传输线和波导.ppt

传输线和波导;色散传输线 存在着沿波传输方向的场分量； 存在着最低工作频率，即当低于主模的截止频率时，电磁波将不能在传输线中传播； 相速和群速是频率的函数，即存在色散； 电压、电流和特征阻抗定义不唯一。 常用色散传输线：矩形波导、圆波导、槽线、介质波导;二、本章主要内容及其要点 微波传输线中波的分类； TEM、TE和TM波的一般解及其一般传输特性； 微波传输线的分析方法； 常用微波传输线的场分布、传播特性、主要传播模式，特点和用途。;3.1 TEM、TE和TM波的通解;Geometry of a parallel plate waveguide;假设时谐场沿z轴传播;分量形式可简化为：;直角坐标下横向场和纵向场的关系;3.1.1 TEM波;TEM波横向场与静场一样都满足二维拉普拉斯方程,可用势函数来表示;TEM波存在的条件 ——相应的静电势不为零 多导体传输线能够存在TEM波 闭合的导体不存在TEM波（如矩形波导、圆波???） 平面波是TEM波的一种，传输特性可以用TEM波的方法分析 ;波阻抗;求解拉普拉斯方程法;3.1.2 TE波;纵向磁场（直角坐标系）;3.1.2 TM波;纵向电场（直角坐标系）;规则波导中波的一般传输特性 ;γ=0，临界状态;工作波长;TE和TM波的波导波长和传播常数不仅与电磁波的工作频率有关，同时也与波导本身的结构及其填充介质的特性和传输的模式有关;规则波导中波的一般传输特性总结; ;TE波;TM波;截止波长与截止频率;波导波长与工作波长;相速;TM波;3.3 矩形波导;3.3.1 TE波;横向场与纵向场的关系;令Hz=X(x)Y(y) 有;矩形波导中纵向磁场的通解;横向场分量;3.3.2 TM模 (条件: Hz=0 Ez≠0); TE模和TM模特性总结;截止波数;波导波长;相速;且;传播特性;2）传播条件 当kkc即, λcλ0，fcf0。β为实数,电磁波在波导中传播只有相位的滞后,没有振幅的衰减,波型可以在波导中传播。 当kkc即,当λcλ0，fcf0时，β为虚数,电磁波在波导中传播很快衰减,波型不能在波导中传播。 每种传播模式在波导中存在的条件都与该模式的截止波长λc和电磁波的激励方式有关。;3）简并模 在矩形波导中，波指数相同的TE和TM波的截止频率相同，可同时在波导中传输，这种具有相同截止波长的现象称为波的简并，其模式称为简并模。; 矩形波导的基模—TE10模;TE10模的场解;截止波长;群速;TE10模单模存在的频率范围;场结构;管壁电流;管壁电流的求解;管壁电流的特点;功率流;功率损耗;损耗功率Pl;导体衰减;矩形波导的力线图;力线图的表示方法 力线的疏密表示场的强弱 力线的方向代表场的方向 实线代表电力线 虚线代表磁力线 对于单一传播模式，横向电场、横向磁场和波的传播方向成右手螺旋关系; 矩形波导的波指数m和n分别代表场在x坐标和y坐标变化的半驻波数。即 ——m代表在x坐标方向场的半驻波数 ——n代表在y坐标方向场的半驻波数;TE10模;TE01模;TE11模;TM11模;高次模的力线图;TE20模;TE21模;TM21模;矩形波导中高次模的截止模特性;截止模的波阻抗 TE模 ——波阻抗呈现感性，磁场能量占优。 TM模 ——波阻抗呈现容性，电场能量占优。;截止模的能量特征 单位长波导中通过的平均能量 ;3.4 圆波导;圆波导及其坐标系 度量因子;纵向场分量和横向场分量的关系 ;纵向场分量的波动方程; 3.4.1 TE模——条件:Ez=0 Hz≠0;代入(3.112)式,并整理有;由分离变量法的原理，有;即;R满足贝塞尔方程，解是贝塞尔函数，即;由;横向场;贝塞尔函数的导数的根与圆波导的基模;基模TE11模的场解;功率流;得到基模TE11模的功率流;导体损耗;衰减常数;3.4.2 TM模 ——条件：Hz=0 Ez≠0;与TE波类似的求解过程 其中 pnm是n阶贝塞尔函数的第m个根;圆波导TM模的pnm值;传播常数;横向场分量;圆波导中波的传播特性总结;波指数 n表示场量沿圆柱坐标圆周方向（φ方向）变化的半周期数。 m表示场量沿波导径向（ρ方向）半驻波数。 简并模 极化简并——n≠0 时存在极化简并。 模式简并——波指数相同的模式不一定是简并模。只有kc相同的模式才存在着模式简并。如TE01模与TM11模。;圆波导中常用模式的特点和用途;力线图;特点 ?场分布轴向对称，无极化简并。 电场只有圆周分量，围绕纵向磁场分量形成闭合曲线，又称为圆电波。 电流只沿圆周方向流动，无纵向电流。 可以证明，导体损耗随工作频率的增加而单调下降。;用途 高Q谐振腔 远程毫米波波导传输 缺点 不是最低模式;TE11模;力线图;TM01模;力线图;3.5 同轴线;3.5.1 TEM模;场解