微波技术课件PPT课件

1、3-2 规则波导中的导行波规则波导中的导行波一、波型一、波型 (模式、模模式、模)q 指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一种分布状态（场结构种分布状态（场结构） zzctzzctHjwErKEEjwHrKHtt2tt211 q 由纵横关系可以看到由纵横关系可以看到 当当K Kc c2 200时，时， E Ez z，H Hz z不能同时为不能同时为0 0，否则，否则E Et t，H Ht t也都为也都为0 0，场将不存在，场将不存在 当当K Kc c2 2=0=0时，时， E Ez z，H Hz z必须同时为必须同时为0 0，E Et t，

2、H Ht t才有确定值，场才可能存在才有确定值，场才可能存在TEMTEM波（横电磁波），波（横电磁波）， E Ez z=H=Hz z=0=0TETE波波 （横电波，又称（横电波，又称H H波），波）， E Ez z=0=0TMTM波波 （横磁波，又称（横磁波，又称E E波），波）， H Hz z=0=0 无耗规则波导无耗规则波导的波型可分为的波型可分为v 这三类波型都是可以单独存在的波型，这三类波型都是可以单独存在的波型，v 对于既有对于既有E Ez z又有又有H Hz z，可看作是，可看作是TETE和和TMTM波型的线性叠加波型的线性叠加 （混合波型）（混合波型） （一）（一）TETE波型波

3、型0, 0zzHEjzzctzzctHjwErKEEjwHrKHtt2tt211根据纵横关系根据纵横关系01tt2jwHrKHzctzcHKjt2zctHjwKEt201zzcHajwKt2122t2ctzczzcKjHaKjwHaKjwzttzaHwHaw （二）（二）TMTM波型波型0, 0zzEHjzzctzzctHjwErKEEjwHrKHtt2tt211根据纵横关系根据纵横关系zcEKjt2zzcEaKjwt2利用上式利用上式22t2ctzczzcKjEaKjwEaKjwtzEaw01tt2jwErKEzctzctEjwKHt201 （三）（三）TEMTEM波型波型0, 0zzEH

4、根据纵横关系，可知：根据纵横关系，可知： 只有只有K Kc c0 0时，时，E Et t和和H Ht t才有非零解，才有非零解，TEMTEM波型应满足：波型应满足：v 无法用纵向分量表示横向分量无法用纵向分量表示横向分量 可通过求解该方程得到可通过求解该方程得到E E和和H H0),(0),(22vuHvuEttwKKKKKcc22220与无界空间均匀媒质的相同v 静态场也满足同样的静态场也满足同样的LaplaceLaplace方程，因此一个导波系统若能传输方程，因此一个导波系统若能传输TEMTEM波型，则该系统中必然能存在静电荷或恒定电流，而在波型，则该系统中必然能存在静电荷或恒定电流，而在

5、单导体所构成单导体所构成的空心金属波导管的空心金属波导管内内，不可能存在静电荷或恒定电荷，因此也，不可能存在静电荷或恒定电荷，因此也不可能不可能传输传输TEMTEM波型。波型。v 若是双导体或多导体，则可以传输若是双导体或多导体，则可以传输TEMTEM波型波型3-2 规则波导中的导行波规则波导中的导行波二、传输特性二、传输特性（一）（一）传播常数传播常数 jr 相移常数相移常数 表示沿波导的轴向传播时单位距离内相位的变化量表示沿波导的轴向传播时单位距离内相位的变化量理想、无耗时理想、无耗时: : =0=0， =j=j 衰减常数衰减常数 ： 表示单位长度上波的振幅值的衰减量，表示单位长度上波的振

6、幅值的衰减量， 与波导横截面的形状、尺寸及波导管内表面的材料，与波导横截面的形状、尺寸及波导管内表面的材料，波导内填充的介质、传输的波型以及工作频率等有关波导内填充的介质、传输的波型以及工作频率等有关 对于无耗规则波导，导行波沿对于无耗规则波导，导行波沿z z轴方向传播规律为轴方向传播规律为zjeAzZ)(其中，其中，22cKk 22cKwv KKKKc c 时，时， 为实数，则为实数，则Z(z)Z(z)表示沿表示沿z z轴方向传播的行波轴方向传播的行波v KKK KcK Kc( (二二) ) 波导的截止现象波导的截止现象/ /截止波长及传输条件截止波长及传输条件ccff 即 如果某一波型要在

7、给定的波导内能够传输如果某一波型要在给定的波导内能够传输, ,则要求则要求ffffc c, ,具有高通滤波器的特性具有高通滤波器的特性v 对于对于TEMTEM波没有截止现象波没有截止现象, , 但但TETE和和TMTM波有截止现象波有截止现象( (三三) ) 波的速度和波导波长波的速度和波导波长 相速相速v vp p: : 电磁波在波导中传播电磁波在波导中传播, ,其等相位面沿波导轴向其等相位面沿波导轴向(z(z轴轴) )传播的速传播的速度度无耗波导中无耗波导中: :dtdzVp2211ccvk2221kkkkkcc讨论讨论: :(a) (a) 对于对于TEMTEM波型波型rrpccccvvf

8、K1)0,(0(b) (b) 对于对于TE/TMTE/TM波型波型vvvKcpc2210 v vp p= =v,v,且与频率无关且与频率无关, ,无色散波型无色散波型v vp p v,v,且大小与频率有关且大小与频率有关, ,色散波型色散波型(2) (2) 波导波长波导波长 g g : : 指波导内沿轴向传播的电磁波指波导内沿轴向传播的电磁波, ,其相邻的两个同相位点之间的距离其相邻的两个同相位点之间的距离 ( (相位相差相位相差2 2 ) )2gpvw2221122ccfvp222ckk讨论讨论: :(a) (a) 对于对于TEMTEM波型波型gccK)(0(b) (b) 对于对于TE/TM

9、TE/TM波型波型与工作波长与工作波长 相等相等大于工作波长大于工作波长, ,且随频率而变化且随频率而变化色散波型色散波型21cg注意注意 与与 g g的区别的区别(3) (3) 群速群速v vg g: :定义为包络波定义为包络波( (调制波调制波) )上某一恒定相位点推进的速度上某一恒定相位点推进的速度221ckwwdwd1ddwvg2221ckkwk21kkkwc21cv211kkwkc 传输条件传输条件下（下（ C C时时），有），有v vg gv c c时时, Z, ZTETE和和Z ZTMTM均为虚数，对电磁波呈电抗特性，均为虚数，对电磁波呈电抗特性，说明波导已不能传输能量，而变为一

10、个储能元件。说明波导已不能传输能量，而变为一个储能元件。v当当 c c为有限值时，即为有限值时，即TETE或或TMTM波型时波型时 c c时，波导已不能传输能量，也不消耗能量，时，波导已不能传输能量，也不消耗能量，只能储存能量，称为只能储存能量，称为 介质（电抗性）衰减介质（电抗性）衰减 两种衰减产生的机理完全不同，下面仅讨论第二种情况：两种衰减产生的机理完全不同，下面仅讨论第二种情况： 传播常数传播常数 = = j j ， 其中衰减常数其中衰减常数 c c d d c c表示由波导壁引起的导体的衰减常数表示由波导壁引起的导体的衰减常数 d d表示由波导中填充介质所引起的介质的衰减常数表示由波

11、导中填充介质所引起的介质的衰减常数（1 1） c c的计算的计算 在波导中任取一横截面作为参考面，设输入该面的功率为在波导中任取一横截面作为参考面，设输入该面的功率为P P0 0，则相距单位距离处横截面的输入功率为则相距单位距离处横截面的输入功率为P P1 1P P0 0e e-2-2 c c, ,单位长度上损耗的功率为单位长度上损耗的功率为: :cePPPPL2010102Pc)/(20mNpPPLcstLWSdsHdlHZR222stWdsHZP202LSLdsHRP22H为波导内壁上任一为波导内壁上任一点磁场的切向分量点磁场的切向分量 （2 2） d d的计算的计算 在波导内填充介质造成

12、热损耗的原因有两种情况：在波导内填充介质造成热损耗的原因有两种情况：（a a）由于实际的介质并非理想介质，因而存在漏电流引起的损耗）由于实际的介质并非理想介质，因而存在漏电流引起的损耗（b b）由于介质中带电粒子的滞后效应引起的损耗）由于介质中带电粒子的滞后效应引起的损耗EjwEjwJHEwjjwEwjjwEjwec表示介质中总的损耗特性表示介质中总的损耗特性介质损耗正切介质损耗正切tanwwwe（微波频段（微波频段 w ” ） 传播常数传播常数 = = j j ， 假定假定 c c0 0，则，则 d d ReRe（ ）1222222wjwKwKKKceccc )/(1tan686. 8)/(

13、1tan12tanRe222mdBmNpwcececed 222tan1tan1ffjjwjwKceec2221tan11tan1ffjffjwjffjwcecectanwwe2212tan11ffjffjwcec1tane )/(1Im2mradwc（若填充的是空气（若填充的是空气其介质损耗可忽略）其介质损耗可忽略）波导中的损耗与波导壁内表面材料、填充介质、波导形状和尺寸波导中的损耗与波导壁内表面材料、填充介质、波导形状和尺寸以及工作波型和工作波长等因素有关以及工作波型和工作波长等因素有关若波导壁内表面粗造凹凸不平，以及锈蚀等也会使损耗增加若波导壁内表面粗造凹凸不平，以及锈蚀等也会使损耗增加3-2 规则波导中的导行波规则波导中的导行波三、品质因数三、品质因数LPWwQ耗的能量波导单位长度内每秒损能量波导单位长度内储存的它表征系统内的储能与耗能的程度的量它表征系统内的储能与耗能的程度的量（1 1）只考虑波导