微波基础第3次课及答案.ppt

微波技术基础 1.3 导波的分类及各类导波的特性 1.3.1 导波的分类 导波的类型是指满足无限长匀直导波系统横截面边界条件，能独立存在的导波形式。 按导波有无纵向场分量可以分为两大类： 横电磁波（TEM波）→ Ez=Hz=0 有纵向场分量的电磁波，这又细分为以下三种类型 横电波（TE波）或磁波(H波) → Ez=0，Hz≠0 横磁波（TM波）或电波（E波） → Ez≠0，Hz=0 混合波（EH波或HE波） → Ez≠0，Hz≠0 导行波分为 , 和 三类 这时 ， ， 。 导行波的传播特性与均匀平面波相同，是TEM波。 由k与kc的不同关系，这种导行波又可分为以下三种状态： ① 特点:是相速大于平面波速，即大于该媒质中的光速，而群 速则小于该媒质中的光速，同时导波波长大于空间波长。这 是一种快波。 ② ,临界状态 沿z方向没有波的传播过程，k称为临界（截止）波数。 ③ 1.3.2 TEM波的特性分析 场分量 TEM波无纵向场分量，将 代入横向场 与纵向场的关系式有： 可得： TEM波的场分量 , 与传播方向 互相垂直,并按 成右手螺旋关系。 TEM波的波阻抗和波导纳为： 于是 传播特性 由横-纵场关系可知，当 时，要使等式左端 的场不为零（横场若为零，则TEM波不存在）只有等于 零，即TEM波有 此式说明TEM波无低频截止，即双线、同轴线等传输线，理 论上可以传播任意低频率的电磁波。 再由 得： 无耗时 此式表明导波中TEM波的传播常数与无界均匀媒电磁波的 传播常数相同。 再由 波的相位速度Vp定义为波的等相位面向前移动的速度 波的相速与频率无关，这种特性为无色散（波的速度随 频率变化而变化的现象称为色散），TEM波为无色散波。 TEM波场沿横向分布的特点 TEM波的场在导波系统横截面上的分布与边界条件相同 的二维静场完全一致，求TEM波的横向分布函数，可以 采用求静态场完全类似的方法。 由TEM波场在横平面的分布与静态场相同这一点，可判断具体的导波系统能否传输TEM波，例如空心金属柱面（单导体）波导，因其横截面内无法建立起静态场（导体表面上存在异性电荷时不可能有静止状态）。所以空心（单导体）波导中不存在TEM波，而同轴线则可建立起静态场，故可存在TEM波。由此推得TEM波只能存在于多导体构成的导波系统中。 1.3.3 TE、TM波的特性分析 场分量 TE波的场分量 将 ， 代入横-纵场的关系式有： TE波的场分量 , 与传播方向 互相垂直,并按 成右手螺旋关系。 波阻抗 TM波场分量 采用与TE波完全类似的分析方法，可得TM波的场分量 关系式和表达为： 传播特性 截止特性 TE波、TM波存在截止频率fc或截止波长λc。它们分别为 速度、色散 TE波和TM波的相速为 其中 TE波和TM波的相速为 波长 TE波、TM波的波导波长由定义可得： 工作波长 截止波长 1.4 导波的传输功率、能量及衰减 1.4.1 传输功率 设导波系统的横截面为S，则导波的传输功率为： TEM波 TE、TM波 存在纵向场的TE波和TM波，由于它们的横向场可由纵向 场表出，因此传输功率也可由纵向场来表示： 1.4.2 导波的能量 单位长导波系统中传播波的电能和磁能可由能量密度时 均值积分求得。 TEM波 TE、TM波 1.4.2 导波的衰减 屏蔽波导的衰减：1.欧姆损耗 ； 2.介质损耗。 当导波系统有损耗时，正向波的振幅随z按的规律变化，传输功率则按的规律变化。设在z=0处的传输功率为P0，则在z处的传输功率为： （单位长度损耗） 导体损耗引起的衰减（简称导体衰减） 计算导体衰减，其衰减常数以代表，这时假定介质是无 耗的，导波衰减仅由导体损耗造成。 若设为导体表面的外法向单位矢量。代表导体表面切向 单位矢量，代表导体表面，根据坡印廷定理，损耗功率 等于导波进入导体内的复功率的实部。即 式中 为导体表面阻抗，