电磁场微波技术与天线8.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Introduction8.0.1频谱表(FrequencyTable)8.0序音频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3Hz30Hz300Hz3kHz30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz3THz30THz300THz105km104km103km102km10km1km100m10m1m10cm1cm1mm100101（公里）（米

2、）（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）8.0.2波导类型(WaveguideForms)下页上页返回8.0.2微波特点(MicrowaveCharacteristic)1.类似于光波的特性波长很短，直线传播。可将电磁能量集中在很小的角度内定向辐射（雷达；航天遥控、遥感、遥测、通信等）2.穿越电离层的透射性给空间通信、卫星导航、卫星遥感、射电天文学等提供了无线通道。下页上页返回4.抗低频干扰特性大多数自然干扰（来自宇宙、大气层）和人为干扰

3、（电气、电子设备等产生的电子垃圾）集中在数十兆以下的低、中频域内，用微波滤波器便可拒之门外。信息传输的速度越来越高，如1s内传输个数据，非微波莫属。3.宽频带特性传输的信息越多，占用的频带越宽。30kM~100kM带宽可以传送200路电视或100000路双向电话，这是短波通信望尘莫及的。下页上页返回图8.0.3不同波长的传播途径长波传播短波传播微波传播图8.0.2对流层、同温层和电离层的配置（白天）下页上页返回8.1导行电磁波分类及其一般特性8.1.1导行波的分类(GuidedWave’sTypes)GuidedElectromagneticWave’sTypesan

4、dCharacteristic设：载波体无限长，具有轴向均匀性（无反射）载波体为完纯导体，其周围是理想介质（无损耗）载波体中无激励源电磁波沿z轴传播，且随时间作正弦变化。下页上页返回式中，沿z轴传播的通解为代入式（1)、(2），得到波动方程—横向拉普拉斯算子。式中下页上页返回根据纵向场法解得和，再由Maxwell方程解得其它四个场分量波动方程下页上页返回2、TE波（）3、TM波（）亦称横电波(TransverseElectric)亦称横磁波(TransverseMagnetic)1、TEM波说明，任一时刻，在x0y平面上场的分布与稳态场相同。只有当时，电磁场的横向分量

5、才存在，此时——拉普拉斯方程下页上页返回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，由，衰减模式（截止波长）cutoffwavelengthb为波导中的相位常数，它不同于无界空间的相位常数。可知（截止频率）cutofffrequency或下页上页返回临界状态可传播模式a.波导的滤波作用b.波导中的相位常数波导中的相位常数小于无界空间的相位常数。c.波导波长d.波导相速几何色散波当工作频率（信号源频率）或时，信号可以传播，否则呈衰减波。下页上页返回8.2矩形波导8.2.1TM波(Hz=

6、0)(TMWave)边界条件方程图8.2.1矩形波导RectangularWaveguide用分离变量法得通解下页上页返回其余四个场分量b、m0和n0，即不存在TM00，TMn0，TMm0波。a、沿z轴方向传播非均匀平面波，沿x，y方向为驻波，m，n分别为驻波波腹点的个数。已知传播特性：与波导形状，尺寸、波型有关。式中，特征值下页上页返回8.2.2TE波（）(TEWave)同上推导方程边界条件传播特性：a.同TM波b.m，n不同时为零，即不存在TE00波。下页上页返回8.2.3传播特性(PropagationCharacteristic)1.截止频率和截止波长2

7、.传播模式m,n不同时为零的任意组合成TEmn波,最低模式为TE10；3.简并现象波导中fc最小的模式称为最低模式，所以不同的波具有相同的，称为简并现象。除TEm0，TE0n之外的所有波均有简并模式。如TE11与TM11，TE21与TM21等。m和n的任意组合构成TMmn波，最低模式TM11；下页上页返回8.2.4电磁场的分布(ElectromagneticField’sDistribution)TE10波：图8.2.2TE10波的电场分布图8.2.4TE10波的立体电磁场分布图8.2.5矩形波导中TE10模的管壁电流图8.2.3TE10波的磁场分布