微波技术第章规则波导.ppt

第二章 规则波导 波导: 指横截面为任意形状的空心金属管。 规则波导: 指横截面的形状, 尺寸及内部介质状况沿轴向均不变化的无限长直波导。 §2-3 圆形波导 七、衰减 1.介质引起的热损耗 2.导体内表面引起的热损耗. 考虑波导是有损耗的,则有: 1、介质衰减常数 2、导体衰减常数 设两窄壁上所损耗的功率为PLb 3、衰减的单位 3、分贝 八、激励 1.电场激励:在波导的某一横截面处,建立起电力线,是这些电力线的形状和方向与所需波型电力线的形状与方向一致. 2.磁场激励.在波导内建立起磁力线,使这些磁力线的形状和方向与所需波型磁力线的形状与方向一致. 3、电流激励:在波导壁某一横截面上,建立的壁电流方向和分布与所需波型的方向一致. 完成上述作用的激励装置有以下3种: 1、探针激励装置 接信号源 同轴波导过度器 2、环激励装置 3、孔(缝)激励装置. 4、直接过渡 一. 波动方程在圆柱坐标系中的解 z r x a φ Ez和Hz满足下面标量形式的波动方程: 同理对于H波有: 1、TM(E)的场方程、截止波长和波型 J0(x) J1(x) x 零阶和一阶贝塞尔函数 0 2.405 3.832 13.015 11.62 10.173 8.654 3 9.760 8.417 7.016 5.520 2 6.379 5.136 3.832 2.405 1 3 2 1 0 n i N阶贝塞尔函数的前三个根值 ①有限条件 波导中任何地方的场量必须为有限值，但在r=0处，Nn(k0r)=Nn(0)=-∞,故C4=0 ②单值条件 波导中同一点的场必须是单值的，圆柱坐标φ以2π为周期，即：（r, φ）同（r, φ+ 2π ）代表横截面上同一点的场，即： Ez （r, φ)=Ez（r, φ+ 2π ） Cos nφ=cosn(φ+ 2π）= cos(nφ+ 2πn） n=0,1,2,3…..成立。 ③边界条件 ④n,i的物理意义 n表示波导园周上场重复的次数。 上述3处场是一样的。重复三次 i表示径向方向场按贝塞尔函数出现的零值数目（不含r=0的点，包含r=a的点）。 二、TE和TM波的波型划分、截止波长及简并的概念 1、TEmn波（Hmn波）和TMmn波（Emn波） m、n不同对应不同的波型：EXP:TE10,TE11，TE12 ，TM11，TM12….,但对TEmn波m、n不能同时为零，即不存在TE00，对TMmn波m和n任何一个不能为零，所以不存在TM0nTMm0波型，但存在TEm0和TE0n 2、截止波长 同一尺寸的矩形波导，不同的波型具有不同的截止波长，即截止波长与m、n有关； m、n越小,λc越大，对应的波型容易传输； TE10波（H10波）的截止波长最大，最容易传输，称为基模。 3、简并的概念 4.8 H30 4.95 6.16 6.8 7.2 14.4 λc (cm) H21 E21 H11 E11 H01 H20 H10 模式 有相同的截止波长，但有不同的场表达式，这种现象叫简并。 如： TM11与TE11简并 简并波的相速、群速、波导波长均相等。 例：a=7.2cm, b=3.4cm时： 5 6.16 6.8 7.2 10 14.4 15 H10 H20 H01 H11 E11 λ=15cm 时， 全部模式截止； λ=10cm时， 只能传输H10模式(单模传输); λ=5cm时， 能传输5个模式。 H21 E21 4、m、n的意义 m表示场量沿x轴出现的半周期数 n表示场量沿y轴出现的半周期数 三、矩形波导中基波(H10)的特性及场结构 1、基模及单模传输条件 基模H10的截止波长为: λc=2a 当2ba时：次低模为H01模，其截止波长为: λc=2b，因此 单模传输条件为：2bλ2a 当2ba时：次低模为H20模，其截止波长为: λc=a ，因此 单模传输条件为：aλ2a 2、 H10波的场分量表达式及场结构 Hmn波的场分量中取 m=1,n=0，可得其场表达式为： 0 a b 0 a 电力线 磁力线 XOY平面上电力线和磁力线 y x y x z Ey X0Z和Y0Z面上的电力线分布 z x y o o x Hx Hz Hz Hx x y z z 四、高次模式的场结构 1、Hm0类的场 m=2,n=0可得H20的场表达式,同样有: Ey