常数双曲函数形式表示:选终端为坐标起始点,设z’=l-z(2)已知始端电压、电流设双曲函数形式表示:7.1.3传输线上波的传输特性参数1、特性阻抗传输线的特性阻抗为行波电压与电流的比值。对于无损耗线:R1=0,G1=0,例1求无损耗同轴线与平行双线的特性阻抗。2、传播系数对于无损耗线:3、输入阻抗4、相速度对于无损耗线:5、导波波长6、反射系数反射系数定义为反射波电压(电流)与入射波电压(电流)的比值。其中电压电流7.1.4传输线的工作状态传输线的工作状态取决于终端负载ZL。1、行波状态只有入射波的状态。对于无损耗线:(1
4、)沿线电流、电压振幅不变。(2)电流、电压同相。(3)沿线各点的输入阻抗等于特性阻抗。行波状态无损耗线特点:2、驻波状态(全反射)对于无损耗线:而(1)ZL=0终端短路(2)终端开路(3)终端纯容抗或感抗驻波的特点:(1)两个方向相反的行波合成驻波,其不具有传输 特性,在线上作简谐振荡。(2)在时间和空间位置上U、I有900的相差。(3)U、I有固定的波节面和波腹面。(4)ZL=0或时,z’不同,传输线可等效成电容、 电感或LC谐振电路。图8.6.1终端短路线上的驻波电压和电 流及输入阻抗和等效电路例2在工作波长为l的高频电路中,为了得到300欧姆
5、的感抗,利用特性阻抗为75欧姆的终端短路线来实现,问所需的传输线长度为多少?若想获得300欧姆的容抗,则传输线长又应取多少?解:ZL=0时,电抗元件取最短的线,3、混合波状态终端接任意阻抗负载时,为混和波状态。上式变为:上式前一项为行波分量,后一项为驻波分量。对于无损耗线:驻波系数:驻波系数和反射系数的关系可如下导出:行波系数:为定量描述传输线上的行波分量和驻波分量,引入驻波系数和行波系数:7.2导波纵向场法:纵向场法指求解麦克斯韦方程时,将场的四个横向分量用两个纵向分量来表示,而纵向分量的大小由求解波动方程确定。设:•载波体无限长,具有轴向均匀性(无反射)
6、•载波体为完纯导体,其周围是理想介质(无损耗)•电磁波沿z轴传播,且随时间作正弦变化。•载波体中无激励源(J=0,r=0)7.2.1导波的分析方法根据因得出用纵向场量Ez来Hz表示其余的横向场量得Ez和Hz由波动方程求得。波动方程可写成:由边界条件可确定Ez和Hz解。讨论(1)TEM波(Ez=0,Hz=0)TEM波不能用纵向场法求解分量。另外,可得:此结果与二维无源区静态场所满足的关系相同。二维无源区静态场:结论:能维持静态场的装置能维持TEM波(平行双导线、同轴线)。7.2.2矩形波导(空芯波导管)图8.2.1矩形波导为了减少传输损耗,并阻止电磁波向外泄露
7、,采用空心金属管做波导装置。空芯金属管可以传播TE、TM波,但不能传播TEM波。?1、TM波(Hz=0)思路:根据波动方程,采用分离变量法先求出Ez,而后得出Ex、Ey、Hx和Hy。上式已约去公共因子:设:两边除以fg得上式中的待定系数由边界条件Et=0确定。a.x=0,Ez=0Ez=C1(C3cos(kyy)+C4sin(kyy))=0C1=0Ez=C2sin(kxx)(C3cos(kyy)+C4sin(kyy))b.y=0,Ez=0Ez=C2C3sin(kxx)=0C3=0Ez=C2C4sin(kxx)sin(kyy)c.x=a,Ez=0Ez=C2C4s
8、in(kxa)sin(kyy)=0d.y=b,Ez=
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