规则波导和空腔谐振器微波技术与天线

1、微波技术与天线,第3章 规则波导和空腔谐振器,本章开始以矩形波导为例，学习微波电路场的分析方法,宽边,窄边,麦克斯韦方程,波动方程,边界条件,+,矩形波导参数及场分布,Ez= 0， Hz= 0 的波，称为横电磁波，简记为 TEM 波 Ez 0， Hz= 0 的波 ，称为横磁波，简称为 TM 波或 E 波 Ez= 0， Hz 0 的波，称为横电波，简称为 TE 波或 H 波。,波导中可存在的波型,矩形波导TE波的通解为：,m、n的物理解释,以TE波电场的x分量为例,当m=1，n=2时,y一定时，x从0到a，Ex存在2个极点，1个零点，经历了一个”半波“,x一定时，x从0到a，Ex存在2个极点，3

2、个零点，经历了两个”半波“,m：表示场沿波导截面宽边分布的半波数,n：表示场沿波导截面窄边分布的半波数,波导为一个天然的高通滤波器，不同波导模式都对应于相应的截止频率fc，只有高与此频率的该模式的波才能够在波导中传播。,波导的截止频率及截止波长,单模传输条件,波导中仅有一个模式的波可以传播的条件。,3.2 矩形波导TE10模,波导主模TE10模的场结构,TE10模场表达式的瞬时形式,瞬时形式,以下研究t=0时，TE10模式场的分布情况,3.2.1 TE10模的场结构,电场分布,1、电场只有y分量，垂直与波导宽边,平行与波导窄边。,2、电场沿波导宽边呈正弦分布，中间最强，两边壁处为0,4、电场的

3、模值沿y方向均匀不变,3、电场沿纵向呈正弦分布,红色线条代表电力线,3.2.1 TE10模的场结构,磁场分布,1、磁场由x和z分量共同构成，平行与波导宽边。,2、磁力线闭合，呈现跑道形状,3、磁场的模值沿y方向均匀不变,4、沿纵向，Hx最弱的位置对应与电场Ey最弱的位置。Hz最弱的位置对于与Ey最强的位置。,蓝色线条代表磁力线,Ez=0,所以为TE波,TE10模式场的三维图形,3.2.3 TE10模的壁电流分布,TE10模的壁电流分布,已知矩形波导内部磁场的分布,波导壁上的电流分布,例如，t=0时刻，对于x=0处的波导壁上,3.2.3 TE10模的壁电流分布,2、宽壁上的壁电流呈辐射状，即从中

4、心向外发散或由外向中心汇聚；,1、窄壁上的壁电流平行于y轴，且沿y轴均匀分布,图3-2-3 波导壁上的缝隙,3.2.3 TE10模的壁电流分布,研究壁电流分布的应用,1、若为了测量和充气，则应尽可能不割断壁电流，如缝隙1、2。,2、若为了形成缝隙天线，则应尽可能多割断壁电流，如缝隙3、4,3.2.5 TE10模的等效阻抗,等效电压和等效电流,波导中两点间的电压不存在唯一性,若取路径AEDC，则AC两点间的电压为零；,若取路径ABC，则AC两点间的电压不为零。,定义：TE10模的等效电压为，对电场沿路径ABC积分所得电压,等效电压,3.2.5 TE10模的等效阻抗,定义：TE10模的等效电流为，

5、流过一个波导宽壁的纵向电流,等效电流,等效阻抗,用等效阻抗 取代长线中的特性阻抗 后，可以将长线理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理论。,3.2.6 高次波型,1、首先判断是TE波还是TM波,2、电场在x方向出现了2个最大点，在y方向均分布,此为TE20波的场结构图,3.2.6 高次波型,1、首先判断是TE波还是TM波,2、电场在x方向均匀分布，在y方向出现1个最大点,此为TE01波的场结构图,3.2.6 高次波型,通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构,TE01波的电场,消除TE01波金属隔板,3.2.7 激励与耦合,激励与耦合,激励：在波导中建立所需波型的方法,耦合：从波导中取出

6、所需波型的能量的方法,激励,耦合,激励方法,电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力线的形状和方向与所需波型的一样；,3.2.7 激励与耦合,磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形状和方向与所需波型的一样；,电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的方向和分布与所需波型相一致。,激励装置,探针激励,在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需波型的电场方向相一致,3.2.7 激励与耦合,激励TE10模的探针激励装置,1、探针在波导宽边的最中心,2、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面/4处,激励TE20模的探针激励装置,3.2.7 激励与耦合,线环激励,在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型的磁场方向相一致,3.2.7 激励与耦合,小孔激励,图a的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励,