《电磁场与电磁波》第三版电子课件008资料.pptVIP

可得矩形波导TE10模的传输功率为 (8-1-33) (8-1-34) 其中，E10= 是Ey分量在波导宽边中心处的振幅值。 由此可得波导传输TE10模时的功率容量为 (8-1-35) 其中， Ebr为击穿电场幅值。因空气的击穿场强为30 kV/cm， 故空气矩形波导的功率容量为 可见，波导尺寸越大，频率越高，则功率容量越大。而当负载不匹配时，由于形成驻波，电场振幅变大，功率容量会变小， 因此不匹配时的功率容量 和匹配时的功率容量Pbr的关系为 (8-1-36) (8-1-37) 其中，ρ为驻波系数。 当允许的传输功率不能满足要求时，可采用下述措施：① 在不出现高次模的条件下适当加大b； ② 密闭波导并充压缩空气或惰性气体，以提高介质的击穿强度；③ 保持波导内壁清洁和干燥；④ 提高行波系数，减小反射。 (5) 损耗。 当电磁波沿传输方向传播时，波导金属壁的热损耗和波导内填充介质的损耗必然会引起能量或功率的递减。对于空气波导，由于空气介质损耗很小，可以忽略不计，而导体损耗是不可忽略的。 设导行波沿z方向传输时的衰减常数为α，则沿z向电场、 磁场按e-αz规律变化，所以传输功率按以下规律变化:  P=P0e-2αz (8-1-38) 单位长波导内传输功率的减少等于单位长功率损耗PL，所以有 (8-1-39) 于是衰减常数α可按下式计算： (8-1-40) 在计算损耗功率时，因不同的导行模有不同的电流分布，损耗也不同，根据上述分析，可推得矩形波导TE10模的衰减常数公式： (8-1-41) 式中, RS= 为导体表面电阻。它取决于导体的磁导率 μ、电导率σ和工作频率 f 。  由此可以看出，增大波导高度b能使衰减变小，但当ba/2 时单模工作频带变窄，故衰减与频带应综合考虑。  3. 矩形波导尺寸的选择原则 选择矩形波导尺寸时，应考虑以下几个方面的因素：  (1) 波导的带宽问题：保证在给定频率范围内的电磁波在波导中都能以单一的TE10模传播，其他高次模都应截止。为此应满足： (8-1-42) 将TE10模、TE20模和TE01模的截止波长代入上式得 或写作 即取ba/2。  (2) 波导的功率容量问题：在传播所要求的功率时，波导不至于发生击穿。由式(8-1-36)可知，适当增加b可增加功率容量，故b应尽可能大一些。 (3) 波导的衰减问题：通过波导后的信号功率不要损失太大。由式(8-1-41)知，增大b也可使衰减变小，故b应尽可能大一些。  综合上述因素，矩形波导的尺寸一般选为 (8-1-43) 通常将b=a/2的波导称为标准波导。为了提高功率容量，通常选ba/2的波导, 这种波导称为高波导；为了减小体积，减轻重量，有时也选ba/2的波导，这种波导称为扁波导。  附录3给出了标准矩形波导参数和型号对照表。 4．脊形波导 脊形波导是矩形波导的变形，它可分为单脊形和双脊形波导两种， 其结构图如图8-3所示。可以用场分析法分析其传输特性，但比较复杂，在此从略。这里仅给出其主要特点。脊形波导有以下特点: (1) 与矩形波导相比，能在更宽的频率范围内工作于TE10波；  (2) 具有相同尺寸a的脊形波导，其截止频率要比普通的矩形波导低得多；  (3) 高次模的截止频率又比矩形波导高；  (4) 其衰减比矩形波导大，功率容量比矩形波导小。  正是由于脊形波导的宽频带特性， 使其在信号变换等方面有较多的应用。 图 8-3 单脊形波导与双脊形波导的结构图 8.2 圆波导 规则金属波导除了上面介绍的矩形波导外，常用的还有圆波导，下面来讨论这种波导的主要特性。  若将同轴线的内导体抽走，则在一定条件下，由外导体所包围的圆形空间也能传输电磁能量，这就是圆形波导，简称圆波导，如图8-4所示。圆波导具有加工方便、双极化、低损耗等优点，较为广泛地应用于远距离通信、双极化馈线以及微波圆形谐振器等。  与矩形波导一样，圆波导也只能传输TE和TM波型。设圆形波导外导体内径为a，并建立如图8-4所示圆柱坐标。 图 8-4 圆波导及其坐标系