长春理工微波及天线 期末考点 第2章.pptVIP

2.1导波原理 2.2 矩形波导 2.3 圆形波导 本章总结 2. 圆波导的传输特性 1) 截止波长 由前面分析, 圆波导TEmn模、TMmn模的截止波数分别为 (2-3-16) 式中, υmn和 μmn分别为m阶贝塞尔函数及其一阶导数的第n个根。于是, 各模式的截止波长分别为 在所有的模式中, TE11模截止波长最长, 其次为TM01模, 三种典型模式的截止波长分别为 (2-3-17) 2) 简并模 在圆波导中有两种简并模, 它们是E-H简并和极化简并。  (1) E - H简并 由于贝塞尔函数具有J0′(x)=-J1(x)的性质, 所以一阶贝塞尔函数的根和零阶贝塞尔函数导数的根相等, 即: μ0n=υ1n, 故有 　　 , 从而形成了TE0n模和TM1n模的简并。这种简并称为E - H简并。  图 2- 7 圆波导中各模式截止波长的分布图 (2) 极化简并 由于圆波导具有轴对称性, 对m≠0的任意非圆对称模式, 横向电磁场可以有任意的极化方向而截止波数相同, 任意极化方向的电磁波可以看成是偶对称极化波和奇对称极化波的线性组合。 不能单模传输 ——波在传播过程中由于圆波导细微的不均匀而引起极化旋转 极化分离器、极化衰减器 Cos() Sin () 3) 传输功率 (2- 3- 18) (2- 3- 19) 其中， 由 可得： 3. 几种常用模式 1) 主模TE11模 TE11模的截止波长最长, 是圆波导中的最低次模, 主模。 它的场结构分布图与矩形波导的TE10模的场分布很相似, 因此工程上容易通过矩形波导的横截面逐渐过渡变为圆波导, 如图 2-9 所示, 从而构成方圆波导变换器。 但由于圆波导中极化简并模的存在, 所以很难实现单模传输, 因此圆波导不太适合于远距离传输场合。  图 2-8 圆波导TE11场结构分布图 矩形波导中的TE10波场分布图 2-9 方圆波导变换器 2) 圆对称TM01模 TM01模是圆波导的第一个高次模, 其场分布如图2-10所示。由于它具有圆对称性故不存在极化简并模, 因此常作为雷达天线与馈线的旋转关节中的工作模式, 另外因其磁场只有Hφ分量, 故波导内壁电流只有纵向分量, 因此它可以有效地和轴向流动的电子流交换能量, 由此将其应用于微波电子管中的谐振腔及直线电子加速器中的工作模式。  图 2-10 圆波导TM01场结构分布图 　3) 低损耗的TE01模 TE01模是圆波导的高次模式, 与TM11模是简并模。它也是圆对称模，无极化简并。 其电场分布如图 2-11 所示。由图可见, 磁场只有径向和轴向分量, 故波导管壁电流无纵向分量, 只有周向电流。因此, 当传输功率一定时, 随着频率升高, 管壁的热损耗将单调下降,故其损耗相对其它模式来说是低的。 TE01模的圆波导用于毫米波的远距离传输或制作高Q值的谐振腔。 图 2 – 11 圆波导TE01场结构分布图 图 2 –12 不同模式的导体衰减随频率变化曲线 2.4 平面传输线 1、带状线 (Strip Line) 2、微带线 (Microstrip Line) 3、槽线 (Slot Line) 4、共面波导 (Coplanar Strip Line) 特点：（1）平面、容积小——低损耗 （2）平面化，易于集成与加工 带状线 w t b 接地板 中心导带 带状线的演化过程及结构 传输模式：与同轴线相似, 主模为TEM, 也存在高次TE和TM模 带状线特性参数： 1） 特性阻抗Z0： 2）相速Vp： 特性阻抗与尺寸关系： 图 2 – 4 矩形波导TE10模的场分布图 (2)TE10模的传输特性 ① 截止波长与相移常数: m=1, n=0, TE10模截止波数为  截止波长为   而相移常数为 (2- 2- 23) (2- 2- 22) (2- 2- 21) ② 波导波长与波阻抗： 对TE10模, 其波导波长为 而TE10模的波阻抗为 (2- 2- 24) (2- 2- 25) 式中, υ为自由空间光速。  (2- 2- 27) (2- 2- 26) 　　③ 相速与群速： TE10模的相速υp和群速υg分别为：