微波技术-传输线和波导ppt课件.ppt

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1、第三章传输线和波导——微波传输线的分类及其特点TEM传输线特点:没有沿传输方向的场分量；传输的主模是TEM模式，没有截止频率；相速和群速不是频率的函数（即不存在色散）；电压、电流和特征阻抗定义唯一。第三章传输线和波导——微波传输线的分类及其特点常用的TEM传输线平行双导线、同轴线、带状线、微带线、共面波导第三章传输线和波导——微波传输线的分类及其特点色散传输线特点存在着沿波传输方向的场分量；存在着最低工作频率，即当低于主模的截止频率时，电磁波将不能在传输线中传播；相速和群速是频率的函数，即存在色散；电压、电流和特征阻抗定义不唯一。第三章传输线和波导——微波传输线的分类及其特点常用微波色散

2、传输线矩形波导、圆波导、槽线、介质波导、脊波导第三章传输线和波导——本章主要内容及其要点微波传输线中波的分类；TEM、TE和TM波的一般解及其一般传输特性；常用微波传输线的分析方法；常用微波传输线的场分布、传播特性、主要传播模式，特点和用途。3.1TEM、TE和TM波的通解均匀波导（传输线）的理想化假设波导内壁为理想导体，电导率为无限大波导内填充介质为各向同性，均匀无耗的线性媒质波导内无自由电荷和传导电流，即波导内无源波导为无限长，横截面形状大小在传播方向不变波导中波的传播方向为Z方向，与波导横截面相垂直波导中传输的波为正弦电磁波均匀波导中导行波的一般表达式广义正交曲线坐标系下的矢量亥姆

3、霍兹方程其中为介质中的波数矢量亥姆霍兹方程的纵向算子和横向算子设广义正交曲线坐标系的三个坐标分别为：u，v，w，且设W方向为传播方向—z方向，则拉普拉斯算子为：其中称为二维拉普拉斯算子矢量亥姆霍兹方程的纵向算子和横向算子由二维拉普拉斯算子表示三维矢量亥姆霍兹方程，有1、矢量亥姆霍兹方程的分离变量法（1）对变量Z的分离z为一个特殊的方向，横坐标u，v的函数E(u,v)和H(u,v)与z无关，可以先对z进行分离变量（以电场为例说明）设：1、矢量亥姆霍兹方程的分离变量法Z(z)仅为变量z的函数，且为一标量函数，将上式代入（A1）式，有即（A2）（1）对变量Z的分离(A2)式要有解，等式两边

4、都必须为一常数，令其为γ，有（A3a）（A3b）（2）Z（z）的解及其意义解的意义：代表沿传输线朝±Z两个方向传输的波—入射波与反射波。γ为传播常数，它的实部α代表衰减因子，虚部β代表相移常数，即(3)电场和磁场横向坐标变量的亥姆霍兹方程无限长无耗传输线，有电场和磁场：(3)电场和磁场横向坐标变量的亥姆霍兹方程设有（A4）kC称为截止波速（4）用纵向场分量表示横向场分量——电磁场横截面分布的求解步骤1分量形式的电磁场（4）用纵向场分量表示横向场分量——电磁场横截面分布的求解步骤1分量形式的麦克斯韦方程（A5）（4）用纵向场分量表示横向场分量——电磁场横截面分布的求解步骤1横向场分量与

5、纵向场分量的关系（A6a）（A6b）（A6c）（A6d）（5）纵向场分量满足的波动方程——电磁场横截面分布的求解步骤2将（A3）式写成分量形式az是常矢量，z分量可单独分离，即（A7a）（A7b）直角坐标系下无耗传输线横向场和纵向场的关系3.1.1TEM波TEM波的特点必然有横向场满足的场方程3.1.1TEM波TEM波横向场与静场一样都满足二维拉普拉斯方程,可用势函数来表示.电流3.1.1TEM波TEM波存在的条件——相应的静电势不为零多导体传输线能够存在TEM波闭合的导体不存在TEM波（如矩形波导、圆波导）平面波是TEM波的一种，传输特性可以用TEM波的方法分析。3.1.1TEM波波阻

6、抗其中Et和Ht满足右手螺旋法则。如在直角坐标系下，有3.1.1TEM波——TEM传输线的分析方法静场分析的方法优点:方法相对简单。不足:无法进行高阶模和不连续性的分析。求解电位的拉普拉斯方程保角变换变分3.1.1TEM波——TEM传输线的分析方法全波分析优点：可以进行高阶模、不连续性和色散的分析缺点：分析过程复杂分离变量法、谱域法、横向谐振法等3.1.1TEM波——分析过程总结（求解拉普拉斯方程法）1、在合适的坐标系下分离变量，求解电位的拉普拉斯方程。2、由导体的边界条件，求出解的常量。3、由电场和电位的关系，计算出电场。4、由电场和磁场的关系，计算出磁场。3.1.1TEM波——分析过

7、程总结（求解拉普拉斯方程法）5、对电场（由导体a到导体b）积分，计算出电压V，对磁场积分求出电流。6、根据定义求出传播常数、特征阻抗等传输线参数。例3.1.2TE波横向场与纵向场的关系TE波的特征Ez=0，Hz≠0，即磁场有纵向分量，电场无纵向分量，只有横向分量。3.1.2TE波直角坐标系下的关系3.1.2TE波纵向磁场（直角坐标系）波阻抗3.1.2TM波横向场与纵向场的关系TM波的特征Hz=0，Ez≠0，即电场有纵向分量，磁场无纵