电信传输原理第3章 波导传输线理论.ppt

1;内容提要;3.1波导传输线及应用;同轴线可用于较高频率，因为电磁场被屏蔽在内外导体之间，没有辐射损耗。同轴线可用在分米波及厘米波波段。当频率更高时，同轴线存在以下问题：

1.损耗大。由于内外导体是靠介质支撑的，有介质损耗，频率很高时，介质损耗会很大，集肤效应使得金属的热效应急剧增加。

2.为了保证同轴线传输横电磁波（TEM波），必须满足条件

;当频率高时，同轴线的内外导体半径a、b必须减少，这就增加了电击穿的危险，容许传输的功率便受限制。

一般来说，时就不能用同轴线了；但这不是绝对的，当距离短，传输功率小时，同轴线可用；当要求损耗很小，传输信号的功率大时，就不可用同轴线了。

平行双导线、同轴线工作频率受限，促使人们寻求新的传输微波信号的元件，于是波导就诞生了。

波导是由空心金属管构成的导体，根据其截面形状不同，可以分为矩形波导、圆波导、脊形波导和椭圆波导等，如图3-1所示。;图3-1金属波导传输线结构

;用波导传输电磁能具有以下优点：

（1）辐射小。所传输的电磁能被屏蔽在金属管内，其辐射极微小。

（2）可传大功率微波信号。因为没有内导体，提高了传输的功率容量，减少了热耗。

（3）损耗小。一般波导内填充的是干燥的空气，因此介质损耗很小。

（4）结构简单，均匀性好。;;;;;;;内容提要;3.2波导传输线的常用分析方法及一般特性;波导中为何没有TEM波;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;;E(x,y)和Z无关，Z1(z)只与Z有关;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用分析方法;3.2.1波导传输线的常用??析方法;3.2.2波导中电磁波的一般传输特性;3.2.2波导中电磁波的一般传输特性;3.2.2波导中电磁波的一般传输特性;3.2.2波导中电磁波的一般传输特性;3.2.2波导中电磁波的一般传输特性;波阻抗;内容提要;3.3矩形波导及其传输特性;3.3矩形波导及其传输特性;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;;等式两边同除XY并移项整理得：;解标准二阶齐次方程，得到X(x)、Y(y)的通解为：;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;上式中，kc称为TM波的截止波数，即;关于波型（或模式）的概念。每一个m、n的值，就对应一组式（3-46）场分量的表达式，即在矩形波导中对应一种场结构，一种场结构称为一种波型或一种模式。m、n分别表示沿x轴和y轴变化的半波个数，不同波型以TMmn表示。;m、n均可取0～∞内的正整数，TMmn有无穷多。当m=0或n=0时，由式（3-46）知，全部场强分量为零，故TM00、TMm0、TM0n波均不存在。

由式（3-47）可知，截止波数kc与m、n有关，即不同的波型的kc不同或截止波长不同，这意味着它们的传输参数也各不同。;2、TE波（HZ≠0，EZ=0）;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;3.3.1矩形波导中TE、TM波的场方程;3.3.2矩形波导的传输特性;3.3.2矩形波导的传输特性;由式（3-48）看出，在矩形波导中，不同的模式，有不同的n、m对应，有不同的截止波长，其中有一个最长的截止波长。

在a2b条件下，当m=1，n=0时（TE10模），其截止波长最长，等于2a即：;图3-14给出了（标准波导BJ-32）波导在a=7.2cm和b=3.4cm时，各模式截止波长的分布图。其中TE10模的?c值最大，称为主模或最低模，其余的统称为高次模。;例题3-1;3.3.2矩形波导的传输特性;3.3.2矩形波导的传输特性;;☆主模TE10的特性;;;;;TE10模的截止波长?c、相移常数?、波导波长?p、相速Vp、群速Vg和波阻抗Z分别为：;内容提要;3.4圆波导及其传输特性;3.4圆波导及其传输特性;横向分量Ez（r，?）和Hz（r，?）也满足标