微波技术课件PPT19394716.ppt 23页

'§3-3矩形波导管中电磁波的传输特性三、矩形波导管中电磁波的传输特性（一）截止波长和截止频率截止波数Kc截止波长c截止频率fc 简并现象：不同波型具有相同截止波长（或截止频率）的现象一般情况下：TE0n和TEm0是非简并模（TM最低次模为TM11）其余的TEmn和TMmn都存在简并模（双重简并）例如：若a=b,则TEmn，TEnm，TMmn。TMnm是简并模若a=2b,则TEmn与TMmn是简并模，还存在其他的一些模是与之简并的简并波型的kc、fc、vg、vp以及g都是相同的特殊情况下： 对应C最大的波型称为主波型（主模、基模、最低次型模），其他称为高次波型（高次模）TEm0模:TEm0模:TEmn模和TMmn模(m0,n0):随m,n,C,TE11和TM11模对应的C最小随m,C随n,C总的来说，随着m,n增加，C减小TMmn波型中，TM11对应的C最大TEmn波型中，若a>b,则TE10对应的C＝2a最大若ab)中，TE10是主波型 矩形波导中各种模式的截止波长分布 （二）波导波长和相移常数波导波长相移常数（三）相速和群速相速群速（四）波型阻抗 （五）传输功率行波状态下，波导传输的功率为对于TE10模，x=a/2处，电场振幅最大 功率容量Pbr：波导能够传输（承受）的最大允许功率（极限功率）Pbr00.50.91若要求单模传输，且Pbr较大，应选择工作区为0.5</c<0.9，即a<<1.8a （六）损耗和衰减若填充空气，介质损耗很小可忽略不计，而导体损耗是不可忽略的下面首先讨论TE10模的导体衰减常数c TE10模的磁场只有Hx和Hz分量，对于横截面而言，Hx为横向磁场 （七）矩形波导横截面尺寸的选择选择波导尺寸：指在给定的工作波长（或频率）下，选择最合适的波导横截面尺寸a和b选择的依据：宽频带内单模传输功率容量大损耗小通常选择的波导尺寸为：标准波导宽波导/高波导扁波导使用的波导已标准化：可根据需要选用 四、矩形波导管的管壁电流导行波在金属波导内壁表面上将感应出高频电流，称为管壁电流。管壁电流如何分布？假定内表面是理想导体，Js表示内表面上的表面电流密度矢量H表示内表面处切线方向的磁场强度an表示内表面法线方向的单位矢量方向：根据右手螺旋关系确定大小：Js与H大小相等只要求出内表面上切线方向的磁场强度，则管壁电流的分布就可以确定 以TE10波型为例左侧壁（x=0）：an＝ax，Hz为切向分量，Hx为法向分量右侧壁（x=a）：an＝－ax，Hz为切向分量，Hx为法向分量 下壁（y=0）：an＝ay，Hx和Hz均为切向分量上壁（y=b）：an＝－ay，Hx和Hz均为切向分量 已知宽壁处大小：沿x为余弦变化，中间最小方向：＋x或－x方向，与位置x，z及t有关当t=T/4,z=-g/4时(a)(b)当t=T/4,z=0时，沿＋z方向 矩形波导管管壁电流立体分布图左右两侧壁的电流只有Jy分量大小相等，方向相同。上下宽壁内的电流由Jz和Jx合成，同一位置上下宽壁内的管壁电流大小相等，方向相反。 了解管壁电流的分布情况，对解决某些实际问题有帮助无辐射性槽强辐射性槽 五、等效阻抗等效电压：通常取两个宽壁内表面中心线之间电压强度的线积分为等效电压等效阻抗：行波状态下波导中的等效电压与等效电流之比只与a有关，两个窄边相等的波导波阻抗相等，但连接在一起时，存在波的反射问题需引入等效阻抗的概念等效电流：通常取宽壁内表面上总的纵向电流作为等效电流 等效电压：等效电流：沿y方向均匀不变（n=1） 由前分析可知TE10波型在波导中的传输功率为根据已求得的等效电压、电流和传输功率可分三种情况在定义等效阻抗（1）（2）（3）可简化统一为： 六、激励与耦合激励——在波导中建立所需要的某种频率和某种波型的电磁场的方法;耦合——在波导中取出某种频率和某种所需波型电磁场能量的方法；激励装置的基本要求：——能激励起所需的某种频率和某种波型;并有效抑制不需要的波型——能较好地与波导相匹配;——有时还要求馈入波导的能量可以调节。激励波导的方法（1）电激励—在波导内建立起电力线，使电力线与所需波型的电力线一致（2）磁激励—在波导内建立起磁力线，使磁力线与所需波型的磁力线一致（3）电流激励 （1）探针（棒）激励——电激励方式探针轴线应与波导中所需模式的电力线相平行，并置于该波型电场最强处（TE10：宽边中央）激励TE10模的同时，还将激励某些高次模 （2）环激励磁激励方式为得到强耦合，插入波导中所需模式的磁场最强处，小环法线应平行于磁力线耦合较弱（3）孔（缝）激励在波导之间的激励，往往采用小孔耦合，即在两个波导的公共壁上开孔或缝，使一部分能量辐射到另一波导又称电流激励，可以是磁场激励、也可以是电场激励或两者兼之 作业：2-9，2-12，2-13，2-14'