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1、中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences第三章 传输线和波导主要参考书：1.顾茂章，张克潜，微波技术，清华大学出版社 ，19892.李宗谦，佘京兆，高葆新，微波工程基础，清 华大学出版社，20043. David M. Pozar著，张肇仪等译，微波工程， 电子工业出版社, 2006 中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences导波：沿传输系统限定方向传输的电磁波能量的 传输受传输系统导体或介质边界的约束 导波模式：受导
2、波传输系统边界的限制，能够在系 统中独立存在且传输的特殊电磁场分布结构 一般传输系统：单根或多根互相平行的空心或实心 柱状导体或介质组成。电磁波沿柱的纵向方向传 播（z轴），垂直z轴方向为横向均匀传输系统：传输系统的横截面形状、尺寸、材 料性质不随z轴变化3.1 导波分类中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences导波传输系统 传输线：两根或两根以上平行导体构成的系统 主模是TEM横电磁波或准横电磁波 平行双导线、同轴线、带状线、微带线 波导：单根柱状导体空管构成的系统 主模是横电波（TE）或横磁波（TM）
3、矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊形波导、同轴波 导 表面波导：单根介质或涂敷介质层的导体构成的系统 主模是磁电（HE）模或电磁（EH）模（表面波） 介质波导、镜像线、表面波传输线中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences（1）TEM或准TEM传输线；（2）金属波导；（3）表面波导中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1 导波分类 3.1.1 导波特性(2.24)(无源、均匀、各向 同性、不导电媒质）（3.2)（3.
4、1)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.1 导波特性(续前页)(3.3)(3.4)(3.5)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences是导波的纵向传播常数, (3.3)中 kc 是微分方程在 特定边界条件下的本征值, 与传输系统横截面形状、 尺寸、及传输模式相关。3.1.1导波特性(续前页)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sc
5、iences3.1.1 导波特性(续前页)从(2.24)磁场的方程出发，可以得到同样的结果(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.1 导波特性(续前页)(3.10)(3.11)(3.12)(3.13)(一般表达式）中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.2 导波传输状态 根据kc不同情况，导波可分为Ez=Hz=0，否则 将无限大。没有纵向电场和磁场 横电磁场TE
6、M波2. 三种不同状态 (本征值问题)相速大于光速快波中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.2 导波传输状态(续前页)沿z方向各点场的振幅和相位都相同沿z方向没有波 传播临界截止(3.12),(3.13)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.2 导波传输状态(续前页) 相速小于无界媒质中的波速（慢波）波长小于无界媒质中的波长 慢波(线)系统能够传播慢波的结构行波管、加速器 慢波线中 不再是常数（群
7、速不会超过光速）中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.1.3 导波的分类横电磁波(TEM)特点：(3.14)(3.15)(3.16)(3.12-3.13)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences横电磁波TEM(续前页）(3.17)(3.18)(3.16)(3.16)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences横电波与横磁波特点
8、：(3.19)(3.20 )横电（TE）波(3.12-3.13)(3.12-3.13)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences横电（TE）波(续前页)(3.20a)(3.21)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences横磁(TM)波(3.22)(3.23)(3.24)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences磁电模波和电磁模波对某些
9、导波系统(例如：介质界面)，TE或TM波不能 单独满足边界条件。场必须是TE波和TM波的某种 线性叠加，从而构成一种新模式，既有纵向电场又 有纵向磁场 磁电模波(HE)：场的纵向分量以磁场为主，场横向 分布类似于TE波 电磁模波(EH)：场的纵向分量以电场为主，场横向 分布类似于TM波(3.25a)(3.25b)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of SciencesHE和EH模与TE和TM模的差别： 1. 横向电场与横向磁场不互相垂直 2. 横向电场与横向磁场的比值是位置的函数(没 有波阻抗的概念)磁电模波和电磁模波中
10、国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences问题1. 从物理上解释一个空心金属波导管内外都不能 存在横电磁波。2. -z和+z方向传播的波坡印亭矢量相反，对于横 电或横磁波，这意味着 和 有一个方向相反 ，假设对TE波，如果 方向相同，则 方向 相反，证明此时两者Hz取相同符号；对于TM 模，如果 方向相同，则 方向相反，证明此 时两者Ez取相反符号。中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences当ffc时, 3.1.4 导波的
11、色散特性色散曲线中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.2 传输线3.2.1 传输线模型中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.2.1 传输线方程电报方程(3.26)节点电流回路电压中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences(3.27 )负号表示传输方向相反(电压波)(电流波)(3.28 )(3.29 ) (3.30 )(
12、3.31 )3.2.1 传输线方程电报方程(续前页)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences 是复数, 衰减行波 1. 一般情况3.2.2 传输线特性参数 和Zc都是复数(3.33 )(3.34 )(3.35 )中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences2. 低频大损耗传输线上无波动, 只带来衰减(3.36 )3.2.2 传输线特性参数(续前页)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics,
13、 Chinese Academy of Sciences3. 高频小损耗(3.37 )(3.38 )(3.39 )3.2.2 传输线特性参数(续前页)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences4。无损耗条件: 高频率、良导体和低损耗介质、传输距离短（3.40）（3.41）3.2.2 传输线特性参数(续前页)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences 3.3.1 负载反射系数和电源反射系数 传输线任意一点z电压和电流关系式
14、:3.3 终端接负载的无损传输线（3.42)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.3.1 负载反射系数和电源反射系数(续前页)(负载电压反 射系数）(电源电压反 射系数） L(S)的数值在01之间, 反射由阻抗决定( 或 )中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.3.1 负载反射系数和电源反射系数(续前页)坐标原点重心定义后:相距 l 两点之间反射系数的关系:(3.44)反射波取 决于负载(3.43 )+z
15、方向传播的是反射波, -z方向传播的是入射波3.42中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.3.2 传输线上的驻波一般情况驻 波 行波 相邻最大和最小Zmax-Zmin=l =/4/2；相邻两个最大或 最小距离/2 . 驻波系数:(3.45)纯驻波电压和电流在相位上 相差/2；空间上相差/4中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.3.2 传输线上的驻波传输线上的阻抗和导纳(3.46)(3.47)(3.48)中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences3.3.2 传输线上的驻波终端短路、开路及接电抗性负载终端短路1. 纯驻波;电压和电流 时间上相位 相差/2, 空间 上相差/4 1. 纯电抗(感性) 电压超前电 流中国科学院电子学研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of
