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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第2章 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,主要內(nèi)容,矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同軸線,場解,及,場結(jié)構(gòu),波導(dǎo)尺寸設(shè)計,波導(dǎo),正規(guī)模,特性及導(dǎo)波,主模,傳播特性,,矩形、圓波導(dǎo),TE波、TM波，主要用于cm、mm波段,求解方法：,縱向場法,同軸線,求解方法：,靜場方法,（求解拉普拉斯方程）,分析前提,假定導(dǎo)波系統(tǒng)無耗（導(dǎo)體、介質(zhì)損耗略）,（理想導(dǎo)體）,勻直無限長,1,,,第2章 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析主要內(nèi)容矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、同,1,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,矩形波導(dǎo),

2、選取直角坐標(biāo)系，討論理想導(dǎo)體（,）, 波導(dǎo)填充空氣,矩形波導(dǎo)是橫截面為矩形的金屬柱面波導(dǎo)，設(shè)寬邊為,a,，,窄邊為,b,，如圖所示：,,,,,,,矩形波導(dǎo)不能傳播TEM波，但可單獨傳播TE或TM波。,縱向場法求解,2,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析矩形波導(dǎo)選取直角坐標(biāo)系，討論理想導(dǎo)體（）,2,1．矩形波導(dǎo)的場分布表達(dá)式及其推導(dǎo)過程,2. 矩形波導(dǎo)中場結(jié)構(gòu),3．波導(dǎo)模式概念，波導(dǎo)波長，截止波長，,波速意義和表達(dá)式,4．矩形波導(dǎo)的主模-TE,10,模及其特點和單,模傳輸?shù)臈l件(尺寸選擇-波導(dǎo)設(shè)計),5．管壁電流分布,6. 傳輸功率及衰減,,主要內(nèi)容,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo),3,,,1．

3、矩形波導(dǎo)的場分布表達(dá)式及其推導(dǎo)過程主要內(nèi)容典型導(dǎo)波系統(tǒng)的,3,,TM波,,TE波,橫向拉普拉斯算子：,設(shè)矩形波導(dǎo)的寬邊與直角坐標(biāo)系的X軸相重合，寬度為 a ，窄邊與Y軸相重合，高度為b，電磁波的傳輸方向為Z方向，縱向場分量滿足的標(biāo)量波動方程為：,直角坐標(biāo)系下縱向場分量的波動方程,4,,,TM波TE波橫向拉普拉斯算子： 設(shè)矩形波導(dǎo)的寬邊與直角,4,,,(一）場分量,,1.矩形波導(dǎo)中的TE波,求解邊值問題歸納為：,,（理想導(dǎo)體表面）,,對于此時選定的坐標(biāo)系,,5,求得H0z后,由縱向場法,得到橫向場分布,,,(一）場分量1.矩形波導(dǎo)中的TE波 求解邊值問題歸,5,縱向場分量的通解,

4、代入縱向場分量滿足的波動方程得到,采用分離變量法，令,等式兩邊同除以X(x)Y(y)，得到：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,6,,,縱向場分量的通解代入縱向場分量滿足的波動方程得到采用分離變量,6,欲使方程兩邊恒等，只有兩者都等于一個常數(shù)：,令,分別求解，有：,從而得到矩形波導(dǎo)中縱向磁場的通解為：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,7,,,欲使方程兩邊恒等，只有兩者都等于一個常數(shù)： 令分別求解，有：,7,,,下面用邊界條件確定待定系數(shù),邊界條件,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,8,,,下面用邊界條件確定待定系數(shù)邊界條件典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩

5、,8,而,由,知,又利用,知,即,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,9,,,而由知又利用知即典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)中的TE波9,9,同理，利用,因此,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,,知,10,,,同理，利用因此典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)中的TE波知1,10,考慮傳輸型波：,利用（1.2-38）和（1.2-39）式，即,利用縱向場分量與橫向場分量的關(guān)系可得TE波的橫向場分量的表達(dá)式：,,,,,,,（它是一個和激勵有關(guān)的量）,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,(2.2-19),(自己下去推導(dǎo)一下，僅推導(dǎo)正向波),11,,,考慮傳輸型波

6、：利用（1.2-38）和（1.2-39）式，即利,11,,,傳輸型TE導(dǎo)模的總場可以寫成,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,m，n為任意正整數(shù)，但不能同時為零。m和n稱為波型指數(shù)，任意一對m，n值對應(yīng)一個基本波函數(shù)。每一個基本波函數(shù)以及它們的疊加均是麥克斯韋方程組的解。,12,,,傳輸型TE導(dǎo)模的總場可以寫成典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo),12,由,知,（2.2-12）,是一個和具體模式有關(guān)的量，稱,截止波數(shù),。,傳播常數(shù),（2.40）,即,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TE波,13,,,由知（2.2-12）是一個和具體模式有關(guān)的量，稱截止波數(shù)。傳,13,2、TM波,

7、求解邊值問題歸納為：,,（理想導(dǎo)體表面）,,對于此時選定的坐標(biāo)系,,14,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)中的TM波,,,2、TM波求解邊值問題歸納為：（理想導(dǎo)體表面）對于此時選定的,14,,,,矩形波導(dǎo)中的TM波,和TE波求解方法完全相同，可得,（2.43）,（2.44）,（和TE波有相同表達(dá)形式）,考慮正反向波，可得到,的全部場分量（2.2-19）,p36,,15,,,矩形波導(dǎo)中的TM波和TE波求解方法完全相同，可得（2.43）,15,式中,,TM波場分量表達(dá)式,TM,0n,或TM,m0,模能存在嗎？,16,,,式中TM波場分量表達(dá)式TM0n或TMm0模能存在嗎？16,16,,,矩形波

8、導(dǎo)中電磁波的傳播模式及傳播條件,（,2,）,TE,波中最低模式為,TE,10,或,TE,01,模式，,TM,波中最低模式為,TM,11,模式，,不存在,TE,00,，,TM,00,，,TM,0N,，,TM,M0,模式；,（,1,）每組,m,和,n,都對應(yīng)一個滿足邊界條件的特解，代表矩形,波導(dǎo)中的一種傳播模式或波型，,m,和,n,稱為波型指數(shù)；,（3） 當(dāng),?,,< ?,C,（,f,>,f,C,）時，,?,為實數(shù)，波型可在波導(dǎo)中傳播；,當(dāng),?,,> ?,C,（,f,<,f,C,）時，,?,為虛數(shù)，波型不能在波導(dǎo)中傳播；,,當(dāng),?＝0，,?,＝0，激勵不為0 時，可存在一個縱向直流磁場。,（,4,

9、）每種傳播模式在波導(dǎo)中存在的條件都與該模式的截止波長,,?,C,（與波導(dǎo)的橫截面尺寸有關(guān)）和電磁波的激勵方式有關(guān)。,17,小結(jié),,,矩形波導(dǎo)中電磁波的傳播模式及傳播條件 （2）TE波中最低模式,17,（1）截止波數(shù)、截止波長與截止頻率,,,,(二）矩形波導(dǎo)傳輸特性重要參數(shù),空氣填充,(m，n=0，1，2,……),(2.2-21b),18,和填充介質(zhì)無關(guān),和填充介質(zhì)有關(guān),,,（1）截止波數(shù)、截止波長與截止頻率 (二）矩形波導(dǎo)傳輸特性重,18,（2）傳播常數(shù)與波導(dǎo)波長,以上性質(zhì)，TE波和TM波相同,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)傳輸特性重要參數(shù),19,填充介質(zhì)有關(guān)？無關(guān)？,,,（2）傳播常

10、數(shù)與波導(dǎo)波長 以上性質(zhì)，TE波和TM波相同典型導(dǎo),19,,,[例題],有一空氣填充矩形波導(dǎo)，傳輸頻率,f,＝10GHz的TE,10,波，測得導(dǎo)波波長,λ,g,=4cm，求：,1)波的截止頻率,f,c,，相速,v,p,、群速,v,g,及波阻抗Z；,2)若波導(dǎo)截面尺寸不變，而在其中填充均勻電介質(zhì)(,ε,r,=2.5),,再求上述參量。,解,1)按,由λ=,v,/,f,，而空氣波導(dǎo)中的速度即光速，即,故λ=3(cm),將λ、λ,g,的值代入可得λ,c,＝4.5356(cm)。,因此截止頻率,f,c,=,v,/λ,c,=6.614(GHz),24,TE10為傳播模,,,[例題] 有一空氣填充矩形波導(dǎo)

11、，傳輸頻率f＝10GHz的T,20,,,故,v,p,=4×10,8,(m/s),。,故,v,g,＝2.25×10,8,(m/s),。,2)由于波導(dǎo)尺寸(a、b大小)不變，而波導(dǎo)的截止波長只與尺寸,和模式有關(guān)，因此根據(jù)題設(shè)，波導(dǎo)的截止波長不會改變,,即λ,c,＝4.5356(cm)。而波導(dǎo)中的“ 光速”則有改變，即,＝502.65(Ω),25,,,故vp=4×108(m/s)。 故vg＝2.25×108(,21,所以,f,c,=,v,/λ,c,=4.183(GHz),同樣有λ＝,v,/,f,=1.8974(cm)。根據(jù)：,可得,v,p,=2.089×10,8,(m/s),。,同理,v,g,＝1.

12、723×10,8,(m/s)。,由于：,故題設(shè)情況下的,λ,g,=2.089cm。這時：波阻抗Z,＝901.1(Ω)。,,,26,,,所以fc=v/λc=4.183(GHz)可得vp=2.089,22,若BJ-32矩形波導(dǎo)a×b=7.214×3.104cm,2,中填充空氣，工作頻率 。,試求：（1）前三個模式的截止波長λ,c,（前3個最大截止 波長）,；,（2）三模式中傳輸模的λ,g,,v,p,,v,g,值，截止模的α′值 。,,【例題2.2-1】,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo),解:（1）由,,,,可得,27,主模,,,若BJ-32矩形波導(dǎo)a×b=7.2

13、14×3.104cm2中填,23,,,（2） 工作頻率f=3GHz,,根據(jù)導(dǎo)波傳播條件λλc可知,僅TE,10,模為傳播模,,,從而,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)（例題）,28,,,,（2） 工作頻率f=3GHz根據(jù)導(dǎo)波傳播條件λ<λc和截止,24,TE,20,模和 TE,01,模為截止模式，它們的α′值為,,=60.286(Np/m)=523.61(dB/m),=67.566(Np/m) =586.88(dB/m),典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)（例題）,求畢,29,,,TE20模和 TE01模為截止模式，它們的α′值為=60.,25,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo),

14、習(xí)題 (p71),2.5，2.6，2.7，2.8，2.9，2.10,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)習(xí)題 (p71)2.5，2.,26,(二)模式分布與簡并,不管是TE波或者是TM波，其截止波數(shù)有相同的表達(dá)式，即,截止波長為,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo),物理學(xué)中不同物理狀態(tài)而具有相同參量的現(xiàn)象稱為,簡并,30,,,(二)模式分布與簡并不管是TE波或者是TM波，其截止波數(shù)有相,27,波型指數(shù)相同的,TE,和,TM,波的傳輸特性相同，但空間電磁場結(jié)構(gòu)（電磁場分布）不同，它們可同時在波導(dǎo)中傳輸。,,模式簡并：,不同模式而,截止波長相同,的現(xiàn)象，稱為,模式的簡并,，其模式彼此稱為,簡并模

15、式,。,,,TE,mn,和,TM,mn,都是簡并的。當(dāng)a=b時，,TE,mn,、,TM,mn 、,TE,nm,和,TM,nm,都是簡并的，稱四重簡并,。,TE波和TE波,、,TM波和TM波,、,TE波和TM波,均可以發(fā)生簡并,,磁波簡并,電波簡并,,,電磁簡并,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,模式分布與簡并,31,,,波型指數(shù)相同的TE和TM波的傳輸特性相同，但空間電磁,28,,,,(二)模式分布與簡并,簡并模式特點,：,（1）傳播常數(shù)相同,（2）彼此不正交,（3）一般有能量交換,32,一般應(yīng)避免導(dǎo)波中簡并模式的存在,,,(二)模式分布與簡并簡并模式特點：32 一般應(yīng)避免導(dǎo)波中簡并,29,在a、b

16、一定的時候，計算出各模式的λcmn值，在同一坐標(biāo)軸上標(biāo)出，這種各模式截止波長的分布稱為,模式分布,。,以BJ-100矩形波導(dǎo)a×b=2.286×1.016㎝,2,為例，其前數(shù)個模的λc值可表示為：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,模式分布與簡并,波導(dǎo)中所有模式截止波長最長的模——主模,模式分布圖,矩形波導(dǎo)主模,TE,10,模,33,,,在a、b一定的時候，計算出各模式的λcmn值，在同一坐,30,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo),(三）矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),,場存在方向和大小兩個不同概念，場的大小是以力線,密度,表示的，方向用,箭頭,表示,同一點不能有兩根以上力線,磁力線永遠(yuǎn),閉合,電力線可以閉合，

17、也可以不閉合,電力線與導(dǎo)體邊界,垂直,電力線和磁力線相互,正交,電力線用,實線,表示，磁力線用,虛線,表示,力線,來,用“點”表示，,去,用“叉”表示,畫法上要注意,,,意義：分析和研究波導(dǎo)問題、模式激勵、設(shè)計波導(dǎo)元件的基礎(chǔ)和出發(fā)點,34,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)(三）矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)場存在方,31,TE波的場結(jié)構(gòu),,TE,10,模場結(jié)構(gòu),TE,10,模沿+z方向傳播的量的瞬間變化為：,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu),TE,10,模只存在三個場分量,35,,(2.2-19),,,TE波的場結(jié)構(gòu) 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu) T,32,取ωt=π/2瞬

18、間進(jìn)行作圖。,首先研究電場分布，將矩形波導(dǎo)分為三個截面,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),此圖是z=0處的χy面，,電場,在此平面上的變化規(guī)律是沿a邊,（x從0到a）變化半個正弦波，沿b邊（y從0到b）不變化。,X-Y平面,36,,,取ωt=π/2瞬間進(jìn)行作圖。典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo),33,X＝a/2處的Y-Z面，,電場,沿b邊不變，沿z為余弦分布,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),Y-Z面,37,,,X＝a/2處的Y-Z面，電場沿b邊不變，沿z為余弦分布,34,Y=b/2處的xz面 ，,電場,沿a邊變化是半個正弦波。 沿z為余弦變化。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的

19、場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),X-Z面,38,,,Y=b/2處的xz面 ，電場沿a邊變化是半個正弦波。,35,其次作三個剖面上的,磁場,分布圖,,,,,,,,,,Z=0處χy面，因為空間磁力線為近似橢圓形，,磁場,沿a,邊有半個正弦波的變化，沿b邊不變。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),39,,,其次作三個剖面上的磁場分布圖典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo),36,χ=a/2處的yz面，,磁場,沿y不變，沿z為余弦分布,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),40,,,χ=a/2處的yz面，磁場沿y不變，沿z為余弦分布,37,y=b/2處的xz面 ，此剖面上,磁場,存在兩個分量

20、 、 。,,沿a邊有半個正弦波變化，沿z為余弦分布 。 沿a,邊有半個余弦波變化，沿z為正弦分布。,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),41,,,y=b/2處的xz面 ，此剖面上磁場存在兩個分量 、,38,TE,10,模場強(qiáng)與,y,無關(guān)，場分量沿,y,軸均勻分布。各場分量沿,x,軸的變化規(guī)律為,,矩形波導(dǎo)TE,10,模場分量的分布規(guī)律,(a) 場分量沿,x,軸的變化規(guī)律； (b) 場分量沿,z,軸的變化規(guī)律；,(c) 矩形波導(dǎo)橫截面上的場分布； (d) 矩形波導(dǎo)縱剖面上的場分布.,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),42,,,TE10模場強(qiáng)與y無關(guān)，場

21、分量沿y軸均勻分布。各場分量沿x軸,39,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),某一時刻TE,10,模完整的場分布圖——隨時間的推移，,場分布圖,以相速沿傳輸方向移動,。,43,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)某一時刻TE10模完整,40,方法,（1）TEmn模中的m代表場沿波導(dǎo)寬邊a變化的正弦或余弦半,駐波數(shù)目；,（2）n代表場沿波導(dǎo)在窄邊b變化的半駐波數(shù)。,,有了上面的結(jié)論，現(xiàn)在我們來研究TE,m0,模和TE,0n,模的場結(jié),構(gòu)。,TE,m0,模場結(jié)構(gòu),由導(dǎo)波a邊上排列m個TE10模的場結(jié)構(gòu)所構(gòu)成 ，但需注意，由于正余弦函數(shù)變化特性，相鄰的兩個單元結(jié)構(gòu)的場，力線方向相

22、反。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),44,,,方法典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)44,41,TE,20,模電磁場橫截面圖,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),例如TE,20,模, 橫截面場,45,,,TE20模電磁場橫截面圖典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo),42,TE,0n,模場結(jié)構(gòu),首先需要知道TE,01,模場的分布：TE,01,模的場結(jié)構(gòu)可以,由TE,10,模的場結(jié)構(gòu)以波導(dǎo)軸為軸旋轉(zhuǎn)90°獲得，如圖,,,,,,,TE,0n,模的場結(jié)構(gòu)可以由在b邊排列n個TE,01,模的場結(jié)構(gòu),組成。同樣，注意,相鄰兩單元間場反相,。,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)

23、場結(jié)構(gòu),46,,,TE0n模場結(jié)構(gòu)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)46,43,TE11模場結(jié)構(gòu),橫向電場分量對坐標(biāo)的變化為：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),,,TE11模場結(jié)構(gòu)橫向電場分量對坐標(biāo)的變化為：典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場,44,TE11模場結(jié)構(gòu),典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),,,TE11模場結(jié)構(gòu)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),45,TE,mn,（m≠0,n≠0）模場結(jié)構(gòu),,前面已經(jīng)看到，因為場的五個分量都存在，場結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。所以，可以想象它的單元結(jié)構(gòu)應(yīng)是TE,11,模的場結(jié)構(gòu),組合,。,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),47,它是由沿a邊

24、有,m個TE,11,模場結(jié)構(gòu)單元，b邊有,n個TE,11,模場結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。相鄰單元場,反向,。,,,TEmn（m≠0,n≠0）模場結(jié)構(gòu)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩,46,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),47,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),TE,22,模場結(jié)構(gòu),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)TE22模場結(jié)構(gòu),48,TM波的場結(jié)構(gòu),,由于TM,0n,模和TM,m0,模不存在，故TM模式中最簡單的是,TM,11,模,。,仿照繪制TE11模場結(jié)構(gòu)的方法，繪出,TM,11,模,在,橫截面的場結(jié)構(gòu)，如圖所示：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的

25、場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),49,,,TM波的場結(jié)構(gòu) 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)49,49,根據(jù)TM,11,模的場結(jié)構(gòu)可以推出TM,mn,模的場結(jié)構(gòu)。它是沿a,邊有m個TM,11,模場結(jié)構(gòu)單元，沿b邊有n個TM,11,模場結(jié)構(gòu)單,元所構(gòu)成。圖為,TM,21,模,橫截面場結(jié)構(gòu)圖。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),50,,,根據(jù)TM11模的場結(jié)構(gòu)可以推出TMmn模的場結(jié)構(gòu)。它是沿a典,50,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),1）波導(dǎo)濾波器,濾除不需要的波型，傳輸功率大，損耗低,如在TE,10,，TE,11,，TE,21,等波型的場結(jié)構(gòu)中可以找到一些平面，它們與電

26、力線正交，與磁力線相切，從而不影響傳播的波型。,利用這一性質(zhì)，在波導(dǎo)橫截面上插入金屬柵格可以濾除不需要的波型。這是機(jī)械濾波器的工作原理。,意義：,51,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)1）波導(dǎo)濾波器濾除不需,51,2）波導(dǎo)的激勵,3）波導(dǎo)元件的相互轉(zhuǎn)換,,后面介紹,后面介紹,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),52,,,2）波導(dǎo)的激勵3）波導(dǎo)元件的相互轉(zhuǎn)換后面介紹后面介紹典型導(dǎo)波,52,矩形波導(dǎo)的壁電流分布,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,以TE,10,模為例：,,53,,,矩形波導(dǎo)的壁電流分布 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析以TE10模為例：,53,【例2.3】 試根據(jù) Js=nxH，

27、求出a>b矩形波導(dǎo)中主模正向波的壁電流表達(dá)式，并證明在波導(dǎo)寬壁中心處的壁電流只有z分量。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,解： a>b矩形波導(dǎo)的主模為TE,10,模，TE,10,模正向波的磁場分量有,,，可得,根據(jù),,54,,,【例2.3】 試根據(jù) Js=nxH，求出a>b矩形波導(dǎo)中,54,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,55,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)壁電流55,55,在波導(dǎo)寬壁中心處，即在y=0，y=b，x=a/2處，有,,即此處壁電流只有z分量,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,56,,,在波導(dǎo)寬壁中心處，即在y=0，y=b，x=a/2處，

28、有即此處,56,由TE,10,模的電流分布可見，當(dāng)波導(dǎo)工作在TE,10,模時，波,導(dǎo)寬邊中心處開一縱槽，因不破壞電流分布面對場分布,不產(chǎn)生影響；波導(dǎo)窄邊上開縱槽則對場分布產(chǎn)生較大的,影響，引起能量輻射與反射。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,TE,10,57,,,由TE10模的電流分布可見，當(dāng)波導(dǎo)工作在TE10模時，波典型,57,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,58,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)壁電流58,58,知道壁電流后，可以考慮在壁上開槽以適應(yīng)不同的需要,開槽：,(1) 槽縫的方向與電流線的方向平行，壁電流分布不變（未遭破壞），波導(dǎo)內(nèi)部電磁場分布不變，

29、如開槽測量線。,(2) 槽縫切斷電流線，壁電流分布將發(fā)生變化，波導(dǎo)內(nèi)部的場分布發(fā)生變化，部分電流跨越槽縫，在其中激起電場，此電場向波導(dǎo)內(nèi)外輻射能量。利用此點，可制作波導(dǎo)裂縫天線。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)壁電流,,59,,,知道壁電流后，可以考慮在壁上開槽以適應(yīng)不同的需要典型導(dǎo)波系統(tǒng),59,8mm平板縫隙天線陣,,,8mm平板縫隙天線陣,60,,,微波技術(shù)第二章ppt課件,61,,,仿真模型,,,仿真模型,62,,傳輸功率、能量和衰減,1）傳輸功率,,,,式中,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,60,,,傳輸功率、能量和衰減典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性6,

30、63,2）能量,,,,,3）衰減,1. 導(dǎo)體衰減,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,61,利用,,,2）能量典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性61利用,64,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,62,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性62,65,矩形波導(dǎo)的主?！猅E,10,模的傳播特性,沿+z方向傳播的TE,10,模場分量,★,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,63,（1.4-54）,2. 介質(zhì)衰減常數(shù),,,矩形波導(dǎo)的主?！猅E10模的傳播特性★典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析—,66,其參量為,,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,64,,,其參量為典

31、型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性64,67,TE,10,模的場結(jié)構(gòu)及電流分布圖,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,65,,,TE10模的場結(jié)構(gòu)及電流分布圖 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形,68,傳輸功率、能量與衰減,,,由前面的公式可知：,,,,而TE,10,模的電場表達(dá)式為：,,,,可以看出，最大電場應(yīng)在x=a/2處 代入,,,,解出A,,,,,66,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,,,傳輸功率、能量與衰減 66典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特,69,可得：,,,若電場,E,y,采用,,則,,,當(dāng)上述最大場強(qiáng)達(dá)到擊穿程度時，,,,,

32、,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,67,,,可得：典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性67,70,可見：,矩形波導(dǎo)主模的擊穿功率或功率容量與波導(dǎo)內(nèi)填,充的介質(zhì)及其擊穿場強(qiáng)有關(guān)，還與波導(dǎo)截面尺寸及工作,波長有關(guān)，通常波導(dǎo)中填充空氣，因此有：,,,,,,,此式表明擊穿功率僅與波導(dǎo)截面尺寸及工作波長有關(guān)。,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,68,,,可見：矩形波導(dǎo)主模的擊穿功率或功率容量與波導(dǎo)內(nèi)填典型導(dǎo)波系統(tǒng),71,考慮到既傳輸較大功率，又不致出現(xiàn)高次模，通常,,矩形波導(dǎo)TE,10,模的工作區(qū)選在0.5<λ/2a<0.9范圍內(nèi),,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,

33、69,,,考慮到既傳輸較大功率，又不致出現(xiàn)高次模，通常典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場,72,單位長矩形波導(dǎo)中TE,10,模電能平均值,,,,,導(dǎo)體壁損耗引起TE,10,模的衰減常數(shù),,,,,,,介質(zhì)衰減常數(shù),,,,或,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,70,,,單位長矩形波導(dǎo)中TE10模電能平均值或典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析—,73,TE,10,模的等效特性阻抗,矩形波導(dǎo)為單導(dǎo)體導(dǎo)波系統(tǒng)，不存在單值電壓波和單值電流波，因而也不存在單值的特性阻抗。,,(1)等效電壓與等效電流定義特性阻抗,,等效電壓：,波導(dǎo)橫截面上兩寬邊中點之間電場的線積分。,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,71,,,TE10

34、模的等效特性阻抗典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性,74,等效電流 ：取一個寬邊上的總縱向電流,,,,于是, TE,10,模的等效特性阻抗:,,,,(2)從,功率和等效電壓,或,功率和等效電流,定義特性阻抗,它們?yōu)?,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,72,,,等效電流 ：取一個寬邊上的總縱向電流 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析—,75,為簡便起見，常去掉前面的數(shù)字系數(shù)，僅取三種定義的,共同部分作TE,10,模的等效特性阻抗,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,（2.2-47）,73,,,為簡便起見，常去掉前面的數(shù)字系數(shù)，僅取三種定義的典型導(dǎo)波系統(tǒng),76,【例】 矩形波導(dǎo)a=2b

35、，其中填充空氣，工作在主模，f=5GHz,λ/λc =0.8，平均功率P=1kW。試求波導(dǎo)內(nèi)電場和橫向磁場分量的最大值，并指出各值所在位置。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,解: 波導(dǎo)填充空氣時，工作頻率f=5GHz，對應(yīng)的工作波長λ=6(cm),,λc=λ/0.8=7.50(cm),a=λ,c,/2=3.75(cm),b=a/2=1.88(cm),,,由,74,因此,,,【例】 矩形波導(dǎo)a=2b，其中填充空氣，工作在主模，f=5,77,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,矩形波導(dǎo)特性,,因為,故電場最大值在x=a/2處。由式（2.2-32）,,其位置在x=a/2處。,75,,,典型導(dǎo)波

36、系統(tǒng)的場分析——矩形波導(dǎo)特性因為故電場最大值在x=a,78,作業(yè),2.11，2.12，2.14，2.15，2.16,76,,,作業(yè)2.11，2.12，2.14，2.15，2.1676,79,,圓形波導(dǎo)常簡稱,圓波導(dǎo)，,是橫截面為圓形的空心金屬管，如圖所示，其尺寸半徑為,R,。,,圓形波導(dǎo),典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,77,,,圓形波導(dǎo)常簡稱圓波導(dǎo)，是橫截面為圓形的空心金屬管，如圖,80,圓波導(dǎo)的一些特點,,,傳輸TE、TM波,損耗小,雙極化特性,加工方便,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),74,,,圓波導(dǎo)的一些特點典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)74,81,,（1）圓波導(dǎo)的提出來自實踐的需要,

37、例如，雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)搜索。如果沒有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，那只好發(fā)射機(jī)跟著轉(zhuǎn)。象這類應(yīng)用中，圓波導(dǎo)成了必須要的器件。至于以后要用到的極化衰減器，多?；虿y喇叭，都會應(yīng)用到圓波導(dǎo)?？梢赃@樣說,幾何對稱性給圓波導(dǎo)帶來廣泛的用途和價值。,,旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)的特點,75,,,旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)的特點75,82,（2） 結(jié)構(gòu)特點,從力學(xué)和應(yīng)力平衡角度，機(jī)加工圓波導(dǎo)更為有利，對于誤差和方便性等方面均略勝矩形波導(dǎo)一籌。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)的特點,76,,,（2） 結(jié)構(gòu)特點典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)的特點76,83,圓波導(dǎo)具有軸對稱性，故宜采用圓柱坐標(biāo)來分析。

38、,（3）損耗和極化特性,在相同截面積時，圓波導(dǎo)管壁面積最小，因此節(jié)省材料，減小管壁損耗。,由于圓波導(dǎo)具有損耗較小和雙極化的特性，常用作天線饋線和微波諧振腔。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)的特點,77,,,圓波導(dǎo)具有軸對稱性，故宜采用圓柱坐標(biāo)來分析。（3）損耗和極化,84,圓波導(dǎo)一般解,假設(shè),1) TE,波,對于圓柱坐標(biāo),（TE波）,這時,Ez,=0,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),78,（TM波）,,,圓波導(dǎo)一般解 假設(shè)1) TE波對于圓柱坐標(biāo)（TE波）,85,可解出,其中,且有,于是,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),79,,,可解出,86,等式兩邊除以,ΦR,，乘上,r

39、,２,顯然，可以令一常數(shù),m,２,,讓,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),80,,,等式兩邊除以ΦR，乘上r２顯然，可以令一常數(shù)m２,讓典型導(dǎo)波,87,,標(biāo)準(zhǔn)m階貝塞爾方程,其解分別是,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),導(dǎo)波場在,?,方向存在cosm,?,和sinm,?,兩種可能的分布。它,們獨立存在，相互正交，截止波長相等，構(gòu)成同一導(dǎo)模的極化簡并模。,,（2.3-9）,（2.3-10）,81,,,標(biāo)準(zhǔn)m階貝塞爾方程其解分別是 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場,88,第一和第二類貝塞爾函數(shù)曲線,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),第一類貝塞爾函數(shù)曲線,第二類貝塞爾函數(shù)——（紐曼函數(shù)曲線）,,

40、,第一和第二類貝塞爾函數(shù)曲線典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)第一,89,考慮到圓波導(dǎo)中心軸線上場有限，而,所以只能令A(yù),2,＝0，于是得到圓波導(dǎo)通解,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),82,,,考慮到圓波導(dǎo)中心軸線上場有限，而 所以只能令A(yù)2＝0，于是得,90,這樣，,H,z,的,基本解為,設(shè)其根為,，則本征值為,考慮到邊界條件,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),83,,,這樣，Hz的基本解為 設(shè)其根為，則本征值為考慮到邊界條件,91,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),92,代入圓柱坐標(biāo)系的橫－縱關(guān)系式可得,TE,mn,的場分量：,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分

41、析,——,圓波導(dǎo),,（2.3-14a）,（2.3-14b）,（2.3-14c）,（2.3-14d）,（2.3-14e）,（2.3-14f）,84,,,代入圓柱坐標(biāo)系的橫－縱關(guān)系式可得TEmn的場分量：典型導(dǎo)波系,93,m和n的含義：,m,表示沿角向變化（圓周分布）的駐波周期數(shù),n,表示r方向變化的半駐波數(shù)或最大值的個數(shù)（n不能為零）,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,m和n的含義：m表示沿角向變化（圓周分布）的駐波周期數(shù)n表示,94,TE,mn,模,截止頻率為,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),TEmn導(dǎo)模的波阻抗,TEmn模的傳播常數(shù)為,TEmn模截止波長為,85,,,TEmn模截止

42、頻率為典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)TEmn導(dǎo),95,2)TM模,,采用與TE模類似的分離變量法,邊界條件為,,,,由邊界條件式，則要求 ， 令其根為,,于是,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),86,,,2)TM模典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)86,96,代入圓柱坐標(biāo)系的橫－縱關(guān)系式可得,TMmn,的場分量：,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,(2.3-23a),(2.3-23b),(2.3-23c),(2.3-23d),(2.3-23e),(2.3-23f),87,,,代入圓柱坐標(biāo)系的橫－縱關(guān)系式可得TMmn的場分量：典型導(dǎo)波系,97,TM,mn,導(dǎo)模的波

43、阻抗,,,TM,mn,模的傳播常數(shù)為,,,TM,mn,模截止波長為,,,TM,mn,模截止頻率為,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),88,,,TMmn導(dǎo)模的波阻抗典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)88,98,模式分布與簡并,,這里n 0（零點是從第一個開始：第一個根，第二個根，……）,因此TE,m0,和TM,m0,模式不存在,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,模式分布與簡并這里n 0（零點是從第一個開始：第一個,99,（1）模式簡并,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)簡并模式,（兩種不同模式截止波長相同）,例如,貝塞爾函數(shù)存在：,因此,可見,TE,0n,和TM,1n,模簡

44、并,,,（1）模式簡并典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)簡并模式（兩種不,100,（2）極化簡并,從圓波導(dǎo)中的場解可以看出，凡是 的模式本身均存在 對 呈 和 兩種變化，這表明同一種模式存在兩個極化方向互相垂直的波，這個現(xiàn)象稱為,極化簡并,。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)簡并模式,例子后面介紹,,,（2）極化簡并 從圓波導(dǎo)中的場解可以看出，凡是,101,圓波導(dǎo)中的主模,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),TE,11,是圓波導(dǎo)的主模,,,圓波導(dǎo)中的主模典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)TE1

45、1是圓波導(dǎo),102,圓波導(dǎo)中的傳輸功率與衰減,,,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,圓波導(dǎo)中的傳輸功率與衰減典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),103,場結(jié)構(gòu),典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),基本,單元結(jié)構(gòu),,知道基本單元結(jié)構(gòu)就可以畫出其他高次模式的場結(jié)構(gòu)圖,,,場結(jié)構(gòu)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)基本知道基本單元結(jié)構(gòu)就可,104,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo)場結(jié)構(gòu),TM,11,（其余結(jié)構(gòu)后面介紹）,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)TM11（其余結(jié)構(gòu)后面介,105,圓波導(dǎo)中三種常用模式的特點,,------ TE,01,TE,11,TM,01,TE,01,模的特點及應(yīng)

46、用,,（1）場分量僅有Hz、Hr、E,φ,；n=0，場結(jié)構(gòu)簡單且呈,圓周對稱分布。無極化簡并，但與TE,11,模簡并。,（2）圓波導(dǎo)內(nèi)壁處的切向磁場只有Hz分量。故壁電流,只有φ分量，波導(dǎo)上的軸向縫隙對波導(dǎo)中場的影響小。,（3）導(dǎo)體損耗引起TE,0n,模的衰減常數(shù)為,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),89,,,圓波導(dǎo)中三種常用模式的特點 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)8,106,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),107,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),108,,TE,0n,模的導(dǎo)體衰減常數(shù)隨頻率的升高按單調(diào)下降

47、。這一特性使得工作模式為TE,01,模的金屬波導(dǎo)能用于毫米波的遠(yuǎn)距離傳輸。,,注意:,TE,01,模是較高次模 ,波導(dǎo)存在不均勻性，TE,01,模會變換為其他模（如TM,11,），這不僅使波導(dǎo)衰減增加，還會使傳輸信號失真，需要采用特殊的結(jié)構(gòu)，抑制其他模式。,螺旋圓波導(dǎo),,介質(zhì)圓波導(dǎo),,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),90,抑制TM,11,模,,,TE0n模的導(dǎo)體衰減常數(shù)隨頻率的升高按單調(diào)下降。,109,,“螺旋波導(dǎo)”,利用TE,01,模的壁電流只有J,φ,分量這一特點，用細(xì)漆包線密繞而成這樣的結(jié)構(gòu)不影響TE,01,模傳輸，而抑制了具有J,Z,電流分量的其他模的場。,,“介質(zhì)膜波導(dǎo)”,用于抑

48、制TM,11,模。在金屬圓波導(dǎo)內(nèi)壁涂一層介質(zhì)膜（單介質(zhì)膜波導(dǎo)）或者涂一層低耗介質(zhì)后再涂一層較大損耗介質(zhì)（雙介質(zhì)膜波導(dǎo)）而成。,,TE,11,模的特點及應(yīng)用,,（1）TE,11,模是圓波導(dǎo)中的,主模,。,（2）TE,11,模的缺點是存在極化簡并，致使波導(dǎo)中場的極化,方向不穩(wěn)定。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),91,,,“螺旋波導(dǎo)” 利用TE01模的壁電流只有Jφ分量,110,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),（3）適合傳圓極化波。也可以構(gòu)成一些雙極化元件，如極化分離器、極化衰減器等；,（4）常用于波導(dǎo)轉(zhuǎn)換。,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)（3）適合傳圓極化波。也可以構(gòu),111,典型導(dǎo)

49、波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),112,極化簡并情形,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),,,極化簡并情形典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo),113,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),主模TE,11,特性,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)主模TE11特性,114,TM,01,模的特點及應(yīng)用,,,,,,（1）TM,01,模與TE,01,模相對應(yīng)，有三個場分量Ez，Er和H,?,，,場結(jié)構(gòu)也呈圓周對稱分布，無極化簡并。,,（2）TM,01,模的電場E,z,分量集中在波導(dǎo)軸線及其附近，它,可以有效地和軸向運動的電子交換能量，因此TM,01,模及其,變形常用于某些微波

50、管和直線加速器的諧振腔中。,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),92,,,TM01模的特點及應(yīng)用典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)92,115,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),電場是軸對稱的，常常作,為雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。,,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——圓波導(dǎo)電場是軸對稱的，常常作,116,【例】 空氣填充的銅制圓波導(dǎo)，a=1.9cm。工作頻率,f,=6GHz，傳輸功率P=5×10,5,W。試求：（1）前五個模式的截止頻率,fc，,波導(dǎo)只傳輸主模時的頻率范圍；（2）主模在,f,=6GHz時的相速vp,波阻抗Z,W,。場分量 Hz的振幅常數(shù)A,11,。波傳播10m距離后場衰減的分貝數(shù)。,解

51、（1） 由,,,這里χ=c=3×10,8,(m/s)，從而,,,,,只傳輸主模TE,11,模的頻率范圍為4.627(GHz)

52、。,,主模功率(利用2.3-44),因此,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),94,,,（2）主模的相速和波阻抗為【例】 空氣填充的銅制圓波導(dǎo),118,,,忽略空氣中的損耗，場的衰減僅由導(dǎo)體壁損耗造成，故(利用2.3-48),,其中,傳輸10m后的衰減為0.386dB,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——,圓波導(dǎo),95,,,忽略空氣中的損耗，場的衰減僅由導(dǎo)體壁損耗造成，故(利用2.3,119,其他形式的金屬柱面波導(dǎo),,,脊波導(dǎo) ——矩形波導(dǎo)變形,扇形波導(dǎo)——圓柱形波導(dǎo)變形,橢圓波導(dǎo)——圓柱形波導(dǎo)變形,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,,,其他形式的金屬柱面波導(dǎo)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,120,(1) 脊波導(dǎo),

53、典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,,,(1) 脊波導(dǎo)典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,121,(2) 扇形波導(dǎo),特點： (a)增寬主模的帶寬,(b)功率容量下降,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,,,(2) 扇形波導(dǎo)特點： (a)增寬主模的帶寬典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場,122,（3）橢圓波導(dǎo),模式特點：,(a)單模帶寬介于矩形和圓形波導(dǎo)之間，圓形波導(dǎo)的單模帶寬最小,(b)衰減介于矩形和圓形波導(dǎo)之間，其中圓形波導(dǎo)的衰減最小,結(jié)構(gòu)特點：,,(a)制成軟波導(dǎo)，大長度,(b)機(jī)動性強(qiáng),(c)成本低，總性能好,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,,,（3）橢圓波導(dǎo)模式特點：結(jié)構(gòu)特點： 典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,123,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析,——橢圓,波導(dǎo),,,典型導(dǎo)波系統(tǒng)的場分析——橢圓波導(dǎo),124,,,微波技術(shù)第二章ppt課件,125,,,微波技術(shù)第二章ppt課件,126,作業(yè),2-18，2-21，2-25,Continue…,,,作業(yè)2-18，2-21，2-25Continue…,127,