微波技术(二).ppt

1、微波技术基础（二）,微波传输线,武汉凡谷电子技术有限公司,微波技术基础,说明： PPt中带（ ！）的在备注中有注解；带 （ ？）的是我不懂的，请各位帮忙补 充，或者我在以后补充。,微波技术基础,课程简介,微波技术基础,系统草图（！）,微波技术基础,通信技术： 了解通信原理，通信历史和发展（整个大系统的布局，方法） 电磁场与电磁波： 电磁波的基本特性，其产生、传播、影响等（水流的特性） 微波技术： 微波的“路”特性以及基本微波器件（输水管道以及其它处理系统） 微波网络： 微波网络的概念，以及一些重要参数（处理系统的参数以及处理方法） 滤波器技术： 具体的滤波器模块（二端口网络）技术,学科扫描,微

2、波技术基础,微波技术课程地图,微波传输线 电磁波在理想的无限长均匀传输线中的传输特性（不考虑反射） 微波等效电路 以电路的方法来研究微波在不均匀传输线中的传输特性；几种不 均匀性及其匹配方法；微波网络基础 微波谐振腔 微波谐振腔的基本特性与参量；分析几种常用的谐振腔；谐振腔 的等效电路 微波无源器件 结合产品介绍几种基本的无源器件,微波技术基础,传输线和导波,微波技术基础,双导体传输线（TEM波、准TEM波）：,单导体传输线（TE波、TM波色散波）：,介质传输线（表面波色散波）：,几种常见的传输线,微波技术基础,传输线概况,传输线的用途： a . 传输电磁能量 b . 构成微波元件（阻抗变换器

3、、谐振腔、功分器、定向耦合器等） 几种传输线的特点： a . 平行双线：低频时使用。频率提高，波长可与平行双线距离相比拟，辐射严重。 b . 同轴线：将电磁场限制在内/外导体之间，避免辐射损耗。随着频率的提高， 同轴线的横截面尺寸必须相应减小（！），致使损耗变大，功率容量变小。 c . 波导：将同轴线的内导体抽去，使其截面尺寸与波长相比足够大，在较高频率下 使用减小损耗，增大功率容量（？）。工作频带比同轴线窄。 d . 微带线：频带宽（？）、体积小，重量轻。损耗大，功率容量小。 e . 介质波导：体积小，损耗小，功率容量大，容易加工。贵! f . 鳍线：应用于高频，体积小损耗小，加工要求低。,

4、微波技术基础,导波分类,根据在传输线中，电磁波在传播方向上的电场和磁场分量的分布情况定义为： TEM波（横电磁波）， ; TE波（横电波），H波（磁波）， ， TM波（横磁波），E波（电波）， ，,TEM模的同轴线,圆波导中的 模,圆波导中的 模,微波技术基础,波模式的意义,了解电磁波模式有什么用？ a. 了解电磁波以何种形式在不同的传输线中传输，可以分析什么结构 会导致传输线的损耗增大，什么结构可以提取（耦合出）电磁波信 号，而什么结构会导致电磁波的泄漏（举例）； b. 通过传输线的模式，可以分析不同谐振器的波模式，从而可以分析 对应于该谐振器的滤波器，其馈电方式，调谐方式，耦合方式（举 例

5、） c. 其它作用。设计微波无源器件，了解其中的电磁场分布,微波技术基础,TE波和TM波下标m、n的定义,将传输线放置在三维坐标轴上，其横截面置于X、Y轴，其传输方向置于Z轴上，以右图同轴线为例： m 、n （？）：原来的理解好像有误,矩形波导中的,矩形波导中的,微波技术基础,截止波长和截止频率,截止波长（ ）：指色散波的临界传输波长，当电磁波波长（ ）大于该波 长（ ）时，电磁波不传输； 截止频率（ ）：指色散波的临界传输频率，当电磁波频率（ ）小于该频 率（ ）时，电磁波不传输；,常数 ：是一个与色散波传输线结构尺寸相关的常数，与电磁波频率无关， 不同的传输线，或者相同结构，不同尺寸的传输

6、线，都具有不同的 ， 更多内容将在稍后的波导中讨论。,色散波：TE波和TM波，存在色散的波型,微波技术基础,相速、群速和色散,相速：波的等相位面移动的速度,TEM波的相速,TE波和TM波的相速,群速：信号的传输速度,TEM波的群速,TE波和TM波的群速,微波技术基础,相速、群速和色散,色散 由以上的对比可见，对于TEM波，其相速、群速都与频率没有关系，是 一个常数，称为无色散波；而对于TE波和TM波，其相速和群速都随频率改 变，称为色散波。,色散波存在截止现象，当频率 等于传输线的截止频率时，色散波 的群速为0，相速无穷大， 曲线如右：,微波技术基础,矩形波导,微波技术基础,矩形波导,波导传输

7、线中，没有TEM波： 假设存在TEM波，则肯定存在一个轴向的交变电流，此电流可能是位移电流，也可能是传导电流。对于同轴线，因为有内导体存在，因此可以行成轴向传导电流，故而同轴线中可能存在TEM波，但是波导无法形成轴向传导电流，其磁场只可能由轴向位移电流激发，也就是说存在轴向电场，而这与TEM波电场没有轴向分量相矛盾，因此波导中不存在TEM波。,微波技术基础,矩形波导,对于矩形波导中的TM波，其m、n都不能为0，否则对于这种模式所有的 场量 都为0（用麦克斯韦方程组推导出的场解结论），也即矩形波导中没有m或n 等于0的波模式；,矩形波导的 ：,矩形波导中不同模式的截止波长：,a ，b分别为矩形波

8、导的长边和宽边尺寸,微波技术基础,矩形波导,上页的截止波长公式对矩形波导中的TE模和TM模都适用，也就是说， 在矩形波导中，m和n相同的TE模和TM模，具有相同的 ，也 即具有相同的截止波长和截止频率，这样的两个模式，称为简并模,模式简并：几个不同模式具有相同的特性参量的情况；,矩形波导中，所有 和 的 波和 波都是“双重简 并”模式；,上述的TE波和TM波已经包括了所有矩形波导中的波模式；,简并模：场分布不同而 相同的几种模式；,微波技术基础,矩形波导,以下为a7.2cm，b3.4cm的矩形波导的各模式波的截止波长图：,由截止波长计算公式，可知a，b越大，则主模的截止波长越长，也即其截止频率

9、 越低；,截止频率最低的模式称为“最低模式”或者“主模”，其余所有模式都称为“高次模”， 波长长于主模波长或者频率低于主模频率的电磁波，在该传输线内截止；,可由此说明矩形波导滤波器的谐波,微波技术基础,矩形波导,矩形波导的主模 TE10,微波技术基础,矩形波导,将m1、n0代入截止波长计算公式，可得TE10模 2a； 由此可以计算其相速、群速、相波长和波阻抗；,矩形波导TE10模的电磁场分布入下图,微波技术基础,矩形波导,矩形波导TE10模的壁电流分布,微波技术基础,矩形波导,矩形波导截面尺寸的选择 a . 必须保证单模工作，有效抑制高次模的影响； b . 损耗和衰减必须尽量小，以保证较高的传

10、输效率； c . 功率容量大； d . 色散尽量小，避免失真；,一般选取波导尺寸为: aa/2 的称为宽波导 ba2 的称为扁波导 实用的矩形波导尺寸已经规格化，不同频段采用不同波导有标准可查。,微波技术基础,矩形波导,TE10模的激励： 在波导管中建立所需要的场型称为激励；从波导管中提取所需场型的 能量称为耦合。激励与耦合是可逆的；,电磁场的激励方法： 电场激励：用平行于该场型电力线的探针，激励其电场； 磁场激励：用垂直于该场型磁力线的耦合环，激励其磁场。,探针激励/耦合 耦合环激励/耦合 耦合孔激励/耦合,微波技术基础,矩形波导,矩形波导中的高次模,TE10,TE20,TE11,TE21,TM11,TM21,微波技术基础,圆波导,圆波导,微波技