第三章 规则波导和空腔谐振器

第三章规则波导和空腔谐振器第1页，课件共29页，创作于2023年2月本章开始以矩形波导为例，学习微波电路场的分析方法xyzOba宽边窄边第2页，课件共29页，创作于2023年2月麦克斯韦方程波动方程边界条件+xyzOba矩形波导参数及场分布第3页，课件共29页，创作于2023年2月

Ez=0，Hz=0的波，称为横电磁波，简记为TEM波

Ez

0，

Hz=0的波，称为横磁波，简称为TM波或E波

Ez=0，Hz

0的波，称为横电波，简称为TE波或H波。传导电磁波的分类波导中可存在的波型第4页，课件共29页，创作于2023年2月矩形波导TE波的通解为：第5页，课件共29页，创作于2023年2月m、n的物理解释以TE波电场的x分量为例当m=1，n=2时y一定时，x从0到a，Ex存在2个极点，1个零点，经历了一个”半波“x一定时，x从0到a，Ex存在2个极点，3个零点，经历了两个”半波“m：表示场沿波导截面宽边分布的半波数n：表示场沿波导截面窄边分布的半波数第6页，课件共29页，创作于2023年2月 波导为一个天然的高通滤波器，不同波导模式都对应于相应的截止频率fc，只有高与此频率的该模式的波才能够在波导中传播。波导的截止频率及截止波长单模传输条件 波导中仅有一个模式的波可以传播的条件。第7页，课件共29页，创作于2023年2月3.2矩形波导——TE10模波导主模——TE10模的场结构xyzOba第8页，课件共29页，创作于2023年2月TE10模场表达式的瞬时形式瞬时形式以下研究t=0时，TE10模式场的分布情况第9页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.1TE10模的场结构电场分布1、电场只有y分量，垂直与波导宽边,平行与波导窄边。2、电场沿波导宽边呈正弦分布，中间最强，两边壁处为0xyzOba4、电场的模值沿y方向均匀不变3、电场沿纵向呈正弦分布第10页，课件共29页，创作于2023年2月红色线条代表电力线第11页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.1TE10模的场结构磁场分布1、磁场由x和z分量共同构成，平行与波导宽边。2、磁力线闭合，呈现跑道形状3、磁场的模值沿y方向均匀不变xyzOba4、沿纵向，Hx最弱的位置对应与电场Ey最弱的位置。Hz最弱的位置对于与Ey最强的位置。第12页，课件共29页，创作于2023年2月蓝色线条代表磁力线第13页，课件共29页，创作于2023年2月TE10模式场的三维图形第14页，课件共29页，创作于2023年2月xyzOba3.2.3TE10模的壁电流分布TE10模的壁电流分布已知矩形波导内部磁场的分布波导壁上的电流分布例如，t=0时刻，对于x=0处的波导壁上第15页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.3TE10模的壁电流分布2、宽壁上的壁电流呈辐射状，即从中心向外发散或由外向中心汇聚；1、窄壁上的壁电流平行于y轴，且沿y轴均匀分布第16页，课件共29页，创作于2023年2月图3-2-3波导壁上的缝隙3.2.3TE10模的壁电流分布研究壁电流分布的应用1、若为了测量和充气，则应尽可能不割断壁电流，如缝隙1、2。2、若为了形成缝隙天线，则应尽可能多割断壁电流，如缝隙3、4第17页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.5TE10模的等效阻抗等效电压和等效电流波导中两点间的电压不存在唯一性若取路径AEDC，则AC两点间的电压为零；若取路径ABC，则AC两点间的电压不为零。定义：TE10模的等效电压为，对电场沿路径ABC积分所得电压等效电压第18页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.5TE10模的等效阻抗定义：TE10模的等效电流为，流过一个波导宽壁的纵向电流等效电流等效阻抗用等效阻抗取代长线中的特性阻抗后，可以将长线理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理论。第19页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.6高次波型1、首先判断是TE波还是TM波2、电场在x方向出现了2个最大点，在y方向均分布此为TE20波的场结构图第20页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.6高次波型1、首先判断是TE波还是TM波2、电场在x方向均匀分布，在y方向出现1个最大点此为TE01波的场结构图第21页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.6高次波型通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构TE01波的电场消除TE01波金属隔板第22页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.7激励与耦合激励与耦合激励：在波导中建立所需波型的方法耦合：从波导中取出所需波型的能量的方法激励耦合激励方法电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力线的形状和方向与所需波型的一样；第23页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.7激励与耦合磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形状和方向与所需波型的一样；电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的方向和分布与所需波型相一致。激励装置探针激励在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需波型的电场方向相一致第24页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.7激励与耦合激励TE10模的探针激励装置1、探针在波导宽边的最中心2、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面λ/4处第25页，课件共29页，创作于2023年2月激励TE20模的探针激励装置第26页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.7激励与耦合线环激励在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型的磁场方向相一致第27页，课件共29页，创作于2023年2月3.2.7激励与耦合小孔激励图a的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励图b和图c的公