第13讲导行电磁波.ppt

思考：以下三种情况下阻抗值各为多少？说明什么？ 二、矩形波导中的导行电磁波 4、矩形波导中的TE波的传播特性参量 波阻抗 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 问题：什么叫主模？ 主模：截止频率最低（截止波长最长）的模式。 在导波系统中存在的除主模以外的模式统称高次模。 若b a 2b ，TE01 模为第一高次模 若a 2b ，TE20 模为第一高次模 矩形波导的主模为TE10 模。 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模的场结构 将m=1,n=0代入TEmn模式表达式中，可得： 瞬时形式 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模的场结构 场结构图 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模在波导壁上激励的电流 由边界条件 ，求得TE10模在波导壁上激励的感应面电流为 TE10模的管壁电流 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模在波导壁上激励的电流 研究管壁电流的实际意义：可用于研究实际波导的损耗、测量和偶合。 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模在波导内的传播常数 将m=1,n=0代入公式，可以求得TE10模的各传播常数： 波导波长与波导相速 波阻抗 截止频率与截止波长 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模在波导内的传播功率 沿波导传输功率： 式中： 为波导中心处电场强度。 ( 为介质击穿电场幅度) 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 TE10模在波导内的传播功率容量 矩形波导中传输的TE10模极限功率为： 实际应用中为保证波导不会被击穿，通常允许功率为 矩形波导传输功率越大，其内电场也越大。当电场强度超过矩形波导内填充介质击穿电压时，其传输特性将被破坏。 增加波导尺寸宽边a，或者提高工作频率(减小工作波长)，可增加波导传播功率容量。 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 模式简并与单模传输 Ⅰ区：截止区 不同的模式的波具有相同的截止波长，称为模式简并。 简并模式在波导中同时传输或同时截止。 波导尺寸a2b时的各种模式的截止波长分布如图： 2b a TE10 TE20 TE01 TE11 TM11 TE30 TM12 TE12 2a Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅱ区：单模区 Ⅲ区：多模区 5、矩形波导中的主模——TE10模 二、矩形波导中的导行电磁波 模式简并与单模传输 应用矩形波导时，一般应根据所工作的频段，选择合适的矩形波导尺寸，使矩形波导内只有主模TE10模能传输，其他高次模处于截止状态——单模传输。 矩形波导单模工作条件(a2b)： (a2b)： (2ba)： 单模工作的优点：可获得单向极化波。 在尺寸为 的矩形波导中，传输TE10 模，工作频率10GHz。 （1）求截止波长、波导波长和波阻抗； （2）若波导的宽边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？ （3）若波导的窄边尺寸增大一倍，上述参数如何变化？还能传输什么模式？ 典型例题 【例1】 解：(1)截止波长 典型例题 （续例1） （2）宽边尺寸增大一倍， 此时各高次模截止波长为： 由于工作波长 此时能传输的模式为： 典型例题 （续例1） （2）窄边尺寸增大一倍， 此时 故此时能传输的模式为 由于工作波长 解：（1）对于b a 2b 的矩形波导，其主模为TE10 模。截止频率： 有一内充空气、截面尺寸为 的矩形波导，以主模工作在 3GHz 。若要求工作频率至少高于主模截止频率的 20% 和至少低于次高模截止频率的 20% 。 （1）给出尺寸a 和b 的设计。 （2）根据设计的尺寸，计算在工作频率时的相速、波导波长和波阻抗。 次高模为TE01 模，其截止频率： 典型例题 【例2】 （2）取 则 解得 且 由题意 典型例题 （续例2） 三、同轴波导 同轴波导为双导体传输线，横截面为圆形； 内导体一般为单根导粗导线，外导体由铜线编织而成； 同轴波导内外导体之间填充高频介质； 同轴线中既可以传播TEM波，也能传播TE波和TM波。 2a 2b 同轴波导中的主模为TEM模。 三、同轴波导 1、同轴波导的主模——TEM模 对于TEM波， 即电场与磁场均在横截面内，且相互正交。 2a 2