《波导与谐振腔》PPT课件.ppt

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1、第八章波导Waveguide序矩形波导谐振腔导行电磁波的分类及其一般特性下页返回导行电磁波——被限制在某一特定区域内传播的电磁波常用的导波系统的分类：TEM传输线、金属波导管、表面波波导导波系统——引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置本章我们主要研究电磁波在有界空间的传播,即导波系统中的电磁波.如第七章所讲的二线均匀传输线图8.0.1各种载波体低、中频区(双导体）中高频区(微带线）高频区(金属波导）波导类型(WaveguideForms)下页上页返回1、TEM波传输线平行双导线是最简单的TEM波传输线，，理论上没有截止频率，可以传播低频,

2、高频甚至稳恒电流。但随着工作频率的升高，其辐射损耗急剧增加，故双导线仅用于米波和分米波的低频段。同轴线没有电磁辐射，故工作频带很宽。2、波导管波导是用金属管制作的导波系统，电磁波在管内传播，损耗很小，主要用于3GHz一30GHz的频率范围。矩形波导圆波导频谱表(FrequencyTable)音频VF甚低频VLF低频LF中频MF高频HF甚高频VHF特高频UHF超高频SHF极高频EHF超长波VLW长波LW中波MW超短波VSW米波分米波厘米波毫米波3Hz30Hz300Hz3kHz30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GH

3、z300GHz3THz30THz300THz105km104km103km102km10km1km100m10m1m10cm1cm1mm100101（公里）（米）（厘米）（毫米）（微米）短波SW音频雷达频率微波频率红外视频超级高频射频无线电波下页上页返回★波导是无限长的规则直波导，其横截面形状可以任意，但沿轴向处处相同，具有轴向均匀性,沿z轴方向放置。★波导内壁是理想导体，即=。（无损耗）★波导内填充均匀、线性、各向同性无耗媒质（理想介质），其参数、和阻抗z均为实常数。分析均匀波导系统时，作如下假定：z8.1导行电磁波分类及其一般特性

4、8.1.1导行波的分类(GuidedWave’sTypes)GuidedElectromagneticWave’sTypesandCharacteristic★波导内无源，即＝0，J＝0。★波导内的电磁场为时谐场。波沿+z方向传播。对于均匀波导，导波的电磁场矢量写成一般形式为——横向分量——纵向分量场分量：其中：传播常数不同于前面电导率的定义直角坐标系中展开直角坐标系中展开横向场分量与纵向场分量的一般关系传播常数波数式中，波数而沿z轴传播的电磁场的复数形式其通解为代入式（1)、(2），得到波动方程可以化为以下形式：下页上页返回因为电磁场随

5、时间作正弦变化,故其复数形式满足齐次波动方程为:这里与前面所讲形式稍有不同，前面波动方程中取减号，则理想介质中—横向拉普拉斯算子。式中为波沿z方向的传播常数本征值根据纵向场法解得复数形式和(满足上述波动方程)，再由Maxwell方程解得其它四个场分量的复数形式波动方程下页上页返回如果Ez=0，Hz=0，E、H完全在横截面内，这种被称为横电磁波，简记为TEM波，这种波型不能用纵向场法求解；如果Ez0，Hz=0，传播方向上只有电场分量，磁场在横截面内，称为横磁波，简称为TM波；如果Ez=0，Hz0，传播方向只有磁场分量，电场在横截面内，称为

6、横电波，简称为TE波。导行电磁波的分类按照上述分析,在波导中传播的导行电磁波可能有Ez，Hz分量,因此依据Ez，Hz的存在情况,可以将波导中传播的导行电磁波分为三种波型(或模型)TEM波:传输TEM波波导的必须要有两个以上的导体,例如:二线传输线,同轴线等。而单导体波导例如空心金属波导管内部是不能传输TEM波的.原因:假如存在该波型,由于磁场只有横向分量(xoy面),则磁力线应在横向平面内闭合,这时要求在波导内存在纵向的传导电流或位移电流.但是根据波导定义，因为是单导体波导,其内没有纵向传导电流.又因为假定是TEM波，则纵向电场为零,所以也

7、没有纵向的位移电流.TE波中场的求解方法:Ez=0，Hz0,确定Hz0的方法为:1)波动方程2)金属导体内壁的边界条件TM波Ez0，Hz=0确定Ez0的方法为:1)波动方程2)金属导体内壁的边界条件TEM波场的求解方法:因为Ez=0，Hz=0,只有各场量才不为0,因此横截面内场的分布与静态场中相同边界条件下的场的分布相同.理想导体8.1.2波导中波的传播特性(PropagationCharacteristicinWaveguide)传播特性取决于传播常数g，衰减模式下页上页返回临界状态可传播模式场沿z方向呈指数衰减,波导内没有波的传

8、播,称为非传播模式或凋落模式.(波沿z轴传播)1)2)3)对于TE,TM波,（截止波长）cutoffwavelength（截止频率）cutofffrequency临界状态时,与有