波导的传输损耗

1、电磁场理论,2020/6/24,电磁场与电磁波,1,第9章 导行电磁波,9-4 波导传输功率和损耗,2020/6/24,2,电磁场理论,复习9-3 矩形波导中的TE10波(1),TE10 波电场强度振幅和磁场强度振幅的空间分布,2020/6/24,3,电磁场理论,TE10 波,1. 电场由两个平面波叠加而成，传播方向是 和 ；,2. 其中的每一个平面波又可以看成一个沿着x(-x)轴和z轴平面波的叠加；,3. 当 时， 该均匀平面波在两个窄壁之间垂直来回反射。因此，无法传播而被截止。,复习9-3 矩形波导中的TE10波(2),电磁场理论,2020/6/24,4,9-4 波导传输功率和损耗,波导的

2、传输功率,根据波导中电场强度和磁场强度的横向分量，计算出复坡印廷矢量，将其实部沿波导横截面积分，即可得到波导的传输功率。,TM波,TE波,波导的传输功率为,TM波,TE波,电磁场理论,2020/6/24,5,矩形波导主模TE10传输功率,复坡印廷矢量,能流密度,电磁场理论,2020/6/24,6,传输功率,波导横截面面积,矩形波导主模TE10传输功率,若矩形波导中填充介质的击穿场强为 Eb ，则 TE10 波的最大传输功率为,为安全起见，通常取,电磁场理论,2020/6/24,7,矩形波导TE10传输功率,例如，对于填充空气的矩形波导,电磁场理论,2020/6/24,8,波导的传输损耗,2.

3、对于波导中填充介质产生的损耗，可采用如下等效介电常数,结果包括两部分：一部分传输，另一部分就是介质引起的损耗,电磁场理论,2020/6/24,9,3. 下面我们主要计算波导壁不是理想导体产生的损耗,(1) 非理想导体波导壁引起的衰减，改变了波导中电场和磁场分布，严格计算十分复杂。,(2) 常用的近似处理方法：采用理想导体波导壁情况下的 电场和磁场分布 ，另外引入波导壁的有限电导率。也就是说，非理想导体波导壁对 电场和磁场的扰动可忽略，仅仅引起电场强度和磁场强度的衰减，从而产生功率损耗。,(3) 对于非理想导体波导壁，其表面存在面电流。,(4) 根据焦耳定律，知道电流和电阻就可以算出能量损耗。,

4、电磁场理论,2020/6/24,10,设衰减常数为，则沿正 z 方向传播的电场强度振幅可表示为,功率正比于电场强度振幅的平方，传输功率可表示为,单位长度波导壁的功率损耗为,由此可得衰减常数的计算公式为,衰减常数可采用两种单位： 奈培每米（Np/m） 分贝每米（dB/m）,电磁场理论,2020/6/24,11,定义电场强度振幅的衰减系数如下,若用分贝（dB）表示，则有,则有,两边取自然对数可得,由此可得衰减常数两种单位之间的换算关系为, 的单位：Np/m, 的单位：dB/m,电磁场理论,2020/6/24,12,为了计算波导壁损耗，在宽壁上取一小块导体，其长度及宽度均为单位长度，深度等于集肤（趋

5、肤）厚度，如图所示。,当电流沿z方向时，表面电阻率,趋肤深度,纵向长度,横截面积,单位宽度且单位长度波导内壁的损耗功率,内壁法线单位矢量,内壁表面磁场,电磁场理论,2020/6/24,13,矩形波导TE10模的单位长度波导壁的时间平均功率损耗,波导壁表面的面电流密度为,电磁场理论,2020/6/24,14,波导内壁表面磁场,电磁场理论,2020/6/24,15,电磁场理论,2020/6/24,16,电磁场理论,2020/6/24,17,如果令,衰减常数与频率的依赖关系为,可见，衰减常数随频率变化存在一个最小值。,电磁场理论,2020/6/24,18,由左图可见，在高频端， 圆波导中TE01波损

6、耗最小。,当横截面的面积相等时，矩形的周长大于圆的周长，因此，圆波导损耗较小。,但是 TE01 波的截止波长并不是最长，若要实现 TE01 波单模传输，必须设法抑制TM01、TE21及TE11波。,电磁场理论,2020/6/24,19,椭圆波导既可避免场型偏转，又可获得较小的损耗。,但是圆波导传输TE11波时，其场分布会发生横向偏转。,为了减少波导壁的损耗，应提高表面的光洁度，可以镀银或金。还可在波导中充入干燥的惰性气体以防止表面氧化。,电磁场理论,2020/6/24,20,例题9-4-1 对于 a= 5.0 cm，b = 2.5 cm，长度为 0.8 m 的填充空气矩形波导，若该波导在工作频

7、率 4.5 GHz 下，为匹配负载提供 1.2 kW 的微波功率，假定波导的衰减常数为 0.05 dB/m，试计算下列各参数的值。 （1）波导所需的平均输入功率； （2）波导壁的总功率损耗； （3）波导内电场强度的最大值。,首先分析波导的工作模式,最靠近主模的下一个高次模式是 TE20 波和 TE01 波，它们具有相同的截止频率6.0 GHz，大于波导的工作频率 4.5 GHz，不能在波导中传播。因此，该波导是在单模 TE10 波下工作。,电磁场理论,2020/6/24,21,（1）平均输入功率,（2）波导壁的总功率损耗,（3）波导内电场强度的最大值,电磁场理论,2020/6/24,22,本节课小结:波导传输功率和损耗,波导的传输功率（矩形波导TE10传输功率）； 波导的