欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:58432231
大小:823.00 KB
页数:44页
时间:2020-09-07
《导波与波导课件.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、第三章导波与波导3.1引言3.2规则金属波导3.3矩形金属波导3.4金属圆波导3.5同轴线与平行双线3.6传输线理论的推广3.7带线和微带线3.8介质波导3.9光纤简介3.10激励耦合13.1引言在微波工程中使用着多种类型的传输线,如同轴线、平行双线、矩形波导、圆波导、介质线、带状线等,如图3.1所示。工程技术人员根据所选用的工作频段和微波工程系统的要求不同,选用不同类型的传输线。这些传输线起着引导能量和传输信息的作用,它们所传输的电磁波统称为导波。研究各种类型的传输线都要涉及到下述一些概念和问题,诸如导波分类、场型分析、临界波数、传播常数
2、、波阻抗、特性阻抗、等效阻抗、功率容量、工作频带、损耗衰减、结构尺寸、制造工艺、体积重量、工作环境等。我们不可能对每一种类型的传输线都做全面的讨论,因此,首先对导波的一般规律加以研究,然后再分析几种常用的传输线,希望能达到举一反三的目的。在微波工程中有两类基本的分析方法,其一是场的方法,其二是路的方法。2图3.1各种类型的传输线3图3.1所示各种具体的传输线,有的是单根空心导体,如矩形波导、圆波导;有的是多根柱状导体,如同轴线、平行双线;有的是导体与介质的混合结构,如微带线、耦合微带线;有的是单纯由介质构成的传输线,如介质光波导与光纤。这些
3、导波机构所传播的电磁波的场的构造,因导波机构的不同而有所区别,是不同类型的导波。每一种导波机构又可以有多种形式的导波场或称导波模,每一个导波模就是电磁场方程的一个解,这个解满足导波机构所给定的边界条件。根据激励条件可判断产生哪些导波模。存在着三类比较简单的但却是基本的导波模:横电波、横磁波、横电磁波。4(1)横电波,又称TE波,H波,其电场的纵向分量为零,即Ez=0,但磁场的纵向分量不等于零,即Hz≠0。(2)横电波,又称TM波、E波,其磁场的纵向分量为零,即Hz=0,但电场的纵向分量不等于零,即Ez≠0。(3)横电磁波,又称TEM波,其电
4、场和磁场的纵向分量都为零,即Ez=Hz=0。当单独一种TE波或TM波不能满足边界条件时,可以用TE波和TM波的组合来满足边界条件,称之混合模。混合模的纵向电场和纵向磁场都不为零,但可以有某一横向场分量为零。有些导波机构,如微带线不是严格的TEM波,称之为准TEM波。53.2规则金属波导的一般理论3.2.1直接法求解在柱状边界条件下求解无源电磁场有两种方法,一是直接法,即直接求解电磁场的某一分量,然后再根据电磁场方程组计算其余的各个场分量;二是辅助位函数法,即首先求出矢量位A,或相应的赫兹矢位,然后再求各个电场和磁场分量。直接法求解大致可以分
5、为以下四步:(1)将时间变量与空间变量分离,简称“时空分离”。(2)将场的纵向分量与场的横向分量分离,简称“纵横分离”。(3)按照分离变量法对待求的函数进行空间变量的分离,便于求解。(4)最后,根据已求得的一个场分量的表示式求出其余的全部场分量。63.2.2纵向场分量和横向场分量的关系假定波沿着z方向传播,垂直于z方向的场分量称作横向分量,平行于z方向的场分量称作场的纵向分量。将算子▽也分解为横向部分和纵向部分,得(3.2.1)在直角坐标系和圆柱坐标系中,算子▽的横向部分分别为算子为(3.2.2)(3.2.3)上述三式中为相应坐标方向的单位
6、矢量。纵向部分为7在无源区域,电磁场方程组的两个旋度方程可改为(3.2.4)(3.2.5)式中,。式(3.2.4)和式(3.2.5)的横向部分和纵向部分分别相等,于是两个方程分解为下述四个方程:(3.2.6)(3.2.7)(3.2.8)(3.2.9)由(3.2.8)和(3.2.9)推倒得(3.2.10)(3.2.11)两式的右端仅含场的纵向分量,左端仅含场的横向分量,即已知场的纵向分量可以求场的横向分量.83.2.3TE波、TM波和TEM波的特点(1)TE波Ez=0,且假定k2-kz2≠0,那么(3.2.12)得到ET和HT的关系:(3.2
7、.13)或(3.2.14)ET和HT的数值关系之比为,它具有阻抗的量纲,称作TE波的波阻抗,记作ηTE,即(3.2.15)注:此式说明TE波的ET、HT和相互垂直,且成右手关系理想导体边界上Hz满足边界条件(3.2.16)9(2)TM波Hz=0,且假定k2-kz2≠0,那么(3.2.17)(3.2.18)得到ET和HT的关系:(3.2.19)(3.2.20)式中ηTM为TM波的波阻抗,且(3.2.21)注:此式说明ET、HT和成右手关系,三者相互垂直。对于TM波,应首先求解Ez。在导波机构边界上,Ez是电场的切向分量,因此当边界为理想导体时
8、(3.2.22)10(3)TEM波Ez和Hz同时为零,得(3.2.23)(3.2.24)假设电场和磁场的横向分量有非零解,若上述二式成立,则必有kz=k,这意味着沿方向传播的TE
此文档下载收益归作者所有