波导与谐振腔[精选].pptVIP

第八章　波导与谐振腔 引言 前一章的内容是均匀平面电磁波在无界媒质中的传播特性与规律。但有时会要求电磁波在有界媒质空间中传播的情况，即电磁波在导波结构的导引下，朝预定方向传播时的规律。 这些有界的媒质空间结构有微波炉腔，平行双线，同轴线，带状线，微带线等都是所谓的传输线等。其中微波炉腔就是所谓的波导。 典型的传输线结构示意图如下： 引言　 引言 传输线分析方法有两种 一是从路的角度来分析，比较适用双导体传输线系统，例如，双导线与同轴线等。 二是从场的角度来分析，比较适用规则波导。就像电磁场理论分析问题一样，求解电场与磁场的解析解表达式。 引言 一、传输线的分类： 1.多导体传输系统：系统由多个导体组成 2.单导体传输系统：系统由单个导体组成 二、柱状传输系统及其特点 1.即沿传输系统的轴向横截面形状与尺寸不变且无弯曲 2.特点 引言 有： 1.横电磁波：其电磁场都没有纵向（传播方向）分量 2.横磁波：磁场没有纵向分量，电场有纵向分量 3.横电波：电场没有纵向分量，磁场有纵向分量 4.混合波：电磁场的纵向分量都不为零 8.1规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输 分析前的假设： 　管内介质均匀，线性同性 　管内无自由电荷和传导电流 　管内的场是时谐的，于是 　电场与磁场的亥姆霍茨方程为： 　 场由横向与纵向分量合成 规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输 规则金属波导管内电磁波的传输方式－是否与传输线导波系统的形式一致？ 利用分离变量法，令 　可以得到 　z分量方向的的解为 若波导无限长没有反射波，则 规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输 纵向电场为 同理可得纵向磁场为 　　　　　　　两个分量满足 对于无源区电场与磁场有 于是得到 规则金属管内电磁波的传输－沿z轴传输特点 场的纵向分量求出后，可求出场的横向分量 满足上述方程和边界条件的解有很多，每一个解对应一个波型也称为模式，不同的波型有不同的传输特性 　是本征值，与导波系统横截面形状尺寸及传输模式有关。 相移常数　＝0时，导波系统不传输微波，此时称为截止，　　，　称为截止波数 2　传播特性 传输特性参数有： 相移常数和截止波数 相速与波导波长 波阻抗：横向场的比值 传输功率 3 导行波的分类 导波结构：约束或导引电磁波能量沿一定方向传输的结构。 导行波：在导波结构中传输的波。不同的导波结构传输不同的导行波。对于不同的截止波数　，导行波有以下三类： 1）　　的波只有横向电场与磁场，为横电磁波，简称为TEM波，没有纵向电场与磁场。 2）　　时，　和　　不能同时为零，这就导致有电场纯横向波(TE－　　　　)和磁场纯横向波(TM－　　　　) 3 导行波的分类 （1）TE波：纵向电场为0，只有纵向磁场，称此波为H波。它的波阻抗为 （2）TM波：纵向磁场为0，只有纵向电场，称此波为E波。它的波阻抗为 　这两种波的相速　　　　　　　均比无界媒质中的速度快，所以称为快波 3 导行波的分类 (1) 横磁波(TM波)，又称电波(E波)： (2) 横电波(TE波)，又称磁波(H波)： (3) 横电磁波(TEM波)： 3 导行波的分类 3）　　慢波：　　　　　。在光滑导体壁构成的导波系统中不可能存在　　的情况，只有当某种阻抗壁存在时才有这种情况的可能。 这三种情况对应了三不同的导波形式：即TEM波、封闭金属波导和表面波导 本章重点是封闭金属波导的传输特性。 8.2　矩形波导 矩形波导是横截面为矩形的空心金属管，如图所示。图中a和b分别为矩形波导的宽壁和窄壁尺寸。由于矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波系统中常采用矩形波导作为传输线和构成微波元器件 8.2　矩形波导 1矩形波导中的场：TE和TM (1)TE波 　　　　　　　　　　 且 此方程的通解为 　A 和B为待定常数，由边界条件确定： 　 8.2　矩形波导 (1)TE波的模式 　m,n分别代表TE波沿x方向与y方向分布的半波个数，一组m,n对应一种TE波即TEmn模式。但m,n的组合不能同时为0。存在TEm0和TE0n及TEmn模，其中TE10是最低模，又称主模，其它为高次模。 8.2　矩形波导 （2）TM波 与TE波相同的方法，可求得TM波所有的场解为： 式中 TM11模是最低模，其它都为高效模 　总之，矩形波导内存在许