导波的概念.doc

(1) 导行波的概念： 由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E或磁场H都是x、y、z三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型： (A) 横电磁波（TEM波）： TEM波的特征是：电场E和磁场H均无纵向分量，亦即：。电场E和磁场H，都是纯横向的。TEM波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波（TE波）： TE波即是横电波或称为“磁波”（H波），其特征是,而。亦即：电场E是纯横向的，而磁场H则具有纵向分量。 (C) 横磁波（TM波）： TM波即是横磁波或称为“电波”(E波)，其特征是，而。亦即：磁场H是纯横向的，而电场E则具有纵向分量。 TE波和TM波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输波，又能传输波（其中代表电场或磁场在x方向半周变化的次数，n代表电场或磁场在y方向半周变化的次数)。 (2) 色散波的特点： 由于TE波及TM波与TEM波的性质不同。色散波就有其自身的特点： (a) 临界波长： 矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。只有当自由空间的波长小于临界波长时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。波或波的临界波长公式为： (6-2-1) (b)波导波长和相速V、群速Vc： 色散波在波导中的波长用表示。波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速。群速是表示能量沿波导纵向传播的速度，其关系为。因为，波导中电磁波是成“之”字形并以光速传播的。所以，波导波长将大于自由空间的波长。同时，相速V也大于光速C。它们之间的相互关系为： (6-2-2) (6-2-3) 图6-2-1 平面波的传播 图6-2-1示出了电磁波在波导中传播的方向。 (3) 反射系数?和驻波比?： 波导终端接入负载后，由于负载性质的不同，电磁波就将在终端产生不同程度的反射。如用表示传输线的特性阻抗，用表示负载阻抗。则反射系数?为： (6-2-4) 可见，反射系数?是个复数。当特性阻抗与负载阻抗相等（即接入匹配负载）时：,入射波全部被负载吸收而无反射。 当终端短路（微波技术中的短路是指系统终端接入全反射负载，即）时：，入射波被负载全部反射。 微波技术中，还经常使用驻波比来描述传输线阻抗匹配的情况。波导中驻波比被定义为：波导中驻波电场最大值和电场最小值之比，即 (6-2-5) 驻波比与反射系数?之间的关系应为： (6-2-6) 由此，从图6-2-2中(a)、(b)、(c)可看出电场在波导中的分布情况。 (a) 在负载匹配情况下有：及；波导中传播的是“行波”，其幅值为； (b) 在负载短路情况下有：及；波导中传播的是“纯驻波”，其幅度值为2； (c) 在其它任意负载下有：及；波导中传播的是“行驻波”，其幅度值为。 传输线的目的是要无损的传输功率，故常希望工作在负载阻抗匹配的情况下。 (4) 波： 图6-2-2 不同负载情况下电场在波导中的分布图 由公式(6-2-1)可知，矩形波导中临界波长的最大值应出现在＝1，＝0的情况下（此时：）。这就是波。波被称为矩形波导中的“主波”，也是最简单、最有用的波 形。一般矩形波导所激励的都是波。 下面将讨论，波中电磁场的简单结构。 (a)电场结构： 波中电场E只有分量。其电力线将与x-z平面处处正交。如图6-2-3所示。在x-y平面内，,说明电场强度只与x有关，且按正弦规律变化。在x＝0及x＝a处（即：波导中的两个窄边上）。＝0。在处（即：波导宽边中央），由此，。 由于，能量是沿方向传播的。因此，将沿方向呈行波状态，并在的纵剖面内，沿z轴也是按正弦分布。 (b)磁场结构： 波中磁场H只有及分量。其磁力线将分布在x-z平面内。由于，和决定着电磁波沿z方向传播的能量，就必然要求与同相，即沿z方向在最大处，也最大，在x方向上，是呈正弦分布（与同相）。所以在横截面和纵剖面的分布情况也与相同。 在讨论分布时，必须注意到，在＝0的截面上，沿x方向是呈余弦变化，即在0及x＝a处，有最大值，而在处，则有＝0。 a) H10波电场结构图 b) H10波磁场结构图 c) 波电磁场结构总图 图6-2-3 矩形波导中波的电磁场分布图 波场的特点可以归结为： a. 只存在，，三个分量； b. 和均