第八章波导与谐振腔.ppt

4. 单模传输 TE10 TE20 TE01 TE11 ,TM11 TE30 TE12 , TM12 2b a 2a Ⅰ Ⅱ Ⅲ 截止区（Ⅰ）： ? 2a 单模区（Ⅱ）： a ? 2a 多模区（Ⅲ）： ? a 模式分布图：按截止波长从长到短的顺序，把所有模从低到 高堆积起来形成各模式的 截止波长分布图（简并模 用一个矩形条表示） 模式分布图可按工作 波长分为三个区： 假定 在这一区域只有一个模出现，若工作波长 a λ 2a，就只能传输TE10 模，其它模式都处于截止状态，这种情况称为“单模传输”，因此该区称为“单模区”。在使用波导传输能量时，通常要求工作在单模状态。 若工作波长λ a，则波导中至少会出现两种以上的波型，故此区称为多模区 。 由于2a 是矩形波导中能出现的最长截止波长，因此，当工作 波长λ 2a 时，电磁波就不能在波导中传播，故称为“截止区”。 截止区： 单模区： 多模区： 说明： 例8.2.1 矩形波导的截面尺寸a=7cm，b=3cm。求(1)截止波长；2）若工作频率f=3×109Hz， ，波导中可以传播哪些波；3）若只传播TE10波，波导尺寸 如何改变？ 解（1）根据 (2) 工作波长 （TE10~TE11 )故波导中可以传播这5个模式的波。 14 7 6 5.51 4.67 4.56 3.68 模 3.5 简并模式 下 页 上 页 返 回 若只传播TE10波，工作波长必须满足条件： 从 及 求a和b 工作波长 可选a＝3.5cm，b=1.5cm (通常a略大于b的两倍） 下 页 上 页 返 回 及 8.3.1 谐振腔的形成过程 (Fabry Perot’s Transforming) 图8.3.1 从LC回路到谐振腔的演变过程 谐振频率 8.3 谐振腔 Fabry Perot 下 页 上 页 返 回 图8.3.2 几种常见的微波谐振腔 （a）矩形腔 （b）圆柱腔 （c）同轴腔 （d）孔－缝腔 （e）扇形腔 下 页 上 页 返 回 谐振腔的特点： 1. 电磁波集中在空腔体内，没有辐射损耗，没有介质损耗，流过高频电流的金属表面增加， 损耗小，品质因数高。 2. 电磁波没有传播，沿 x, y, z 三个方向均为驻波，即电磁波发生振荡。 3. 谐振腔可共存多种模式，因此具有多谐性。 谐振腔主要用于高频滤波器、频率计、回波箱等。 下 页 上 页 返 回 8.3.2 谐振腔中的场结构 (Field Distribution in Fabry Perot) 1. TM波（ ） 边值问题： 的通解 图8.3.3 矩形谐振腔 1. 电磁场不在腔内传播，而是随时间振荡（驻波）。 其余四个场分量与 的表达式相似。 2 . 的最低次模为 模。 特点： 下 页 上 页 返 回 第 八 章 波 导 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 (Waveguide Forms) 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,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 (Frequency Table) 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 SH