《电动力学第三版》chapter4 5波导教程教案.ppt

第四章
电磁波的传播
内容概要
1. 高频电磁波能量的传输
2. 矩形波导中的电磁波
3. 截止频率
4. TE10波的电磁场和管壁电流
§ 波导
1. 高频电磁能量的传输
近代无线电技术,都广泛地利用到高频电磁波,因此,需要研究高频电磁能量的传输问题. 高频电磁能量的传输与低频相比有显著不同的特点.
在所有情况下,包括恒定电流情况下,能量都是在场中传播的. 在低频情况下,由于场与线路中电荷和电流的关系比较简单,因而场在线路中的作用往往可以通过线路的一些参数(电压、电流、电阻、电容和电感等)表示出来. 在这情况下,我们可以用电路方程解决实际问题,而不必直接研究场的分布.
在高频情况下,场的波动性显著,集中的电容、电感等概念已不能适用,而且整个线路上的电流不再是一个与位置无关的量,而是和电磁场相应地具有波动性质,此外,电压的概念亦失去确切的意义. 因此,在高频情况下,电路方程逐渐失效,我们必须直接研究场和线路上的电荷电流的相互作用,解出电磁场,然后才能解决电磁能量传输问题.
电报方程
就是高频电路的近似规律. 联立即可得到波动方程.
随着频率变化常用的输能设备
①直流电:必须将正负极与用电器连通,采用双线制.
③随着频率的升高,平行双线演化为同轴电缆.
②交流电:存在多种输电线路,最简单的是双线制.
④频率继续提高,同轴电缆演化为波导.
⑤频率再提高,金属波导管演化为光缆.
波导是一根空心金属管, 截面通常为矩形或圆形.
x=a和y=b面上的边界条件
由x=0和y=0面上的边界条件可得
由条件,可得条件
因此, 在A1, A2和A3中只有两个是独立的.
对于每一(m,n)值,有两种独立波模.
在波导内传播的波有如下特点: 电场和磁场不能同时为横波.
两种独立的基本(偏振)波模
横电波(TE):电场方向垂直于传播方向,
横磁波(TM) :磁场方向垂直于传播方向,
TE波和TM波又按(m,n)值不同而分为TMmn和TMmn波.