TEM电磁场无传播方向的分量.PPT

CQU CHONGQING UNIVERSITY 导行电磁波 —— 被限制在某一特定区域内传播的电磁波 常用的导波系统的分类 ： TEM传输线、金属波导管、表面波导。 导波系统 —— 引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置 第七章 导行电磁波 1. TEM波传输线 平行双导线是最简单的TEM波传输线，随着工作频率的升高，其辐射损耗急剧增加，故双导线仅用于低频段。 同轴线没有电磁辐射，工作频带很宽。 2. 波导管 波导是用金属管制作的导波系统，电磁波在管内传播，损耗很小，主要用于 3GHz ～30GHz 的频率范围。 矩形波导 圆波导 导行电磁波的分类 ★ TEM波（横电磁波）：在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量，电场和磁场完全在垂直传播方向的横平面内。 ★ TM波（横磁波）：在电磁波传播方向上没有磁场分量，磁场完全在垂直传播方向的横平面内。（也被称为电波或E波） ★ TE波（横电波）：在电磁波传播方向上没有电场分量，电场完全在垂直传播方向的横平面内。（也被称为磁波或H波） 记住各种导行电磁波的定义！ 研究前提 7.1 导行电磁波的基本性质 直行是指波导不弯折、无分支、连续； 均匀是指在任何垂直于电磁波传播方向的横平面上，波导具有相同的截面形状和截面面积 ??? 波导中的介质各向同性、线性、均匀，在整个长度上保持一致； ??? 研究区域远离信号源和接收设备，且不存在自由电荷和电流； ?? 导体理想、介质理想； ??? 研究正弦场。 ??? 以理想波导，即直行均匀导波装置为研究对象； 7.1.1 导行电磁波场量表达式 设波沿x方向传播，对于正弦电磁波相量形式 所有的场量都只与坐标 y，z 相关，而与坐标 x 相关的公共因子 已消去 代入Mxawell方程 用电场和磁场的x 分量表示场量的其它分量，即有 由此可见，整个问题归结为如何求解电场和磁场的x 分量。这种方法称为纵向分量法。 正弦电磁波的波动方程为 赫姆霍兹方程 将 ?2 在直角坐标系中进行分解： 与传播方向一致 与传播方向垂直 赫姆霍兹方程可写为 同理 7.1.2 横电磁波（TEM） 电磁场无传播方向的分量，即 由 应有 相速 波阻抗 场量之间的关系 与无源区域的静态场所满足的关系一致。由此可见，TEM波电场所满足的微分方程也是同一装置在静态场时所满足的微分方程，如果它们的边界条件相同，那么场结构就会完全一样。 2维拉氏方程 结论：任何能确立静态场的均匀导波装置，也能维持TEM波，例如同轴线系列。空心金属导波管内不可能存在TEM波， 7.1.3 横磁波（TM） 传播方向上不存在磁场分量，即 Hx＝0 ，由电场纵向分量表示的各场量为： 波阻抗 场量之间的关系 7.1.5 横电波（TE） 传播方向上不存在电场分量，即 Ex＝0 ，由磁场纵向分量表示的各场量为： 波阻抗 场量之间的关系 例1 空心波导中不能传播TEM波。 证明：? 由于波导要传输电磁能量。也就是说，必须要有x 方向的坡印亭矢量，所以，它必须具有横向的电场和磁场。 ? 磁场 必须是封闭成圈的，因而只有如图a和b两种可能。 在波导空腔中，必有与磁场线交链的轴向位移电流 JD 存在，即E 存在，这也与TEM波的定义矛盾。 波传播方向 (a) 不可能，因为磁场有波传播方向分量，与TEM波的定义矛盾。 空心波导中不存在TEM波。 根据全电流定律： (b) CQU CHONGQING UNIVERSITY