工程电磁场（第2版）课件 第七章 导行电磁波.pptx

CHAPTER导行电磁波第七章

2第七章导行电磁波本章内容7.1导波系统中传播的波型7.2矩形波导7.3圆柱形波导7.4同轴波导7.5谐振腔7.6知识点拓展

37.1导波系统中传播的波型7.1.1导波系统基础理论一、导波系统分类

4二、导波系统内的横向场设电磁波沿+z方向传播,则其电磁场场量在直角坐标系中表示为：在无耗介质中，?=j?7.1导波系统中传播的波型

5用纵向场分量Ez、Hz来表示横向场分量Ex、Ey、Hx、Hy的表达式横向场分量可由纵向场分量确定7.1导波系统中传播的波型

6三、导波系统内的纵向场纵向场分量Ez、Hz满足方程代入7.1导波系统中传播的波型

7四、导波系统中的导行波特性kc只与导波系统的结构、形状等有关，与外加的电磁波无关。截止波长截止频率7.1导波系统中传播的波型截止波数

8(2)当??c(或ffc)时，?=?,此时kkc。截止状态(1)当??c(或ffc)时，?=j?,此时kkc。传输状态导行波的解导行波的解导波系统中传播电磁波的截止条件??c(或ffc)7.1导波系统中传播的波型

9横电磁波(TEM波):无Ez和Hz分量；横磁波(TM波):有Ez分量，但Hz=0；横电波(TE波):有Hz分量，但Ez=0；导波系统中传播的电磁波的分类:TEM波EHesTE波EHesTM波EHes7.1导波系统中传播的波型

107.1.2TEM波Ez=0、Hz=0?c=0、fc=0任何频率下都能传播，没有截止现象本征阻抗相速传播常数与无界空间中均匀平面波的关系相同相伴磁场7.1导波系统中传播的波型

117.1.3TE波与TM波一、TE波在自由空间本征阻抗其中波导波长Ez=0、Hz?07.1导波系统中传播的波型

12相速有色散现象群速相伴电场波导因子7.1导波系统中传播的波型

13二、TM波Ez?0、Hz=0在自由空间本征阻抗相伴磁场7.1导波系统中传播的波型

147.2矩形波导矩形波导是指横截面为矩形的空心导波装置。其内传播的电磁波不可能有TEM波，只能是TE波和TM波。矩形波导

157.2矩形波导7.2.1矩形波导中TM波的场分布Ez?0、Hz=0波导内的电磁场量由Ez决定设

167.2矩形波导利用分离变量法代入得两边同除XY分离出两个常微分方程且

177.2矩形波导其解为因此代入边界条件TM波纵向场分量其中截止波数

187.2矩形波导TM波场分量表达式

197.2矩形波导不同的m、n值表示不同的场分布。m、n分别表示场沿x轴、y轴方向的半驻波数，对应不同的波型，以TMmn表示，但m、n均不能为0。TM11是TM波中的最低波型。传输波型又称传输模式。截止频率截止波长结论：当波的频率高于截止频率时，波能传播；否则不能传播。

207.2矩形波导7.2.2矩形波导中TE波的场分布TE波纵向场分量截止波数

217.2矩形波导TE波场分量表达式

227.2矩形波导简并：当m、n不为0时，TMmn波和TEmn波具有相同截止波长（或截止频率），但场分布不同。7.2.3矩形波导中波的传播特性不同的m、n值表示不同的场分布，对应不同的波型，以TEmn表示，但m、n不能同时为0。若ab,则TE10波是TE波中的最低次波型。传播常数(1)当时，?为实数，波导中不能传播相应模式的波：

237.2矩形波导(2)当时，?为虚数，波导中有沿+z方向传播的波：波导波长相位常数相速

247.2矩形波导(3)当时，?为零：截止波长式中截止角频率截止频率令

257.2矩形波导给定尺寸a?b=23mm?10mm，计算出的各模式截止波长如下图：Ⅰ区：截止区。当工作波长时，矩形波导中不能传播任何电磁波。

267.2矩形波导Ⅱ区：单模区。当工作波长时，波导中只传输一种的TE10模式。对于一定的工作波长，若限定，可保证矩形波导单模传输。Ⅲ区：多模区。当工作波长时，波导内有很多传输模式且?越小，存在的传输模式越多。简并模：TE11和TM11

27解：由传播条件，主模TE10的截止波长：可以传输波长为3cm的信号。

28相移常数波导波长相速群速本征阻抗

297.2矩形波导7.2.4矩形波导中的主模一、场分量表示和场结构若ab,TE10模的截止频率最低，是矩形波导中的主模。TE10模的优点：可以实现单模传输；具有最宽的工作频带；在同一截止频率下，TE10模的波导尺寸最小（a最小，b无关，可尽量缩小）；电磁场结构简单，电场只有Ey分量，可实现单方向极化；在给定频率下，