导波管和光学纤维电磁波.ppt

* 常見的導波管中散射物 簾幕(Iris) 產生高階波，因而在開口A附近貯存電能、磁能，藉此得到電抗性阻抗，以抵消負載的電抗 柱釘(Screw) 與簾幕差不多，特稱調諧器(Tuner) 。藉釘子插入的深度可以得到不同的電抗而用於匹配 無反射終端電路(Matched Load) 選用能吸收電磁波的材料，做成漸尖的卡片式構造 槽縫(Slot) 造成能量的外洩，可用為天線，或至其他導波管的耦合器 * 綱要 5-1 平行金屬板的導波系統 5-2 波在色散導波系統中的傳播 5-3 衰消波(Evanescent Wave) 5-4 矩形截面的導波管 5-5 矩形截面導波管中的橫磁波 5-6 矩形截面導波管中的橫電波 △5-7 導波管與傳輸線的相似性 5-8 空腔諧振器(Cavity Resonator) 5-9 空腔諧振器的損耗和Q值 5-10 介質波導(Dielectric Wave Guide) * 諧振器(Resonator) 突出某一頻率，而壓抑其他頻率的訊號 RLC諧振電路 共振頻率 共振 輸入共振頻率的訊號時，每週期平均所貯存的電能與磁能恰好相等 RLC諧振電路 * 高頻諧振器 頻率增高時，電路元件大小逐漸與波長相若 造成輻射而損失功率 由於電流的趨膚效應，電阻增加許多 須改用新的結構 100~1000MHz可以用短路或開路的1/4波長傳輸線 更高的頻率 減少輻射，可用良好導體將四面八方封住，使能量不致散失 減少電流電阻，可令電流流過的面積加大 這兩種考慮之結果，導致空腔諧振器概念 將電磁場限制在良好導體所圍住的空腔內 * 空腔諧振器視為LC諧振線路之極限情況 提高LC諧振線路共振頻率 ，須減少電容和電感 減少電容 拉開導體間的距離 減少電感 使線圈匝數減少，其極限化情形便是一圈 把電感並聯起來，總電感可減少 減少電容和電感的極限化情況，就是空腔 * 任意形狀的空腔 共振頻率為其外形和填充媒質性質的函數 除形狀簡單者外，找共振頻率並非易事 只討論長方體空腔 * 長方體空腔 長、寬、高分別為d、a、b 可認為是兩端加金屬板(短路)的矩形截面導波管 長方體空腔 * 長方體空腔視為兩端短路之導波管 如d恰好是整數個波長，則原先管內的波形可長久維持 不借外力，自行變換已有之電能、磁能的現象，正是LC線路共振時的特色 令p為整數 末端短路之導波管駐波波形 * 長方體空腔共振條件 此共振條件唯有某些頻率適合 對應之波數 得到的ko記為kmnp * 矩形截面導波管中的TEmn波電磁場分佈：傳輸線形式 * TEmnp共振模態等效電路 諧振空腔V、I 所對應之 傳輸線等效電路 Ey和Ex在 z = 0 和 z = d 均為0 * TEmnp共振模態電磁場分佈 *同法可找出TMmnp模態之電磁場分佈 * b a d 時，TE101模態為所有TE、TM共振模態之最低階 電場和磁場相位差90? 電場類比為電壓，磁場類比為電流 短路時電壓和電流的相位正好差90? TE101共振模態電磁場分佈 * 簡併(Degeneracy) TEmnp和TMmnp的共振頻率相同而場的分佈不同 a = b = d 時，m2 + n2 + p2 值相同之模態其共振頻率相同，而場的分佈經過旋轉也可能相同 對應的模態稱為簡併模態(Degenerate Modes) * 空腔共振模態的激發 饋入空腔中的訊號唯有頻率正是共振頻率的成份才能持續，其餘均會衰減而無法存在於穩恆狀態(Steady State) 空腔的激發方式 (取自R. E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, pp.321~324, McGraw-Hill, 1966) * 變數分離法解Helmholtz方程式：步驟1 * 變數分離法解Helmholtz方程式：步驟2 只是x的函數， 只是y的函數 如果都不是常數，則相加後必然無法得到常數 須令 ，及 ，A1及A2均為常數 * 變數分離法解Helmholtz方程式：步驟3 (在 ， ) (在 ， ) * TMmn波 如果TM波之Ez分量在x方向有m個波腹，y方向有n個波腹，則可記為TMmn波 TMmn波的電磁場分佈 * TMmn波傳播波長和相速 令 頻率 時，b為實數 代表向+z方向傳播的行進波 傳播波長 相速 傳播波長和相速對頻率的關係和平行金屬板中模態的傳播波長、相速極為相似 * TMmn波的截止現象與衰消波 頻率降到fc,mn時b = 0(截止現象) 波不再往z方向傳輸，只