物理电动PPT学习教案

1、会计学1 物理电动物理电动 第四章第五节第四章第五节 波波 导导 管管 第1页/共29页 第2页/共29页 B c)c) ， 0 0 1 E EE BBB b) 与与 同相位，都为：同相位，都为： B E txk 绝缘介质中绝缘介质中平面电磁波传播的主要特性平面电磁波传播的主要特性 2 2 2 1 2 1B Eww BE d) （a）服从右手定则、且KBEBE 第3页/共29页 k 第4页/共29页 u结构结构: : 所谓波导所谓波导( (或者波导管或者波导管wave guide)wave guide)是利用理想导是利用理想导 体制成的体制成的，常见的有截面为矩形，常见的有截面为矩形 和圆形的

2、，分别称为和圆形的，分别称为和圆柱形波导。和圆柱形波导。 u作用作用: : 传输高频电磁波传输高频电磁波( (微波微波) )能量能量（主要传输波长在（主要传输波长在 厘米数量级的电磁波）。厘米数量级的电磁波）。 u特点特点: : 这这 就使得波导中的电磁波与无界空间的电磁波在性就使得波导中的电磁波与无界空间的电磁波在性 质上有很大的差别质上有很大的差别 第5页/共29页 直流电：必须将正负极与用电器连通，采用直流电：必须将正负极与用电器连通，采用 随着频率的升高，平行双线演化为同轴电缆。随着频率的升高，平行双线演化为同轴电缆。 交流电：存在多种输电线路，最简单的是双交流电：存在多种输电线路，最

3、简单的是双 频率继续提高，同轴电缆演化为波导。频率继续提高，同轴电缆演化为波导。 频率再提高，金属波导管演化为光缆。频率再提高，金属波导管演化为光缆。 双线制。双线制。 线制。线制。 第6页/共29页 第7页/共29页 第8页/共29页 z by ax ， ， 0 0 x y za b k 第9页/共29页 n 1111 ,HBDE 2222 ,HBDE x y za b k ：表示由管壁指向管内的法向单位矢量表示由管壁指向管内的法向单位矢量 理想导体中的场量的脚标为理想导体中的场量的脚标为1 1： 管内绝缘介质或真空中场量的脚标为管内绝缘介质或真空中场量的脚标为2 2 对于理想导体：对于理想

4、导体： 2 0 1 0 1111 HBDE 所以只需讨论管内电磁场所以只需讨论管内电磁场HBDE , 第10页/共29页 )( 1 sincos),( tzki yxx z yekxkAtzyxE a b x y z k E H )( 2 cossin),( tzki yxy z yekxkAtzyxE )( 3 sinsin),( tzki yxz z yekxkAtzyxE )( ),(),( tizikz eyxEtzyxE 第11页/共29页 )( 1 sincos tzki yxx z yekxkAE )( 2 cossin tzki yxy z yekxkAE )( 3 sinsi

5、n tzki yxz z yekxkAE .2 , 1 , 0,m a m kx .2 , 1 , 0,n b n ky )( 22 2 yxz kkkk 称为管内电磁波的波型或模式称为管内电磁波的波型或模式 第12页/共29页 k 第13页/共29页 k 第14页/共29页 第15页/共29页 （2 2）不同的）不同的 ，有不同的，有不同的 ),(nm mnmn TMTE 和 第16页/共29页 第17页/共29页 第18页/共29页 四截止频率和截止波长四截止频率和截止波长 1、截止角频率、截止角频率 的定义的定义 nm, 在波导管内能传播（在波导管内能传播（m，n）模式电磁波的）模式电磁

6、波的 最小角频率最小角频率，称为该模式的截止角频率，称为该模式的截止角频率 nm, ：频率为：频率为 的电磁波在波导内能以的电磁波在波导内能以（m，n）模式的模式的 波模传播波模传播 nm, ：频率为：频率为 的电磁波在波导内不能以的电磁波在波导内不能以（m，n）模式的模式的 波模传播波模传播 称为管内称为管内 电磁波的波型或模式电磁波的波型或模式 第19页/共29页 波数波数 ，由激发频率，由激发频率 确定；确定； k 2222 () zxy kkkk b n k a m k yx , 22 )()(,: b n a m kk c 即若 ikkk cz 2 2 tiztzki eee z )

7、( 2、截止角频率、截止角频率 的计算公式的计算公式 nm, 2 2222 )()( cz kk b n a m kk 对于给定的对于给定的 第20页/共29页 22 )()( b n a m 若： tiztzki eee z )( )( ),(),( tzki z eyxEtzyxE zikz e变为衰减变为衰减这时传播因子这时传播因子因子。因子。 ti ze eyxEtzyxE ),(),( ikkk cz 2 2 第21页/共29页 要使管中有波传播，要使管中有波传播， 必须使必须使 22 2 yx kkk 22 , )()( b n a m nm 22 )()( b n a m 22

8、, )()( 2 1 b n a m f nm 22 , , )()(2 b n a m f nm nm nm nm ff , , ：频率为：频率为 的电磁波在波导内能以的电磁波在波导内能以（m，n） 模式的波模传播模式的波模传播 f或 nm, ：波长为：波长为 的电磁波在波导内能以的电磁波在波导内能以（m，n）模式的模式的 波模传播波模传播 第22页/共29页 22 11 11 ba 22 11 11 2 1 ba f 22 11 ) 1 () 1 (2 ba 第23页/共29页 ba 1 , 1 0110 b f a f 1 2 1 , 1 2 1 0110 a2 10 b2 01 第24

9、页/共29页 a 10 a2 10 )(ba b 01 b2 01 )(ba 因此，在波导内能够通过的最大波长为因此，在波导内能够通过的最大波长为2maxa,b。 由于波导的几何尺寸不能做得过大，用波导来传输由于波导的几何尺寸不能做得过大，用波导来传输 较长的无线电波是不实际的。在厘米波段，波导的较长的无线电波是不实际的。在厘米波段，波导的 应用最广。应用最广。 第25页/共29页 例例1:1:矩形真空波导管尺寸为矩形真空波导管尺寸为 , ,试问试问 的电磁波在波导管中的电磁波在波导管中 的可能模式？的可能模式？ cmcm6 . 07 . 0 HZf 10 103 2222 00 , )()( 2 )()( 2 1 b n a mc b n a m f nm HZHZ c f 10102 10 103101 . 2) 7 . 0 1 ( 2 HZHZ c f 101022 11 103103 . 3) 6 . 0 1 () 7 . 0 1 ( 2 HZHZ c f 10102 01 103105 . 2) 6 . 0 1 ( 2 第26页/共29页 HZHZ c f 10102 20 10310285. 4) 7