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文档简介
.,第八章波导,*微波简介,*导行电磁波的分类及其一般特性,*矩形波导,*介质波导,*谐振腔,低、中频区(双导体),中高频区(微带线),高频区(金属波导),图8.0.1各种载波体,.,8.0微波简介,8.0.1频谱表,.,8.0.2微波特点,.,图1.2对流层、同温层和电离层的配置(白天),.,8.1导行电磁波分类及其一般特性,8.1.1导行波的分类,推导波动方程及其解的一般形式,从中分析波的分类。,设:载波体无限长,具有轴向均匀性(无反射),载波体为完纯导体,其周围是理想介质(无损耗),载波体中无激励源,电磁波沿z轴传播,且随时间作正弦变化。,电磁场基本方程,对式(1)、(2)取旋度,式(3)、(4)代入其中,有波动方程,式中,仅有入射波,且沿z轴传播的通解形式为,把通解代入到方程(5)、(6),得到假设条件下的波动方程,.,式中横向拉普拉斯算子。,根据和的存在与否,将波分为三种类型,1.TEM波,当时,即,式(9)中场的横向分量存在,此时,说明任一时刻,在xoy平面上场的分布与稳态场相同,2.TE波(),亦称横电波,3.TM波(),亦称横磁波,根据纵向场法解得和,再由Maxwell方程解得其它四个场分量,.,8.1.2波导中波的传播特性,截止波长,a.波导的滤波作用,当工作频率(信号源发出频率)或时,信号可以通过波导,否则截止。,b.相位常数,波导中的相位常数小于无界空间的相位常数,由此导致,c.波导波长,d.波导波速,或截止频率,,几何色散波,.,8.2矩形波导,8.2.1TM波(),边界条件,用分离变量法解得,其余4个场分量,式中,特征值仅与波导形状,尺寸、波型有关。,传播特性:a.沿x,y方向为驻波;b、m,n0,不存在TM00,TM0n,TMm0。,图8.2.1矩形波导,.,8.2.2TE波(),采用纵向场法,先求的边值问题,用分离变量法解得,其余4个场分量,式中kc同上,传播特性:,a.截止频率fc;,b.波沿z轴方向传播,沿x、y方向为驻波;,c.m,n不同时为零,即不存在TE00模式。,.,8.2.3传播特性,1.截止频率和截止波长,2.传播特点,沿x,y方向均为驻波,电磁波沿z轴方向传播。,3.传播模式及主模,m,n不同时为零的任何整数的任意组合成TEmn模,最低模式为TE10;,波导中传播的最低模式称为主模,矩形波导的主模为TE10。,4.简并现象,不同模式的波具有相同的截止波长,称为简并现象。,除TEm0,TE0n模之外的所有模式均为简并模式。如TE11与TM11,TE21与TM21等。为什么?,.,8.2.4电磁场分布特性,TE10波:,图8-5TE10波的电场分布,图8-7TE10波的立体电磁场分布,图8-8矩形波导中TE10模的管壁电流,.,例8.2.1矩形波导的截面尺寸a=7cm,b=3cm。求若干个模的截止波长,并指出简并模型;2)若频率f=3109Hz,波导中存在哪些模式的波;3)若只传播TE10波,波导尺寸如何改变?,解(1)根据,(2)工作波长,由于小于TE10TE11、TM11的,故这5个模式的波可以传播。,.,8.4谐振腔,8.4.1谐振腔的形成过程,图8.4从LC回路到谐振腔的演变过程,特点:(1)电磁能以分布的形式存在,不得分开;,(2)具有多谐性;,(3)储存较多的电磁能量,且低损耗,故品质因数高。,.,8.4.2谐振腔中的场结构,特点:沿x,y,z三个方向均为驻波,1.TM波(),边值问题:,的通解,其余4个分量,式中,图8.4.3矩形谐振腔,.,2.TE波(),边值问题:,的通解,其余场量,.,3.谐振频率,将TE、TM波型中任一解代入微分方程,得到特征方程,谐振频率为,可见,fo仅与谐振腔的形状、尺寸、填充介质及波型有关。,谐振腔的特点,a)
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