第八章导行电磁波概述.ppt

第八章 导行电磁波 8―1 沿均匀导波装置传输电磁波的一般分析 8―2 矩形波导 8―3 圆柱形波导 8―4 波导中能量的传输与损耗 8―5 同轴线 8―6 谐振腔 二. 矩形波导中电磁波的传播特性 矩形波导中存在的模式 例 式中，Z为传输模的波阻抗，RS为金属材料的表面电阻。将式(8 - 84)和式(8 - 85)代入式(8 - 81)，可得 (8 - 84) (8 - 85) 图 8 - 16 矩形波导中TE10模的αc特性曲线 2. 波导中填充介质的损耗引起的衰减常数αd 当波导中填充非理想介质时，介质中将损耗部分功率，使得电磁波在传输过程中衰减。波导中非理想介质引起的损耗包括两部分：一部分是由介质电导率不等于零，即σ≠0而引起的； 另一部分是由介质极化阻尼而引起的。  介质电导率不为零引起的衰减常数αdc由传输常数γ的表示式可以导出，其αdc为 介质极化阻尼损耗引起的衰减常数αde为 式中tanδe=ε″/ε′称为介质损耗角正切。  以上的分析表明，对于空气填充的波导，其损耗是由波导壁有限电导率引起的，衰减系数α=αc；对于非理想介质填充的波导， 不仅有波导壁引起的损耗，而且还有介质引起的损耗，其衰减常数α=αc+αdc+αde。 8.5 同 轴 线 图 8 - 17 同轴线的结构与坐标 波阻抗 Wave impedance 当 当 ， 时， 及 均为虚数，表明横向电场与横向磁场相位相差 ?/2 ，因此，沿 Z 方向没有能量单向流动，这就意味着电磁波的传播被截止。 矩形波导中可能存在的模式有TMmn(m0，n0）和TEmn(m?0,n ?0)，每种波型对应有各自的截止波长。 若不同模式的波具有相同的截止波长，称这两种模式简并。 矩形波导中TMmn和TEmn，当m和n分别相等时，为简并波形。 截 止 区 TM11 TE01 TE20 TE10 0 a 2a ?c Ⅰ区：截止区.当工作波长 时，矩形波导中不能传播任何电磁波。 Ⅱ区：单模区。当工作波长 时，矩形波导中只能传输单一的电磁波模式TE10模。对于一定的工作波长，若限定?/2a?，可保证单模传输。 Ⅲ区：多模区。当工作波长 时，矩形波导中至少可以传播两种以上的电磁波模式。 某一内部为真空的矩形金属波导，其截面尺寸为25mm?10mm，当频率f=104MHz 的电磁波进入波导中以后，该波导能够传输的模式是什么？当波导中填充介电常数 的理想介质后，能够传输的模式有无改变？ 解 当内部为真空时，工作波长为 波导的截止波长为 TE10波的 ，TE20波的 ，更高次模的截止波长更短，可见，当该波导中为真空时，仅能传输的模式为TE10波。 若填充 的理想介质，则工作波长为 可见，可以传输TE10波及TE20波，而且还可存在其它模式。详细计算表明，TE01，TE30，TE11，TM11，TE21，TM21等模式均可传输。 其余分量为零 三. 矩形波导中的TE10波 TE10波场量表达式和场结构 ?g Hz Hx Ey z y y Hx Ey Hz x a z 方向 沿 x 方向为驻波，沿 z 方向为行波。Hz 的振辐沿 x 按余弦分布， Hz 及 Ez 的振幅沿 x 按正弦分布，但三者振幅均与 y 无关。 TE10波场结构 x 方向 x z y x y z ?g b a 磁场线 电场线 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? z y x 内壁电流 电磁场分布 TE10模在波导壁上激励的面电流密度分布 x y a b TE10波沿z向传输的平均功率为 式中|E10|为Ey最大值, TE10波的截止波长、相速、波导波长及能速。 令 m = 1, n = 0，求得TE10波的截止波长为 TE10波的截止波长为宽壁宽度的两倍，与窄壁尺寸无关。 例 若内充空气的矩形波导尺寸为 ，工作频率为3GHz。如果要求工作频率至少高于主模TE10波的截止频率的20%，且至少低于TE01波的截止频率的20%。试求：①波导尺寸a及b；②根据所设计的波导，计算工作波长，相速，波导波长及波阻抗。 解 ① TE10波的截止波长 ， 对应的截止频率 。 TE01波的截止波长 ， 对应的截止频率