微波技术与天线-传输线和波导(不讲)ppt课件.ppt

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1、微波与天线主讲人：石丹MicrowaveandAntenna北京邮电大学2010第3章传输线和波导2基本概念，导波方程及求解矩形金属波导圆波导同轴线带状线和微带线本章主要内容3熟悉波导中导波场的一般求解方法——纵向场法熟悉金属波导的波型理论（波型的分类、波型的场结构、波型的特性及其沿波导轴向传输特性）掌握波导中波的传播条件及各类波导的主模掌握规则波导的传输特性参数——截止频率/截止波长、相速/群速、波导波长、波阻抗了解规则波导设计的一般原则——单模传输（通常为主模）、传输功率尽量大、损耗小本章学习要点4研究

2、对象微波传输线、波导传输线、波导的设计研究目的建立电磁场理论与微波电路理论之间的桥梁，将电磁场理论运用于微波电路设计中——“场”的方法研究方法电磁场理论亥姆霍兹方程引言5什么是波导？广义上来看，波导泛指用来引导电磁波的传输线或器件，包括双导线、同轴线、矩形波导、圆波导、带状线、微带线、介质波导，等等。狭义上来看，波导特指“空心”或“填充介质”的封闭的“腔体”。区分——传输线一般由两个或多个导体组成，支持TEM波；而波导一般由单个导体组成，支持TE/TM波，不支持TEM波。引言6传输线和波导举例引言传输线：a

3、,b,c,f波导：d,e,ga:平板；b:平行双线；c:同轴线；d:矩形波导；e:圆波导；f:微带线；g:光纤7波导器件举例——平行线&矩形波导引言平行线矩形波导8波导器件举例——圆波导&同轴线引言9波导器件举例——带状线&微带线引言10波导器件举例——光纤引言11什么是规则波导？规则波导——无限长、直的、均匀的波导，其截面形状和尺寸、波导管壁的结构、以及波导内媒质分布情况沿轴向不变。规则波导基本理论包括两部分波导中的模式及其场结构问题（横向问题）波的模式沿轴向传输的基本特性问题（纵向问题）引言本章主要研究

4、规则波导12为简化求解，分析过程做如下假设：波导内壁的电导率为无限大；波导内的介质（介质常数为ε、μ）是均匀无耗的、线性的、各向同性的；导波方程及求解波导内无自由电荷和传导电流（无源，ρ=J=0）；波导无限长13根据以上假设，理想情况下有：电磁场的幅值在横截面内的分布规律不随坐标z的变化而变化场的幅度、相位沿z轴的变化规律与横截面坐标无关导波方程及求解往Z轴传播的“时谐”的电场与磁场可表示为采用“纵向场法”求解14求解波导中场分布的一般方法——纵向场法掌握“纵向场法”的求解思路与分析方法掌握波导中的传播条件

5、与截止现象概念掌握波导中波阻抗概念，以及与特征阻抗的区别导波方程及求解15纵向场法——求解波导中场分布的一般方法基本思路：用纵向场分量{Ez(x,y),Hz(x,y)},表示横向场分量{ET(x,y),HT(x,y)}通过亥姆霍兹方程，得到满足边界条件的纵向场Ez或Hz的波动方程（导波方程），求解得到纵向场Ez或Hz利用横向场与纵向场的关系，求解得到横向场导波方程及求解完整的场=纵向场+横向场纵向场横向场16无源区时谐场的亥姆霍兹方程推导导波方程及求解无源区域矢量形式的波动方程在一定边界条件下求解！时谐场电

6、场、磁场均满足亥姆霍兹方程！利用矢量恒等式17无源区时谐场的亥姆霍兹方程导波方程及求解亥姆霍兹方程求解方法？（见教材P17页，1.5节）如何由亥姆霍兹方程，得到纵向电场（磁场）满足的波动方程？18无源区时谐场的亥姆霍兹方程导波方程及求解纵向场分量的波动方程?标量方程19导波方程及求解求纵向电场满足的亥姆霍兹方程纵向场法——求解纵向场的波动方程(时谐场)20导波方程及求解求纵向磁场满足的亥姆霍兹方程纵向场法——求解纵向场的波动方程(时谐场)21回忆比较——传输线部分一维亥姆霍兹方程导波方程及求解（回忆）传输线

7、理论电压V(z)与电流I(z)的一维波动方程纵向电场、磁场的二维波动方程解的形式？结合边界条件和特定波型求解22波导中的波型导波方程及求解导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三种波型(或模)：(1)横磁波(TM波)，又称电波(E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。T—TransverseE—ElectricfieldM—Magneticfield(3)横电磁波(TEM波)：(2)横电波(TE波)，又称磁波(H波)：23纵向场法——求纵向场

8、导波方程及求解对于TE模，求纵向场的边值问题为：对于TM模，求纵向场的边值问题为：对于TEM模，求纵向场的边值问题为：已知电势24纵向场法—求纵向场导波方程及求解对于TE模，求纵向场的边值问题为：对于TM模，求纵向场的边值问题为：对于TEM模，求纵向场的边值问题为：25纵向场法——求横向场导波方程及求解无源区域麦克斯韦方程（时谐场）纵向场表示的横向场k，kc，β的区别？已知,未知？26区分媒质的波数（传播常数）k