2章矩形波导中的基模.ppt

§2.3 矩形波导中的TE10模 其他模式场结构 其他模式场结构 其他模式场结构 其他模式场结构 波导中电磁力线的结构.doc TE10模的管壁电流分布 波导开缝 部分波概念 传输功率及功率容量 TE10模的等效阻抗 §2.4 圆波导中的电磁波 圆波导中的TE电磁波解 圆波导中的TE波特性 圆波导与矩形波导比较.doc 圆波导中TM波解 圆波导中TM波特性 圆波导的截止波长图 模式简并 圆波导中常用的三种模式 TM01模 TE01模 * * 在矩形波导中，TE10型波的截止波长最长且无简并波型存在，因此最易实现单模传输。 再加之它的场分布最简单，单模工作频带又宽，使得在实际微波电路中，矩形波导几乎都以TE10模式传输。通常将TE10模称为矩形波导中的主波型。 一、TE10模的场结构 场结构对正确设计和使用各种微波元器件，对所需模式采取正确地激励、耦合的方式都非常有意义 取m=1，n＝0，代入TE波的表达式（2.41）中，得到TE10模的场分量表示式 场结构如图所示 以下从场结构，电流分布，功率，等效阻抗等方面介绍TE10模 传播方向 λg/2 b a TE10 TE20 矩形波导中的TE10模 TE10 TE01 TE02 矩形波导中的TE10模 若TE10模的电场及磁场沿y方向呈cos分布则得到TE11模的场结构 TE11 TE21 TE22 矩形波导中的TE10模 TM11 TM21 TM22 矩形波导中的TE10模 在波导内部空间有电磁波传输时，其高频电磁场将在波导壁上产生高频感应电流。 式中 为波导内壁的法向分量，JS为面电流密度，Ht为表面上的切向分量磁场。JS的 大小等于波导内壁表面上的磁场切向分量的大小，其方向按右手螺旋法则确定。由波 导内磁场分布可绘制出壁电流分布图 在微波波段，场对良导体的穿透深度非常小（数量级为微米），因此可以认为管壁 上这种电流是面电流。 电流分布可由波导管壁附近的磁场分布来决定， 矩形波导中的TE10模 了解波导的壁电流分布具有实际意义 波导管壁上开缝 计算波导损耗 一些槽缝希望不发生显著的辐射以避免对波导内电磁场波形的扰动和破坏，这就应使槽缝尽量不切断电流线，必须顺着电流的方向开槽缝 在波导宽壁中心，因为横向电流为零，这时沿着中心线开纵向窄槽缝（缝隙宽度dλg）就不会影响壁上电流分布，使发生的辐射较弱，对波导内被测量的电磁场扰动就很小，如图中的A槽缝。 一些槽缝却是希望电磁波从波导中辐射出来，如波导“裂缝天线”，这时开缝的原则是垂直于电流线开槽，故意切断 高频电流的通路，迫使一部分电流 改道，另一部分电流通过缝内的位 移电流越过槽缝而流通。后者表现 为横越槽缝的强电场，它与平行于 槽缝的磁场一起组成向外的坡印亭 矢量，故有大量的能量辐射出去， 如图中的B缝。 矩形波导中的TE10模 所谓部分波概念就是把波导中传播的过程，看作有许多平面波（TEM波）迭加的概念， 这些TEM波称为部分波。下面以TE10波为例 TE10模式的场分布可以看成是在x=0，x=a的两个波导窄壁之间传输的两个平面波迭加 的结果，这两个平面波的传输方向与Z轴的夹角为±θ。模的电场为： 而 该式表示的是在x z平面内，传输方向与 z 轴成±θ角 的两个平面波的叠加，如右上图所示。 这两个平面波也可认为是在波导窄壁间入射和反射的 平面波，如右图所示。 这种现象也被称为横向谐振，在计算某些横截面形状 不规则波导中波型的截止波长时，利用横向谐振概念往往比较简便 当λ＝2a，sin θ＝1， θ＝ π / 2.平面波在x=0，x=a 的 两个窄壁之间来回反射，不沿z 轴传输, TE10模截止 矩形波导中的TE10模 波导中传输的微波功率，是由其中的电磁场携带的。在行波状态下，传输的平均功率可 由波导横截面上的坡印亭矢量的积分求得，即 对于TE10模式，Ex＝Hy＝0， Ey / Hx = - ZTE10 上式变成 或者写成 式中E0=ωμa A / π 是横向电场的最大幅值，它是 波导中线上电场强度的幅值。若波导中填充的是空气， 则 可见波导功率容量除尺寸和击穿电场外，还与频率相关，上图给出了关系曲线 当波导中的最大电场等于介质的击穿电场强度Ebr(空气 击穿强度为30kv/cm)时，相应的传输功率就称为波导的功 率容量或击穿功率 由图可见，λ＝2a 时 Pbr＝0， λa 时 出现高次模， λ1.8a时 Pbr功急剧下降 所以，对给定波导其频率一般在 aλ1.8a 。 考虑环境