最新微波课件第2.2节详解课件PPT.ppt 36页

'微波课件第2.2节详解 1.矩形波导中的场将波导中的场分解为横向场(transversefield)和纵向场(longitudinalfield)的和，即其中，az为z向单位矢量，t表示横向坐标。设纵向电场、磁场为而E0z和H0z满足下列方程其中， 将它们满足的麦克斯韦方程在直角坐标系中展开，得波导中各横向电、磁场的表达式为： 于是，TE波各场分量的表达式为 讨论Hmn为模式振幅常数，说明既满足方程又满足边界条件的解有很多，我们将一个解称之为一种传播模式。kc为矩形波导TE波的截止波数，显然它与波导尺寸、传输波型有关。m,n分别代表波沿x方向和y方向分布的半波个数，一组mn对应一种TE波，称作TEmn模。TE10模是最低次模，其余称为高次模。 (2)TM波（transversemagneticwave）TM波：Hz=0TM波的全部场分量： 结论TM11模是矩形波导TM波的最低次模，其它均为高次模。矩形波导内存在许多模式的波，TE波是所有TEmn模式场的总和，而TM波是所有TMmn模式场的总和。kc为矩形波导TM波的截止波数，它与波导尺寸、传输波型有关，其表达式仍为 2.矩形波导的传输特性截止波数与截止波长主模主模的场分布波导波长、相速与群速波阻抗功率容量损耗 (1)截止波数与截止波长(cutoffwavelength)其中，为波导中的相移常数，k=2/为自由空间波数。当kc=k时，=0，此时波不能在波导中传输，也称为截止，因此kc称为截止波数，它仅取决于波导结构尺寸和传播模式。由于kc2=k22矩形波导TEmn和TMmn模的截止波数均为：对应截止波长为 讨论其中，k=2/为工作波长。当工作波长大于某个模的截止波长c时，2<0，即此模在波导中不能传输，称为截止模(cutoffmode)。当工作波长小于某个模的截止波长c时，2>0，此模可在波导中传输，故称为传导模(propagationmode)；波导中的相移常数为一个模能否在波导中传输取决于波导结构尺寸和工作波长。对相同的m和n，TEmn和TMmn模具有相同的截止波长，将截止波长相同的模式称为简并模(degeneratingmode)。 标准波导BJ-32各模式截止波长图单模传输区域截止区 [例2-1]设某矩形波导的尺寸为a=8cm,b=4cm，试求工作频率在3GHz时该波导能传输的模式。解：由f=3GHz得而各模式的截止波长为因此，在3GHz时只能传输TE10模。 (2)主模(principlemode)导行波中截止波长最长的导行模。矩形波导的主模为TE10模。(a)TE10模场分布 TE10模场分布沿纵向传播瞬时图 TE10模场分布横截面上瞬时图 场强与y无关，各分量沿y轴均匀分布，沿x方向的变化规律为：沿z方向的变化规律为： (b)TE10模的传输特性1)截止波长与相移常数相移常数为截止波长为2)波导波长与波阻抗 3)相速与群速4)传输功率其中，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。 当负载不匹配时，由于形成驻波电场振幅变大，功率容量会变小，因此不匹配时的功率容量和匹配时的功率容量Pbr的关系为：其中，为驻波比。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。 讨论当允许传输功率不能满足要求时，可采用下述措施：在不出现高次模(highmode)的条件下适当加大波导的窄边尺寸b；密闭波导并充压缩空气或惰性气体，来提高介质的击穿强度；保持波导内壁清洁和干燥；提高行波系数，减小反射。 单位长波导内传输功率的减少等于单位长功率损耗Pl，所以有5)衰减特性设导行波沿z方向传输时的衰减常数为，则沿线电场、磁场按e-z规律变化，传输功率按以下规律变化：于是，衰减常数可按下式计算 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：其中，为导体表面电阻。它取决于导体的磁导率、电导率和工作频率。因此，减小导体表面电阻或增大波导高度b能使衰减变小。但当b>a/2时单模工作频带变窄。 [例2-2]矩形波导截面尺寸为ab=72mm30mm，波导内充满空气，信号源频率为3GHz，试求：只能传输模波导中可以传播的模式；该模式的截止波长，相移常数，波导波长、相速、群速和波阻抗；若该波导终端接有归一化导纳为0.7-j0.1的负载，试求其驻波比和第一个波节点离负载的距离。解：信号波长为TE10、TE20的截止波长为 TE10的截止波长为：截止波数为：自由空间的波数为：相移常数为：此时，相速和群速分别为 波导波长和波阻抗分别为由负载归一化导纳求得终端反射系数，进而求得驻波比。第一个波节点离负载的距离为 3.矩形波导尺寸选择原则波导带宽问题：保证在给定频率范围内的电磁波在波导中都能以单一的模传播，其它高次模都应截止。波导功率容量问题：在传播所要求的功率时，波导不致于发生击穿。适当增加b可增加功率容量，故b应尽可能大一些。波导的衰减问题：通过波导后的信号功率不要损失太大。增大b也可使衰减变小，故b应尽可能大一些。综合上述因素，矩形波导的尺寸一般选为： 4.脊形波导（ridgewaveguide）特点：与相同尺寸a的矩形波导相比，其TE10模的截止频率低得多；高次模的截止频率又比矩形波导高；缺点是衰减比矩形波导大，功率容量比矩形波导小。脊形波导是矩形波导的变形，分为单脊形和双脊形波导。 公园里人山人海。超市里人山人海。有表演的地方人山人海。广场上人山人海。 天上的月亮若隐若现。起雾了，远处的小山若隐若现。雾很大，江面上的小船若隐若现。小花狗在房间里跑来跑去，若隐若现。 海浪漫天卷地的向我们冲来。大风把沙尘吹得漫天卷地。乌云漫天卷地的向我们移来。江水漫天卷地奔腾而来。 山上的大石头五光十色，千姿百态。花园的花儿千姿百态。池塘的荷叶千姿百态。舞蹈班孩子们的舞姿千姿百态。 放学了，同学们陆续走出课室。同学们陆续上了公交车。同学们陆续从公交车上下来。我们陆续跳上一只船。同学们陆续来到教室。 在动物园里，我的眼睛应接不暇，看见了就只有错过了那只。我的眼睛应接不暇，看清楚了姚明，又错过了乔丹。路边的风景真美啊，真让人应接不暇。来的客人太多了，主人应接不暇。草丛里有许多美丽的蝴蝶，让我的眼睛应接不暇。'