波导的传输损耗.pptVIP

说清楚跟那些参数有关系 * 当矩形波导尺寸一定时，TE10 波的损耗最小。当宽壁尺寸一定时，窄壁愈窄，衰减愈大。 * 电磁场理论 第九章 导行电磁波 第九章 导行电磁波 电磁场与电磁波 第九章 导行电磁波 电磁场理论 电磁场理论 * 电磁场与电磁波 * 第9章 导行电磁波 9-4 波导传输功率和损耗 * * 电磁场理论 复习9-3 矩形波导中的TE10波(1) TE10 波电场强度振幅和磁场强度振幅的空间分布 * * 电磁场理论 TE10 波 1. 电场由两个平面波叠加而成，传播方向是 和 ； 2. 其中的每一个平面波又可以看成一个沿着x(-x)轴和z轴平面波的叠加； 3. 当 时， 该均匀平面波在两个窄壁之间垂直来回反射。因此，无法传播而被截止。 复习9-3 矩形波导中的TE10波(2) 电磁场理论 * * 9-4 波导传输功率和损耗 波导的传输功率 根据波导中电场强度和磁场强度的横向分量，计算出复坡印廷矢量，将其实部沿波导横截面积分，即可得到波导的传输功率。 TM波 TE波 波导的传输功率为 TM波 TE波 电磁场理论 * * 矩形波导主模TE10传输功率 复坡印廷矢量 能流密度 电磁场理论 * * 传输功率 波导横截面面积 矩形波导主模TE10传输功率 若矩形波导中填充介质的击穿场强为 Eb ，则 TE10 波的最大传输功率为 为安全起见，通常取 电磁场理论 * * 矩形波导TE10传输功率 例如，对于填充空气的矩形波导 电磁场理论 * * 波导的传输损耗 1. 波导的传输损耗 (1) 波导中填充的介质引起的损耗； (2) 波导壁不是理想导体产生的损耗。 2. 对于波导中填充介质产生的损耗，可采用如下等效介电常数 结果包括两部分：一部分传输，另一部分就是介质引起的损耗 电磁场理论 * * 3. 下面我们主要计算波导壁不是理想导体产生的损耗 (1) 非理想导体波导壁引起的衰减，改变了波导中电场和磁场分布，严格计算十分复杂。 (2) 常用的近似处理方法：采用理想导体波导壁情况下的 电场和磁场分布 ，另外引入波导壁的有限电导率σ。也就是说，非理想导体波导壁对 电场和磁场的扰动可忽略，仅仅引起电场强度和磁场强度的衰减，从而产生功率损耗。 (3) 对于非理想导体波导壁，其表面存在面电流。 (4) 根据焦耳定律，知道电流和电阻就可以算出能量损耗。 电磁场理论 * * 设衰减常数为α，则沿正 z 方向传播的电场强度振幅可表示为 功率正比于电场强度振幅的平方，传输功率可表示为 单位长度波导壁的功率损耗为 由此可得衰减常数的计算公式为 衰减常数可采用两种单位： 奈培每米（Np/m） 分贝每米（dB/m） 电磁场理论 * * 定义电场强度振幅的衰减系数如下 若用分贝（dB）表示，则有 则有 两边取自然对数可得 由此可得衰减常数两种单位之间的换算关系为 α 的单位：Np/m α 的单位：dB/m 电磁场理论 * * z y 1 1 ? 1 x ? ? ? ? ? 为了计算波导壁损耗，在宽壁上取一小块导体，其长度及宽度均为单位长度，深度等于集肤（趋肤）厚度，如图所示。 当电流沿z方向时，表面电阻率 趋肤深度 纵向长度 横截面积 单位宽度且单位长度波导内壁的损耗功率 内壁法线单位矢量 内壁表面磁场 铝 铜 银 RS 金属 表面电阻率 电磁场理论 * * 矩形波导TE10模的单位长度波导壁的时间平均功率损耗 波导壁表面的面电流密度为 电磁场理论 * * 波导内壁表面磁场 电磁场理论 * * 电磁场理论 * * z y x 内壁电流 电磁场理论 * * TM11 如果令 衰减常数与频率的依赖关系为 可见，衰减常数随频率变化存在一个最小值。 电磁场理论 * * 由左图可见，在高频端， 圆波导中TE01波损耗最小。 当横截面的面积相等时，矩形的周长大于圆的周长，因此，圆波导损耗较小。 但是 TE01 波的截止波长并不是最长，若要实现 TE01 波单模传输，必须设法抑制TM01、TE21及TE11波。 电磁场理论 * * 椭圆波导既可避免场型偏转，又可获得较小的损耗。 但是圆波导传输TE11波时，其场分布会发生横向偏转。 为了减少波导壁的损耗，应提高表面的光洁度，可以镀银或金。还可在波导中充入干燥的惰性气体以防止表面氧化。 电磁场理论 * * 例题9-4-1 对于 a= 5.0 cm，b = 2.5 cm，长度为 0.8 m 的填充空气矩形波导，若该波导在工作频率 4.5 GHz 下，为匹配负载提供 1.2 kW 的微波功率，假定波导的衰减常数为 0.05 dB/