微波技术课件PPT19394716.ppt

1、3-3 矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性,（一）截止波长和截止频率,截止波数Kc,截止波长c,截止频率fc,简并现象：不同波型具有相同截止波长（或截止频率）的现象,一般情况下： TE0n和TEm0是非简并模（TM最低次模为TM11） 其余的TEmn和TMmn都存在简并模（双重简并）,例如： 若a=b,则 TEmn，TEnm，TMmn。TMnm是简并模,若a=2b,则 TEmn与TMmn是简并模， 还存在其他的一些模是与之简并的,简并波型的kc、fc、vg、vp以及g都是相同的,特殊情况下：,对应C最大的波型称为主波型（主模、基模、最低次型模），其他称为高次波型（高次

2、模）,TEm0模:,TEm0模:,TEmn模和TMmn模(m0,n0):,随m,n,C,TE11和TM11模对应的C最小,随m, C,随n, C,总的来说，随着m,n增加， C减小,TMmn波型中，TM11对应的C最大,TEmn波型中，若ab,则TE10对应的C2a最大 若ab,则TE01对应的C2b最大,矩形波导(ab)中，TE10是主波型,矩形波导中各种模式的截止波长分布,（二）波导波长和相移常数,波导波长,相移常数,（三）相速和群速,相速,群速,（四）波型阻抗,（五）传输功率,行波状态下，波导传输的功率为,对于TE10模，,x=a/2处，电场振幅最大,功率容量Pbr：波导能够传输（承受）

3、的最大允许功率（极限功率）,Pbr,若要求单模传输，且Pbr较大，应选择工作区为0.5/c0.9，即 a1.8a,（六）损耗和衰减,若填充空气，介质损耗很小可忽略不计，而导体损耗是不可忽略的,下面首先讨论TE10模的导体衰减常数c,TE10模的磁场只有Hx和Hz分量，对于横截面而言，Hx为横向磁场,（七）矩形波导横截面尺寸的选择,选择波导尺寸： 指在给定的工作波长（或频率）下，选择最合适的波导横截面尺寸a和b,选择的依据： 宽频带内单模传输 功率容量大 损耗小,通常选择的波导尺寸为：,标准波导 宽波导/高波导 扁波导,使用的波导已标准化：可根据需要选用,四、矩形波导管的管壁电流,导行波在金属波

4、导内壁表面上将感应出高频电流，称为管壁电流。,管壁电流如何分布？,假定内表面是理想导体，,Js表示内表面上的表面电流密度矢量,H表示内表面处切线方向的磁场强度,an表示内表面法线方向的单位矢量,方向： 根据右手螺旋关系确定,大小： Js与H大小相等,只要求出内表面上切线方向的磁场强度， 则管壁电流的分布就可以确定,以TE10波型为例,左侧壁（x=0）：anax，Hz为切向分量，Hx为法向分量,右侧壁（x=a）：anax，Hz为切向分量，Hx为法向分量,下壁（y=0）：anay，Hx和Hz均为切向分量,上壁（y=b）：anay， Hx和Hz均为切向分量,已知宽壁处,大小：沿x为余弦变化，中间最小

5、 方向：x或x方向，与位置x，z及t有关,当t=T/4, z=-g/4时,(a),(b),当t=T/4, z=0时，沿z方向,矩形波导管管壁电流立体分布图,左右两侧壁的电流 只有Jy分量 大小相等，方向相同。 上下宽壁内的电流 由Jz和Jx合成， 同一位置上下宽壁内的管壁电流大小 相等，方向相反。,了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助,无辐射性槽,强辐射性槽,五、等效阻抗,等效电压： 通常取两个宽壁内表面中心线之间电压强度的线积分为等效电压,等效阻抗：行波状态下波导中的等效电压与等效电流之比,只与a有关， 两个窄边相等的波导波阻抗相等，但连接在一起时，存在波的反射问题 需引入等效阻

6、抗的概念,等效电流： 通常取宽壁内表面上总的纵向电流作为等效电流,等效电压：,等效电流：,沿y方向均匀不变（n=1）,由前分析可知TE10波型在波导中的传输功率为,根据已求得的等效电压、电流和传输功率可分三种情况在定义等效阻抗,（1）,（2）,（3）,可简化统一为：,六、激励与耦合,激励 在波导中建立所需要的某种频率和某种波型的电磁场的方法;,耦合 在波导中取出某种频率和某种所需波型电磁场能量的方法；,激励装置的基本要求：, 能激励起所需的某种频率和某种波型; 并有效抑制不需要的波型, 能较好地与波导相匹配;, 有时还要求馈入波导的能量可以调节。,激励波导的方法,（1）电激励 在波导内建立起电力线，使电力线与所需波型的电力线一致 （2）磁激励 在波导内建立起磁力线，使磁力线与所需波型的磁力线一致,（3）电流激励,（1）探针（棒）激励, 电激励方式,探针轴线应与波导中所需模式的电力线相平行， 并置于该波型电场最强处 （TE10：宽边中央）,激励TE10模的同时，还将激励某些高次模,（2）环激励,磁激励方式,为得到强耦合，插入波导中所需模式的磁场最强处， 小环法线应平行于磁力线,耦合较弱,（3）孔（