最新微波技术基础-TE-TM特性概要课件ppt.ppt

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1、微波技术基础-TE-TM特性概要1.k、γ、kc代表的物理意义及三者之间的关系。2.简述金属柱面波导中，导波的三种状态？3.为何TEM波只能存在于多导体构成的导波系统？4.波阻抗的定义？TEM波波阻抗表达式？复习5.矢量波动方程(也叫?)的形式？6.导波传播的条件？1.3导波的分类及各类导波的特性三.TE波、TM波的特性分析(一).场分量(二).传播特性1.截止特性2.速度、色散3.波长同时，对于一般柱坐标系(u，v，z)，矢量波动方程式(1.8b)(1.52)中的分量是满足同样形式的标量波动方程的(见附录Ⅲ)，即有这样,求解TE波的场分量,便可先由式

2、(1.52)解出再代入式(1.48)求得其余场分量。这种求解方法称为纵向场法。TE波电磁场的完整表达式为(1.53a)(1.53b)三TE波、TM波的特性分析TM波的场分量略。1.截止特性(1.60)TE波hz≠0TM波ez≠0，由式(1.31)和(1.32)得(二).传播特性(1.32)(1.31)三TE波、TM波的特性分析而　　　　，可见TE波、TM波存在截止频率或截止波长。它们分别为或(1.61a)kc与ε、μ无关，fc与ε、μ有关。(1.61b)与介质媒质有关截止频率fc或截止波长λc决定于截止波数kc。而截止波数kc决定于导波系统的特定边界条

3、件。三TE波、TM波的特性分析例如，矩形波导同理根据相速定义由式(1.18)可得TE波和TM波的相速为(1.62)式中2.速度、色散(1.18)(1)相速三TE波、TM波的特性分析导波的相位常数由此式可见，vp>v，即导波系统中TE波和TM波的相速永远大于波在无界均匀媒质中的传播速度。如果导波系统中填充的是空气，则。可见，在空气填充的导波系统中TE波、TM波的相速vp大于光速c。这个结论似乎违背了相对论原理(根据相对论，能量或信号的传播速度不可能超过光速)。但实际上并非如此，因为TE波、TM波的相速不代表能量传播，它是波前或波的形状沿导波系统的纵向所表

4、现的速度。而代表能量或信号的传播速度是下面讨论的波的群速度。(1.62)三TE波、TM波的特性分析相速：是没有受到任何调制的单频稳态正弦波的波前(等相位面)在传播方向上推进的速度＝ω/β。相对论：宇宙间任何物体的运动速度，任何信号或能量的传播速度不可能超过光速。这种“早就开始振荡和传播，并且持续不断的”波，不载有任何信息。三TE波、TM波的特性分析群速：波包中心行进的速度＝dω/dβ，代表能量或信号的传播速度。相速是波包中某个单频的相位移动速度。光在真空中，群速和相速相等，都等于c。记一下(1.63a)(1.63b)(2)群速群速即信号传播速度，用vg

5、表示。它是指ω略有不同的两个或两个以上的正弦平面波，在传播中叠加所产生的拍频传播速度，即波群的传播速度。之所以这样定义它，是因为电磁波要传送信号，必须对它进行调制。信号的传播速度应当是调制波中能反映信号的成分，例如调幅波波群(或波包)的传播速度。为了得出群速的表达式，我们研究最简单的情形，即由两个频率相差甚微，从而相位常数也相差甚微的等幅波叠加而成的波。设三TE波、TM波的特性分析式中，。合成波为(1.64)可见合成场为一调幅波，振幅函数是一个慢变化的波，它叠加在高频载波上形成合成波的幅度包络线(或称为合成波的波包)。合成波的变化规律如图1.4所示。三

6、TE波、TM波的特性分析图1.4(1.65)(1.66)在的极限情况下，上式变为调幅波的信号是由波包内的波群作为一个整体在传播方向上运动来传递的，因此波包的传播速度就代表了信号传递的速度。波包的传播速度很容易用相位恒定条件求出，即对t求导数可得群速表示式(1.67)三TE波、TM波的特性分析由式(1.67)可得TE波、TM波的群速度从TE波、TM波相速和群速的表示式可以看出以下两点:(1.68)(1.62)I.,II.vp、vg都是f的函数，波速随f而变化。故TE波、TM波为色散波。TEM波因λc→∞,可以求得，波速v与f无关，再次说明TEM波为非色散

7、波。三TE波、TM波的特性分析(1.72)该式含有三个不同的波长，应注意它们的区别。其中λ称为工作波长。它与速度和频率的关系为3.波长由于TE波、TM波存在截止频率和截止波长，因此，它们的波导波长由定义可得(1.73)此是导波系统工作频率所对应的平面电磁波在无界均匀媒质中传播的波长。它决定于工作频率和媒质参数。三TE波、TM波的特性分析波导波长λg定义为波在一周期时间内沿导波系统传播的距离。λc为截止波长，由式(1.14)可知，它与速度、频率的关系为此式表明，截止波长是截止频率所对应的平面电磁波在无界均匀媒质中传播的波长。(1.74)(1.61b)由式

8、(1.61b)可知，截止波长决定于kc，kc是导波场横向分布矢量函数的本征值，它决定于工作模式