微波技术与天线矩形波导部分ppt课件.ppt

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1、第七讲矩形和圆形波导3.1规则金属波导规则金属波导1.波导条件：假定截面不随z而变化；2.理想均匀条件：波导内ε，μ均匀，波导内壁σ无限大；3.无源条件：波导内ρ，；4.无限条件：波导无限长。（4）纵向场法求解其他场分量（3）分离变量法求解纵向分量（2）纵横分离直接法求解：（1）时空分离3.1规则金属波导横向场量与纵向场量关系：可见，只要求出了纵场，横场就完全确定了。纵向分量方程3.1规则金属波导一、横电波：TE波理想导体边界上TE波Hz分量满足的边界条件：3.1规则金属波导二、横磁波：TM波TM波Ez分量满足的边界条件：3.1规则金属波导三、横电磁波：TEM波横向电场、横向磁场和传

2、播方向满足右手螺旋关系。沿纵向方向传播的TEM波的传播常数等于均匀平面波的传播常数。3.2矩形波导一、TE波边界条件：令：临界波数3.2矩形波导一、TE波令3.2矩形波导一、TE波由边界条件可得：3.2矩形波导一、TE波3.2矩形波导一、TE波横向为驻波，纵向为行波.m表示场在x方向半个驻波的个数，n表示场在y方向半个驻波的个数m,n不同代表不同的模式，但是不能同时取0。二、TM波m表示场在x方向半个驻波的个数，n表示场在y方向半个驻波的个数m,n不同代表不同的模式，但是不能同时取0。3.2矩形波导二、TM波m,n分别指x、y方向的半驻波个数，不同组合代表不同的模式，但是不能同时取0

3、。3.2矩形波导三、传播特性传输状态临界状态临界波长：截止状态3.2矩形波导三、传播特性截止波长最大的模式称为主模：TE10可通过选择合适的尺寸可抑制高次模，实现主模传输（单模）3.2矩形波导三、传播特性波导波长：相速度：矩形波导中，不同的模式相速度不同；同一模式，若频率不同，相速也不同，相速度是频率的函数，这种现象称为色散．群速度3.2矩形波导三、传播特性矩形波导的主模为TE10模，其它模式都是高次模。该模式具有场结构简单、稳定和损耗小等特点,所以工程上几乎都工作在TE10模式。3.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）电场横截面上的场分布3.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）

4、电场宽边上的场分布3.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）电场窄边上的场分布3.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）电场横截面上的场分布TE203.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）电场宽边上的场分布TE203.2矩形波导三、传播特性（a）磁场（b）电场窄边上的场分布TE203.2矩形波导四、矩形波导设计导体衰减传输功率3.3圆波导为什么要用圆波导1.圆波导的提出来自实践的需要。例如，雷达的旋转搜索。如果没有旋转关节，那只好发射机跟着转。2.衰减小、功率容量大。在相同周长的条件下，圆面积最大,传输功率大；在圆波导有的波型(TE01波型)无纵向电流，若采用这种波型会使高频时衰减

5、减小。矩形波导TE10波衰减圆波导H01波衰减3.3圆波导圆波导不能传播TEM波，可以传播TE和TM波对于圆柱坐标TE波Hz分量满足的边界条件：TM波Ez分量满足的边界条件：3.3圆波导通解为：TE波导行条件TE波：边界条件：的零点有无穷多个，其第i个根记作3.3圆波导1.18R5.332TE121.64R3.832TE012.06R3.054TE213.41R1.841TE11波型n、i的含义：n表示场Hz沿圆周分布的驻波数（周期数）,i表示场Hz沿半径分布的极值的个数，n=0，1…,i=1，2，…贝塞尔函数导数的零点是贝塞尔函数的极值点。前3阶Bessel函数的导数图像3.054

6、1.8413.8323.3圆波导TE01模TE11模3.3圆波导TM波：边界条件：TM波导行条件的零点有无穷多个，其第i个根记作n、i的含义：n表示场Ez沿圆周分布的驻波数（周期数）,i表示场Ez沿半径分布的零点的个数，n=0，1…,i=1，2，…3.3圆波导1.14R5.520TM021.22R5.135TM211.64R3.832TM112.62R2.405TM01波型3.3圆波导1.18R5.332TE121.64R3.832TE012.06R3.054TE213.41R1.841TE11波型1.14R5.520TM021.22R5.135TM211.64R3.832TM112

7、.62R2.405TM01波型TE11模的截止波长最长，因此TE11模是圆波导传输的主模，TE11单模传输的条件为3.3圆波导(1)TE11模（）但TE11模有极化简并现象，因此一般很少用于微波传输线，而只用于微波元件。一般选择该模是主模，场结构与矩形波导的TE10模的场分布很相似,因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导,从而构成方圆波导变换器。3.3圆波导(2)TM01模（）由于它具有圆对称性故不存在极化简并模,因此常作为雷达天线与馈线的旋