微波技术与天线第2波导章传输线课件.ppt

1、规则波导中的电磁波规则波导中的电磁波tjezyxtzyx),(),(EE022EEk022HHk纵向传输函数的表达式纵向传输函数的表达式0)()(0),()(),(222222zzdzdyxkyxtZZEE0),(y)(x,yxk2cEE2t0),(y)(x,yxk2cHH2t各分量的表达式 xyzHjzEyE)(xEyzxHjxEzE)(yExyzEjzHyH)(xH yzxyEjxHzH)(H四个分量均可用纵向分量表示)()()()(2222xEyHkjHyExHkjHyExHkjExEyHkjEzzcyzzcxzzcyzzcx相移常数 传输特性 22ckk相速 2222/1vkkckkc

2、rrcp导行波的波长称为波导波长 2222cgkk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 ttHE传输功率S)(Re21)(Re21ddPzssaHESHEttttS2S2122dHdEstst=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 0zE0zH只有横向电场和磁场的波，称为横电磁波，简称TEM波。2.2.3导行波分类导行波分类(a)横电波（TE波）横电波特征 0zE0zH,满足的边界条件 0SznH(b)横磁波（TM波）横磁波特征 0zH0zE，即磁场是横向的，而电场有纵向分量，简称TM波

3、。它满足的边界条件0SzE2.3 矩形波导矩形波导图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0zE0zH横电波,四个场分量)sin()cos(.)cos()sin(0)cos()sin()sin()cos(2222ybnxamHbnkjHybnxamHamkjHEybnxamHamkjEybnxamHbnkjEmncymncxzmncymncx0zE0zH（2）

4、TM 波TM波有TM波的场分量时空状态的表达式 0)sin()cos(.)cos()sin()sin()sin()cos()sin()sin()cos()(2)(2)()(2)(2zztjmncyztjmncxztjmnzztjmncyztjmncxHeybnxamEamkjHeybnxamEbnkjHeybnxamEEeybnxamEbnkjEeybnxamEamkjE2.3.2 矩形波导中的传输特性矩形波导中的传输特性 mnTEmnTM(1)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222)()()(bnamkmnc(2)主模与单模传播 一般情况下矩形波导中的a b，

5、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aa2b2(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 圆形波导圆形波导图2-4 圆形波导示

6、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圆波导中的场圆波导中的场(1)TM波的场分量)(sincos)(),(ztjmnmmnremmraJaAjtzrE)(2cossin)()(),(ztjmnmmnemmraJarmAjtzrE)(2cossin)()(),(ztjmnmmnremmraJarmAjtzrH)(sincos)(),(ztjmnmmnemmraJaAjtzrH0zH全部场分量 2.5 同轴线中的

7、导行波同轴线中的导行波 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 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 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