第2波导章传输线(337KB).pptVIP

第2章 波导 用来引导电磁波传播或传输电磁能量的装置 统称为传输系统，简称传输线，在微波传输 线中，如双导线、同轴线、空心的金属波导 (矩形、圆形、椭圆形和其它形状的波导管等)， 以及带状线、微带线和介质波导(包括光波导)等 它们的作用都是导引电磁波沿着一定的方向传播， 被导引的电磁波称为导行波，而把这些传输线又 称为导波系统，简称波导。导波系统也可以称为传 输线。可见，从广义的角度讲，导波系统与传输 线两者的含义是一样的。 规则波导中的电磁波 纵向传输函数的表达式 各分量的表达式 四个分量均可用纵向分量表示 相移常数 传输特性 相速 导行波的波长称为波导波长 波阻抗 某个波型的横向电场和横向磁场之比称为波阻抗，表达式为 传输功率 = 约束或导引电磁波的能量沿一定方 向传输的结构称为导波结构， 在这种导波结构中传输的电磁波称为导行波 1.横电磁波 波的特征 和 只有横向电场和磁场的波，称为横电磁波，简称TEM波。 2.2.3导行波分类 横电波（TE波） 横电波特征 , 满足的边界条件 (b) 横磁波（TM波） 横磁波特征 ， 即磁场是横向的，而电场有纵向分量，简称TM波。 它满足的边界条件 2.3 矩形波导 图2-1 矩形波导 矩形波导是微波工程中应用最为广泛的传输系统之一，矩形波导通 常由金属材料制成，截面为矩形，内部为空气，如图2-1所示，a为 矩形波导的宽边，b为窄边。 2.3.1矩形波导中的场 由前面分析，矩形波导中只能传输TE 波和TM，以下分别讨论。 （1）TE 波 横电波 , 四个场分量 （2）TM 波 TM波有 TM波的场分量时空状态的表达式 2.3.2 矩形波导中的传输特性 截止波数与截止波长 由前面分析可知，矩形波导 模和 模的截止波数均为 (2) 主模与单模传播 一般情况下矩形波导中的a b，所以TE10波的截止频率要比TE01波的 截止频率低具有最低截止频率的模式称为主模，所以TE10波是矩形波导 的主模, 由前面分析可知，工作波长小于截止波长的模式都可以在矩形波 导中传播, 因此，对于给定的工作波长，波导中可以存在多种传播模式, 如图2-2所示为矩形波导中各种模式的截止波长分布图（设2ba），分 为三个区域： 图 2-2 矩形波导中模式截止波长分布(2ba) 要求矩形波导工作在单模工作区，即要求以TE10波传播，因此， 为了保证矩形波导中仅仅传播TE10波，须满足 (3) 主模TE10 波的场分布 (b) (a) 图2-3 矩形波导TE10 波的场分布图 2.4 圆形波导 图2-4 圆形波导示意图 圆形波导是截面为圆形的空心金属波导，简称圆波导, 如图2 - 4 所示。圆波导具有加工方便、双极化、低损耗等优点，它也是应用较 广泛的波导。圆波导的分析方法与矩形波导的基本相似，只是横截面 形状不同，在这里采用柱坐标系 2.4.1圆波导中的场 TM波的场分量 全部场分量 2.5 同轴线中的导行波 同轴线结构示意图如图2-6所示，它是一种由内、外导体构 成的双导体传输线，也称为同轴波导，a和b分别为内外导体的 半径，同轴线中的主波型是TEM波，是无色散波。为了确保同 轴线中的TEM波的单模传输，必须抑制高次模的产生。本节仅 介绍其中的TEM波的场分量表达式及其特性。 图2-6 同轴线结构及其柱坐标系 2.6 微带传输线 微带传输线有两种形式，分别为带状传输线和微带线。带状传输 线的结构如图2-8a所示，上下面是接地板，中间有宽度为w，厚为 t的导带，内部充有厚度为h的电介质，它可看作是由同轴线演化而 来的，演化过程如图2-9所示。 图 2-8 带状线结构及场分布 图 2-9 带状线的演化过程 2.6.1 带状线 带状线属双导体类传输线，传输的主模是TEM模，也存在高次TE和TM模。 对于带状线的分析可以用传输线理论来分析。表征带状线的主要特性参量 有传播常数、相速、相波长和特性阻抗。 图 2-11 微带线及其场结构 2.6.2 微带线 微带线可看作是由平行双导体系统演变而来的， 图2-12 微带线演化过程及结构 2.6.3 耦合微带线 在微波电路中，常常需要把某一传输线上能量的一部分耦合 到另外的传输线上，只要将两根微带线靠近就可以实现。耦 合微带线是由两根平行放置、彼此靠得很近的导带构成， 如图2-13所示，耦合微带线和微带线 图2-13 耦合微带线结构