规则金属波导课件.pptVIP

可见，该波导在工作频率为3GHz时只能传输TE10模。  2) 主模TE10的场分布及其工作特性 在导行波中截止波长λc最长的导行模称为该导波系统的主模, 因而也能进行单模传输。 矩形波导的主模为TE10模, 因为该模式具有场结构简单、 稳定、频带宽和损耗小等特点, 所以实用时几乎毫无例外地工作在TE10模式。下面着重介绍TE10模式的场分布及其工作特性。  (1)TE10模的场分布 将m=1, n=0, kc=π/a, 代入式（2 -2 -10）, 并考虑时间因子ejωt, 可得TE10模各场分量表达式 Ex=Ez=Hy=0 由此可见, 场强与y无关, 即各分量沿y轴均匀分布, 而沿x方向的变化规律为 其分布曲线如图 2 - 4（a）所示, 而沿z方向的变化规律为 其分布曲线如图 2 -4（b）所示。 波导横截面和纵剖面上的场分布如图2 -4（c）和（d）所示。由图可见, Hx和Ey最大值在同截面上出现, 电磁波沿z方向按行波状态变化;Ey、Hx和Hz相位差为90°, 电磁波沿横向为驻波分布。 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: 将m=1, n=0 代入式（2 2 15）, 得TE10模截止波数为  kc= 于是截止波长为   而相移常数为 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  ZTE10= ③ 相速与群速： 由式（2-1- 15）及（2-1-16）可得TE10模的相速vp和群速vg分别为 式中, v为自由空间光速。  ④ 传输功率: 由式（2-1- 21）得矩形波导TE10模的传输功率为  其中,E10= 是Ey分量在波导宽边中心处的振幅值。由此可得波导传输TE10模时的功率容量为 其中,Ebr为击穿电场幅值。因空气的击穿场强为30kV/cm, 故空气矩形波导的功率容量为  可见: 波导尺寸越大, 频率越高, 则功率容量越大。 而当负载不匹配时, 由于形成驻波, 电场振幅变大, 因此功率容量会变小, 则不匹配时的功率容量P′br和匹配时的功率容量Pbr的关系为 其中, ρ为驻波系数。  ⑤ 衰减特性: 当电磁波沿传输方向传播时, 由于波导金属壁的热损耗和波导内填充的介质的损耗必然会引起能量或功率的递减。对于空气波导, 由于空气介质损耗很小, 可以忽略不计, 而导体损耗是不可忽略的。  设导行波沿z方向传输时的衰减常数为α, 则沿线电场、 磁场按e-αz规律变化, 即 E(z)=E0e-αz H(z)=H0e-αz 所以传输功率按以下规律变化:  P=P0e-2αz (2 2 33) 上式两边对z求导: 因沿线功率减少率等于传输系统单位长度上的损耗功率Pl, 即 比较式（2 2 34）和式（2 2 35）可得 由此可求得衰减常数α。  在计算损耗功率时, 因不同的导行模有不同的电流分布, 损耗也不同, 根据上述分析, 可推得矩形波导TE10模的衰减常数公式: 式中, RS= 为导体表面电阻, 它取决于导体的磁导率μ、 电导率σ和工作频率f。  由式（2. 2. 37）可以看出:  ① 衰减与波导的材料有关, 因此要选导电率高的非铁磁材料, 使RS尽量小。 ② 增大波导高度b能使衰减变小, 但当b＞a/2时单模工作频带变窄, 故衰减与频带应综合考虑。  ③ 衰减还与工作频率有关, 给定矩形波导尺寸时, 随着频率的提高先是减小, 出现极小点, 然后稳步上升。  我们用MATLAB编制了TE10模衰减常数随频率变化关系的计算程序, 计算结果如图 2. 5 所示。  3. 矩形波导尺寸选择原则 选择矩形波导尺寸应考虑以下几个方面因素:  1) 波导带宽问题 保证在给定频