《电波与天线》课件第3章.ppt

4.传输线的驻波系数

为了定量评价传输线的反射情况，除了用反射系数来描述外，还常常采用能直接测量的电压驻波比（VSWR）来衡量。电压（或电流）驻波比定义为沿线电压（或电流）最大值与最小值之比。驻波比的变化范围为3.4.4波导传输原理

横电磁波（TEM波）的基本特点是它的电场矢量和磁场矢量均位于与传播方向垂直的横截面上，也就是说，在TEM波的传播方向（纵向）上无电场和磁场分量。由于波导的中空结构，所以波导中是不能传送TEM波的。可以这样来理解：在任何电磁存在的空间，磁力线总是闭合的。如果我们假定波导中传输的电磁波的磁力线全部位于横截面内形成闭合曲线，根据电磁场基本知识可知，在其围绕的中间应当存在电流（即传导电流或位移电流），由于波导是空心的，所以不可能存在传导电流，只能存在位移电流，即交变电场。由于磁力线位于横截面，这样就使它所包围的电场是纵向的。这种只有纵向电场分量的电磁波称为电波(E波)或横磁波（TM波）。也可以先假定波导中的电磁波其电场矢量全部位于波导横截面上，则同前分析，电场矢量应被闭合磁力线包围。这就是说，磁力线一定存在纵向分量。这种纵向仅有磁场分量的波称为磁波（H波）或横电波（TE波）。

综上所述，在波导内不可能传送TEM波，而只能传输有纵向场分量的TE波或TM波。TE波和TM波也有许多不同的分布，为便于区分，在电磁问题的讨论中引入了“模式”的概念：波导中的模式是指电磁场在波导中的分布波型。下面以矩形波导为例认识波导传输信号的原理。3.4.5矩形波导中的主模

如图3－42所示的矩形波导横截面位于xOy平面，若向波导馈入平面波，让其沿+z方向传播，那么馈入的平面波可表示为(3－61)图3－42并非任意这样的平面电磁波都能馈入此波导腔内，只有满足边界（导体边界）条件的才能较稳定地在波导内传播。其中一种情况可以满足边界条件，就是电场沿宽边（x轴）有半个驻波分布，即(3－62)(3－63)式中βg是波导中的相移常数。与电场Ey密切相关而构成能流的磁场Hx理应与电场有相同的变化规律。因此磁场Hx为(3－64)磁场Hx垂直于x=0和x=a处的金属壁，按照边界条件，它是不能存在于该导体表面的，再考虑到磁力线必须闭合，所以x方向的磁场必转向z方向，且z方向的磁场分量沿x轴，应遵循余弦规律变化，可用式表示为(3－65)以上所得出的为矩形波导中电磁波的基本模场强分量，为区分其他电磁波波型，称之为TE10波，这种电磁波也是矩型波导的工作主模，归纳起来，该模式的电磁场分量为3.4.6矩形波导中其他模式的电磁波

TE10波是波导中存在的最简单的一种波型，为便于区分波导中的不同电磁波型，常对它们施加下标m和n，其中m表示场强沿宽边（x方向）变化时出现的最大值数目（半波数）。下标n表示场强沿窄边y方向变化时出现的最大值个数半波数。

可以证明，无论何种模式要在波导中存在，必须具备两个基本条件：

(1)其场结构须满足波导的边界条件。

(2)传输信号的工作频率须高于该模式的截止频率。矩形波中各模式的截止波长和截止频率可用下式计算(3－68)(3－69)式中c是光速。［例3－1］计算BJ-100波导的各模式电磁波的截止波长，BJ-100波导长a=22.86mm，宽b=10.16mm，按式（3－77）计算可得将上述模式的截止波长表示在波长轴上。如图3－43所示，可见，当外来信号的波长λ≥46mm时，任何模式的电磁波均不能通过该波导。再23mmλ46mm范围内，只有基本模可以传播，其他模式仍被截止，在此频段内保证单模传输。如果λ10mm。TE10、TE20、TE01、TE02、TE11、TM11均可通过波导BJ—100。由此可见，在波导中需要传送哪一种或哪几种模式，取决于工作波长和波导尺寸。图3－433.4.7常见微波器件

1.衰减器

衰减器放置在传输系统中可控制传输功率的大小。它与低频电阻功能相同，其吸收的能量均转为热能。根据其衰减量是否可调，可分为固定衰减器和可变衰减器。其主要技术指标有：衰减量L=10logPout/Pin(固定衰减器)和衰减量范围(可变衰减器)、工作频带、功率容量、输入输出端驻波比。通常要求VSWR≤1.1。2.终端元件

终端元件可分为匹配负载和终端短路元件两类。

由前节分析可知，当传输线终端接有与传输线特性阻抗相等的负载时，则传输线上载行波，传输功率全部被负载吸收而无反射，该负载称匹配负载。它与低频电阻的功能也相同，所以匹配负载按其吸收功率的大小可分为小、中、大功率三类。

与匹配负载不同，终端短路元件相当于在其终端接有阻抗为零的元件