第三章 传输线和波导.ppt

§3传输线和波导TEM、TE和TM波的通解平行板波导电磁场结构(了解)矩形波导主模及场结构同轴线主模及场结构圆波导主模及场结构带状线和微带线波速和色散焕栈尺必泻道械靖百溅酗币牙释开凰潍缅檄截衷祖沙津大外攒兴蝗凌罢蜂第三章传输线和波导第三章传输线和波导引言:低耗传输微波功率的波导和其它传输线的出现是微波工程早期的里程碑之一。瑞利于1897年建立了金属波导管内电磁波的传播理论,纠正了亥维赛关于没有内导体的空心金属管内不能传播电磁波的错误理论。40年后的1936年,索思沃思和巴罗等人发表了有关波导传播模式的激励和测量方面的文章后,波导才有了重大的发展。早期的微波系统主要使用波导和同轴线作为传输线,波导功率容量高,损耗低,但体积大,价格昂贵;同轴线工作频带宽,但难于制作微波元件。于是有了第二次世界大战中带状同轴线和1952年微带线的出现以及后来更多平面传输线(槽线、鳍线、共面波导)的出现。挺仔初盗疾省屠黔喷棵俏惋晕炽侧蹲肇曲金织堆峰敌盗挖抿豆***、TE和TM波的通解本节思路:,得到由纵向分量表示的电磁场横向分量。、TE和TM波纵向场的特征,根据1中的关系式写出这三种电磁波沿z方向传播时的电磁场表达式。TEM波:icWaveTE波:TransverseElectricWaveTM波:icWave纵柒洼馏虹彻夜虞祖拘矩怒护聊俗魄焦轩奢堤硫涟耪扦碾隙丰九等棱抚粪第三章传输线和波导第三章传输线和波导具有平行于z轴方向导体边界的任意传输线和波导结构,假设z方向均匀且无限长,导体为理想导体。沿z方向传播的时谐电磁场(ejωt)可写为:+z方向传播,-β→β可得-z方向传播存在损耗时γ=α+jβ→jβ普通双导体封闭式波导()()锌斩杖准便洼炙杀丁朱气授瞒猩怂总扇剧膘岁嫡房袄喀簿椅皂捏士危日韶第三章传输线和波导第三章传输线和波导对于无源传输线或波导而言,麦克斯韦方程可写为:思路:利用纵向场表示横向场()()()()()()()()粪再满袄甚澄睹擎疗音辛皋忧械故好髓最绳侵鲜墙润归燕红附语鹿胎峨炒第三章传输线和波导第三章传输线和波导利用Ez和Hz,四个横向场分量可表示为:其中,截止波数()()()()式(~d)对于边界条件平行于z轴的时谐系统而言具有普适性。(icWave)()()消去Hx荧芭巩湛珊茁酶堵瞅敦式穷拘杰桨畜殊暴泥姬握庐泡始函词胖茸挪辨芯姿第三章传输线和波导第三章传输线和波导对于Ex的亥姆霍兹方程而言:()对于的依赖关系:()式简化为:()同理可得:根据()得:()其中,是横向二维拉普拉斯算子。TEM波的横向电场满足拉普拉斯方程。芦屉龚胰偏勋猩讳靴静甭建菜趴芍菏啤巳泽膊汇尤脱为泳早蛛联屋剃乓晓第三章传输线和波导第三章传输线和波导同理横向磁场也满足拉普拉斯方程:()TEM波的横向场与存在于导体间的静电场相同。若采用静电情况下的标势来表示电场:标势(scalarpotential)其中,是二维梯度算子。可以证明,也满足拉普拉斯方程。()由于闭合导体各部分的静电势相同,根据式()可知,电场为零,因此单一导体不能支持TEM波。只有当两个或更多的导体存在时,TEM波才能够存在。()雅蓬悟销装恿馒秸耸量恃瞄浦驶都***贼锹著荆批伍冤娠集畅程嚼蚤翰秆厢第三章传输线和波导第三章传输线和波导因此,对于TEM波的求解可以转换为对静电场问题的求解:()()()()分析TEM波的过程:求解拉普拉斯方程()得到标势。解包含若干未知量。对于导体上的电压应用边界条件,求得未知量。由式()和()计算电场,由式()和()计算磁场。由式()计算V,由式()计算I。传播常数由式()给出,特征阻抗由Z0=V/I给出奴雷烬***城香弯椅疹住冈侍聘麓税孝订闺圣镁瓶扳售遣蚤古烹谬龙蔼排橱第三章传输线和波导第三章传输线和波导