微波技术波导理论-11讲解.ppt

作 业：1-24，1-25，1-26;第三章 波导理论;2. 同轴线：;3. 波导; 波导可有各种截面形状，常用的是矩形波导和圆 形波导。波导可传输从厘米波段到毫米波段的电磁波， 具有损耗小、功率容量大等优点；但使用频带较窄， 这点不如同轴线。 4. 空间技术的发展需要微波集成电路，就出现了 带状线和微带线；其体积小、重量轻、频带宽；但损 耗大、功率容量小，主要用于小功率系统中。 5. 对毫米波、亚毫米波的开发研究及低损耗介质 的出现又研制出介质波导。 麦克斯韦方程和边界条件决定了导行波的电磁场 分布规律和传播特性。; 本章将根据电磁场理论对传输系统进行分析，给 出任意截面传输系统中导行波的一般理论，并对导行 波进行分类；再分别讨论矩形波导、园波导、同轴线、 微带线和带状线等传输线的传输特性。以矩形波导为 主。 (请自己复习p43-p46 的“麦克斯韦方程与边界条件”);第二节 导行波及其传输特性;真空中的麦克斯韦方程; 由此可推出真空中的波动方程 ( 齐次亥姆霍兹方 程 )：;(3-13)’、(3-15a)代入(3-12a); 1) 导行波的通解 式(1)左边与变量z无关, 右边仅与z有关, 而u1、u2 均为独立变量，要保证两边恒等，则右边应为常数， 令;以上二式乘以时间因子，得导行波的通解为：;2). 传输系统横截面上分布函数的波动方程;3. 导波系统中波的传播状态和截止状态; 在 kc 为正实数的条件下，有如下两种情况： 1) 当 l lc ( 即 f fc ) 时， ? ?j ? 为纯虚数，;;按(3-18)’，此时波动方程的解为;请注意： 为书写方便, 今后场强复变量符号上的 “ ? ” 将被略去。;传输条件: l lc (f fc ) 。;截止条件： l lc (f fc ) 。 ? ? a ，;导行波的场方程求解; 分布函数的横向分量与纵向分量由麦克斯韦的旋度 公式联系着，据此可由纵向分量求出横向分量。;在传播状态下;式(3-29a)’两边展开并分别取横向分量;由 (左边)y = (右边)y 得;可通过化简把分布函数的横向分量用其纵向分量表示: (a)???0?(d) ? ? , 消去 Hy 项得:; 式(3-33)的上、下符号表示沿 ?z 方向传播的两个波。 这样，对于具体的传输系统，根据给定的边界条件， 求出方程 (3-28);二、导行波的分类及其传输特性;其右方都包含两项，分别与 Hz ( x , y )、Ez ( x , y )有关。 因此，可将导行波按纵向分量进行分类。 1). 导行波的分类 (1) 横电波(TE波)，又称磁波(H波) 其特征为： Ez = 0 而 Hz ? 0 ，代入式(3-33)得：;为TE波在真空中的波阻抗.; (2) 横磁波(TM波)，又称电波(E波) 其特征为： Hz = 0 而 Ez ? 0 ，代入式(3-33)得：;定义;双线传输线传输的就是TEM波。其相位常数：;可见，TEM 波的分布函数与静态场都满足拉普拉斯方 程。这样， TEM 波在传输系统横截面的场分布应与 相同条件下的二维静场的分布完全一致。但应注意, TEM波是交变场, 具有行波因子e j(wt?bz) , 呈现波动性; 而二维静态场却与 z, t 无关; 二者存在本质的区别。空 心波导内无法建立起静电场和静磁场，不存在TEM 波 所要求的满足拉普拉斯方程(3-43)的解，故而不能传输 TEM 波。但能传输TE 波和TM 波。;;2. 导行波的传输特性及参量;若为均匀理想介质( m , e ) , 则：;2) 可截止波型( 或色散波型 ) ?TE、TM波; (2) 相波长( 波导波长 ) lg 导波系统内，电磁波的等相位面在一个周期 T ?? 行进的距离称为相波长(又称波导波长)，用lg表示。;(3) 群速 vg;信号的传递靠调幅波的振幅的运动来实现，其等相位 面运动的速度即为群速。令;对连续谱;可以证明，导行波的能量传输速度与群速相等。 当传输线内无介质时，有;真空中; 色散波与无色散波的特性比较见 p57-p58 表3-1，注意表中各式假定传输系统中是真空的。 若其中填以介质 ( m , e ) 则;导行波的场方程求解( 纵向场法 );用纵向分量 表示横向分量 ( 3 - 33 );传输