07传输线-传输模式.ppt

截止波长与截止频率 传播常数 波导波长与工作波长 相速 群速 TM波 波阻抗 TE波 本章主要内容及其要点 微波传输线中波的分类； TEM、TE和TM波的一般解及其一般传输特性； 微波传输线的分析方法； 常用微波传输线的场分布、传播特性、主要传播模式，特点和用途。 微波传输线的分类及其特点 TEM传输线 没有沿传输方向的场分量； 主模没有截止频率； 相速和群速不是频率的函数（即不存在色散）； 电压、电流和特征阻抗定义唯一。 常用TEM传输线：同轴线、微带线、带状线、共面波导 色散传输线 存在着沿波传输方向的场分量； 存在着最低工作频率，即当低于主模的截止频率时，电磁波将不能在传输线中传播； 相速和群速是频率的函数，即存在色散； 电压、电流和特征阻抗定义不唯一。 常用色散传输线：矩形波导、圆波导、槽线、介质波导 均匀波导的理想化假设 波导内壁为理想导体，电导率为无限大 波导内填充介质为各向同性，均匀无耗的线性媒质 波导内无自由电荷和传导电流，即波导内无源 波导为无限长，横截面形状大小在传播方向不变 波导中波的传播方向为Z方向，与波导横截面相垂直 波导中传输的波为正弦电磁波 假设时谐场沿z轴传播 假定传输线或波导区域内是无源的，则Maxwell方程可写为： 分量形式可简化为： TEM波的特点 横向场满足的场方程 必然有 TEM波横向场与静场一样都满足二维拉普拉斯方程,可用势函数来表示 电流 TEM波存在的条件 ——相应的静电势不为零 多导体传输线能够存在TEM波 闭合的导体不存在TEM波（如矩形波导、圆波导） 平面波是TEM波的一种，传输特性可以用TEM波的方法分析 波阻抗 其中Et和Ht满足右手螺旋法则。如在直角坐标系下，有 1、在合适的坐标系下求解拉普拉斯方程 2、由导体的边界条件，求出解的常量 3、由电场和电位的关系，计算出电场 4、由电场和磁场的关系，计算出磁场 5、对电场（由导体a到导体b）积分，计算出电压V，对磁场积分（利用安培环路定律）求出电流 6、根据定义求出传播常数、特征阻抗等 直角坐标系下横向场与纵向场的关系 TE波的特征 Ez=0，Hz≠0，即磁场有纵向分量，电场无纵向分量，只有横向分量。 纵向磁场（直角坐标系） 波阻抗 直角坐标系下横向场与纵向场的关系 TM波的特征 Hz=0，Ez≠0，即电场有纵向分量，磁场无纵向分量，只有横向分量。 纵向电场（直角坐标系） 波阻抗 传播常数 γ=α为实数，波沿传输方向迅速衰减，波在波导中不能传播 （1） γ=0，临界状态 （2） γ=jβ为纯虚数，波在波导中沿z方向只有相位的变化，振幅无衰减，在波导中无衰减的传播。 （3） 工作波长 波导波长 截止波长 波导波长与截止波长 TE和TM波的波导波长和传播常数不仅与电磁波的工作频率有关，同时也与波导本身的结构及其填充介质的特性和传输的模式有关 TE和TM波波导波长和传播常数的特点 TEM波 传输线参数(均匀介质) TE波 横向场 纵向场： TM波 横向场 纵向场：