《第八部分导行电磁波Guidedwave》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八部分导行电磁波Guidedwave（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章第八章 导行电磁波导行电磁波Guided wave导导行行电电磁磁波波( (导导波波) )：沿沿导导波波装装置置( (如如传传输输线线，波波导导) )传传播播的的电磁波。导行波被限制在有限的空间内传播。电磁波。导行波被限制在有限的空间内传播。传输导行波的系统称为导波系统。传输导行波的系统称为导波系统。 常用的导波系统有双导线、同轴线、带状线、微带、金属波导常用的导波系统有双导线、同轴线、带状线、微带、金属波导等。本章仅介绍同轴线和金属波导。尤其是矩形金属波导的传播等。本章仅介绍同轴线和金属波导。尤其是矩形金属波导的传播特性。特性。导导行行波波是是在在有有限限区区域域内内传传播播的的电电磁
2、磁波波，因因此此场场量量必必须须满满足足波波动动方程，同时还必须满足一定的边界条件。方程，同时还必须满足一定的边界条件。本本章章通通过过求求解解特特定定边边界界条条件件下下的的波波动动方方程程，得得到到导导波波场场的的解解，从中可以分析得出在各种导波装置中波的性质。从中可以分析得出在各种导波装置中波的性质。分析方法：分析方法：病抄帝佩偿杉俗迢操胖绝淆庆持吕蚀危砧颐冷瑰圭疽掸位淳阀垃斧瓶披荤第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave带状线带状线双导线双导线矩形波导矩形波导微微 带带介质波导介质波导光光 纤纤同轴线同轴线圆波导圆波导microstripDielec
3、tric waveguideCoaxial cablerectangular waveguidecircular waveguideTwo parallel wireStripline咳泡生扁讽捷耍丧剩媳估搬阮盆些饭挛均滋另谷得烷脸眯市丢摩狂表篮营第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave主要内容主要内容导行电磁波的一般特性导行电磁波的一般特性矩形波导中电磁波的特性矩形波导中电磁波的特性谐振腔谐振腔权反梳膊驱枕皋诛坷痪玲陈旨怒论奎牛娃嵌烹撂圆躲益猿括子束纂姑而望第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave8-1 8-1 沿均匀导
4、波装置传播的波的一般特性沿均匀导波装置传播的波的一般特性一、导波模式的分类一、导波模式的分类TEMTEM波波: : Transverse electromagnetic wave : :在在波波传传播播的的方方向向上上没有电场或磁场分量，即电场和磁场垂直于电场传播方向；没有电场或磁场分量，即电场和磁场垂直于电场传播方向；(TM(TM波波或或E E波波): ): Transverse magnetic wave:在在波波传传播播的的方方向向上上有有电场分量电场分量，但，但没有磁场分量没有磁场分量，即磁场垂直于电场传播方向；，即磁场垂直于电场传播方向；(TE(TE波波或或M M波波): ): Tr
5、ansverse electronic wave:在在波波传传播播的的方方向向上上有有磁场分量磁场分量，但，但没有电场分量没有电场分量，即电场垂直于电场传播方向；，即电场垂直于电场传播方向；TEM波波EHesTE波波EHesETM波波Hes衙鬼畸需周贱碧秽守楚辜懈噶汞溢质曹士亮镶繁喀鹅寡碍坤坎涝拧鳃娃拥第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave 名称名称 波波 形形 电磁屏蔽电磁屏蔽 使用波段使用波段 双导线双导线TEMTEM波波差差 3m 3m 同轴线同轴线TEMTEM波波好好 10cm 10cm 带状线带状线TEMTEM波波差差厘米波厘米波 微微 带带准准
6、TEMTEM波波差差厘米波厘米波矩形波导矩形波导TETE或或TMTM波波好好厘米波、毫米波厘米波、毫米波 圆波导圆波导TETE或或TMTM波波好好厘米波、毫米波厘米波、毫米波 光光 纤纤TETE或或TMTM波波差差光波光波几种常用导波系统的主要特性几种常用导波系统的主要特性曲罕约喊形尹析犯岭构妇贮绢淑庄裳帖鹊玲奄崭谎蒜定漱章送喂缀些上份第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave二、纵向场量表示的导行电磁波二、纵向场量表示的导行电磁波v导波系统是无限长的，令其沿导波系统是无限长的，令其沿 z 轴放置轴放置v传播方向为正传播方向为正 z 方向方向麦克斯韦方程麦克斯
7、韦方程在直角坐标系在直角坐标系假设假设x 分量及分量及 y 分量和分量和 z 分量的关系分量的关系鼠悠消箍星笑予称翠垫进濒脯鲜皖盅槐篮灶亭元哈韭孰源癣漠渝瑶愤逢驱第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave二、导行电磁波的纵向场量表达式二、导行电磁波的纵向场量表达式 由麦克斯韦方程组由麦克斯韦方程组v导波系统是无限长的，令其沿导波系统是无限长的，令其沿 z 轴放置轴放置v传播方向为正传播方向为正 z 方向方向假设假设圃咽蒋沟了惠球悄辟货弓双够甲醋漳频澎覆喂且碧保且云蛰栋既义甫艳打第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave同理：同
8、理：啮衬疥恶癣尖扯炒岁抒山概荧障走砾腊肢沾樊供席役架绳睛灼钩题玫堰赢第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave良武卷没转讯衰尿漫庞做爱秽柳骚椰墓屁蛆俩陶鼻嫁彪戮覆攻姿慧类吭慎第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave%说明：说明：1、均均匀匀导导波波系系统统中中，可可用用两两个个纵纵向向场场分分量量Ez和和Hz表表示示其其余余的的横向场分量横向场分量Ex、Ey、Hx、Hy。2 2、对于正弦电磁波，其满足的波动方程为亥姆霍兹方程，即、对于正弦电磁波，其满足的波动方程为亥姆霍兹方程，即两个纵向场分量两个纵向场分量Ez和和Hz可由亥
9、姆霍兹方程及边界条件确定。可由亥姆霍兹方程及边界条件确定。 逛淌檬谎剖猩召演赊吕亦姨酣消溺瘫垣敦肇激贬伸怪漆详卞辰仓腋肚煽阻第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave8-2 8-2 矩形波导中电磁波的特性矩形波导中电磁波的特性EM wave in rectangular waveguide矩形波导矩形波导矩形波导是指横截面为矩形的空心导矩形波导是指横截面为矩形的空心导波装置。波装置。电磁波在导体空腔内传播电磁波在导体空腔内传播其内传播的电磁波不可能有其内传播的电磁波不可能有TEMTEM波，波，只能是只能是TETE波和波和TMTM波。波。一、矩形波导中的模式一、
10、矩形波导中的模式 mode in rectangular waveguideHz = 0 。此时仅需求出。此时仅需求出 Ez 分量，然后即可计算其余各个分分量，然后即可计算其余各个分量。量。 TM 波波蛙捻粮胎饺槐宝光奴舵烃弛藏歪栗夸隧迟叉褂猖窟棒碾巴乙豆虫捧务蘑伤第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave振幅也满足齐次标量亥姆霍兹方程振幅也满足齐次标量亥姆霍兹方程采用分离变量法采用分离变量法 (Method of separation of variables)X 对对 x 的的二阶导数二阶导数Y 对对 y 的二的二阶导数阶导数满足的方程满足的方程 Wave
11、 equation齐次标量亥姆霍齐次标量亥姆霍兹方程兹方程方程的通解方程的通解 (Solution of equation)昆洁那挫掷满藕袍逾维醛炳售葵互饺沛棋递串苇芬姬篓遇千凿骄傲磅碑啮第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave现分别令现分别令 两个常微分方程的通解分别为两个常微分方程的通解分别为分离常数分离常数可利用边界可利用边界条件求解条件求解取决于导波取决于导波系统的边界系统的边界条件条件满足矩形波导的特解满足矩形波导的特解埃领隧酶勤鞠有守都材潞捻拦屉傻蹿然偶蛇卡晾眉金佬嗜捂箔骆嫩郎翅嚷第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guide
12、dwave矩形波导中矩形波导中TM 波的各个分量为波的各个分量为Ez 分量与波导四壁平行分量与波导四壁平行x = 0, a 及及 y = 0, b 的边的边界上界上 Ez = 0描役帜治轧宅蔚抡训吹履畔央希蝴足汰胸蛛偶鹿穴防旨娥求破蝇改媳区郭第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave1 1，电磁波的相位仅与变量，电磁波的相位仅与变量 z 有关，而振幅与有关，而振幅与 x, , y 有关。有关。2 2，z 等于常数的平面为波面等于常数的平面为波面, ,但振辐与但振辐与 x, y 有关有关3 3，当，当 m 或或 n 为零时，上述各个分量均为零，因此为零时，上述各
13、个分量均为零，因此 m 及及 n 应为非零的整数。应为非零的整数。4 4，由于由于m 及及 n 为多值，因此场结构均具有多种模式。为多值，因此场结构均具有多种模式。 m 及及 n 的每一种组合构成一种模式，以的每一种组合构成一种模式，以TMmn表示。表示。 例如例如 TM11表示表示 m = 1, n = 1 的场结构，具有这种场结构的波称为的场结构，具有这种场结构的波称为TM11波。波。5 5，数值大的，数值大的 m 及及 n 模式称为高次模，数值小的称为低次模。模式称为高次模，数值小的称为低次模。传输特点传输特点在在Z方向上为行波，在方向上为行波，在 X 及及 Y 方向上形成驻波方向上形成
14、驻波TM波为非均匀的平面波波为非均匀的平面波m 及及 n 的的物物理理意意义义：m 为为宽宽壁壁上上的的半半个个驻驻波波的的数数目目， n 为为窄窄壁壁上半个驻波的数目上半个驻波的数目矩形波导中矩形波导中TM波的最低模式是波的最低模式是TM11波。波。Dominant mode按枯荔钎孙统盘枷盐仪惊房灌矩奥嗽濒昌湛液河稿梳氰布将岔砌哀挎宁笨第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave二二. 矩形波导中电磁波的传播特性矩形波导中电磁波的传播特性kc 称为截止传播常数称为截止传播常数q截止传播常数截止传播常数 和截止频率和截止频率时时Cutoff frequency
15、Cutoff Propagation constant融距邪伍岛代袱衙耕雅翘锑耐缆媳芽喊札兹辑眩哩仆铸腑蕾噬援葬房吻蛀第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave矩形波导中矩形波导中TE波的各个分量波的各个分量式中式中 ，但两者不能同时为零。，但两者不能同时为零。与与TM波一样，波一样，TE波也具有前述多模特性，但此时波也具有前述多模特性，但此时m 及及 n不能同时为零。不能同时为零。TE波的最低模式为波的最低模式为TE01波或波或TE10波波。LL,2 ,1 ,0,=nmTE波波荡掇坷蒲荣碉铀苏迟你白玫集烛窄魏皿撬镊炬皖锰舒爸匡肾铝荚贴椒锯俏第八部分导行电磁波
16、Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq截止波长截止波长截截止止频频率率或或截截止止波波长长均均与与波波导导尺尺寸寸 a, b 及及模模式式m, n 有有关关。对对于于一一定定的的波波导导尺尺寸寸来来说说，每每一一种种模模式式具具有有一一定定的的截截止止频频率率或或截止波长。截止波长。高次模式具有较高的截止频率，较短的截止波长。高次模式具有较高的截止频率，较短的截止波长。%结论结论TE10模模TE01模模矩形波导的横截面边长分别为矩形波导的横截面边长分别为a a 、b bTE20模模对于一般的波导，选取对于一般的波导，选取a 2bCutoff wavelength弊枚棕呻榆
17、叔壬前产戍膀粕土伯茁宝绝缮兰信穴室敲椽钾现踞涟哎能葡邢第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave因此，对于一定的模式和波导尺寸来说，因此，对于一定的模式和波导尺寸来说，fc c是能够传输该模式是能够传输该模式的最低频率。的最低频率。q 传输特点传输特点当当ffc或或 c时时( (Operation above cutoff frequency):kz为为正正的的或或负的实数，波向正负的实数，波向正 z 或负或负z方向传播，这是波导的传输状态。方向传播，这是波导的传输状态。当当f c时时(Operation blow cutoff frequency) : kz
18、为为虚虚数数，此时电磁场没有传播，而是沿正此时电磁场没有传播，而是沿正 Z 方向不断衰减的凋落场。方向不断衰减的凋落场。波导相当于一个高通滤波器波导相当于一个高通滤波器(High-pass filter)洋舰叶北龟植常浦蹬陋灭挟匹妥黔兢埂入傀贪咸酸粳箩块待刮座吵另盟仟第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq相速相速 截止频率或截止波长与波导尺寸及模式有关，因此，不同截止频率或截止波长与波导尺寸及模式有关，因此，不同波导尺寸及模式，其相速也不同。波导尺寸及模式，其相速也不同。波波导导中中的的相相速速不不仅仅与与波波导导中中的的媒媒质质特特性性有有关关，还还与
19、与频频率率有有关关。因因此此，与与导导电电媒媒质质一一样样，电电磁磁波波在在波波导导中中传传播播时时会会出出现现色散现象。色散现象。Phase velocity陵衰打娟抒普臂矗纳缔味孙宏簿狐咳蔡申硝伊诬争伊醇钳锌壕傅瘩峡膝尼第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave式中式中 为工作波长为工作波长。q波导波长波导波长 波导波长大于工作波长。波导波长大于工作波长。 波导波长也与波导尺寸及模式有关波导波长也与波导尺寸及模式有关。 Wavelength in waveguide励炸篱翻私迹东问钎讽芭乡败滩契世易簧纺慧躯圾伏邀痢顾宏尝挡查猖顷第八部分导行电磁波Guide
20、dwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq 波阻抗波阻抗 Wave impedance当当当当 ， 时，时， 及及 均为虚数，表均为虚数，表明横向电场与横向磁场相位相差明横向电场与横向磁场相位相差 /2/2 ，因此，沿，因此，沿 Z 方向方向没有能量单向流动，这就意味着电磁波的传播被截止。没有能量单向流动，这就意味着电磁波的传播被截止。甥底牙撼巫功瞅皮墟卧实唱墓箕夹曝垦嫉蟹旦亭酸泞蘸趣志工雌鹰匙焙痈第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq 矩形波导中存在的模式矩形波导中存在的模式 矩形波导中可能存在的模式有矩形波导中可能存在的模式有TMmn(m0，
21、n0）和和TEmn(m 0,n 0)，每种波型对应有各自的截止波长。每种波型对应有各自的截止波长。若不同模式的波具有相同的截止波长，称这两种模式简并。若不同模式的波具有相同的截止波长，称这两种模式简并。 矩形波导中矩形波导中TMmn和和TEmn，当当m和和n分别相等时，为简并波形。分别相等时，为简并波形。截 止 区TM11TE01TE20TE100a2ac区：区：截止区截止区.当工作波当工作波长长 时，矩形波时，矩形波导中不能传播任何电磁导中不能传播任何电磁波。波。区：区：单模区单模区。当工作波长。当工作波长 时，矩形波导中时，矩形波导中只能只能传输传输单一的电磁波模式单一的电磁波模式TETE
22、1010模模。对于一定的工作波长，若限定。对于一定的工作波长，若限定 /2/2a ，可保证，可保证单模传输单模传输。区：区：多模区多模区。当工作波长。当工作波长 时，矩形波导中至少可时，矩形波导中至少可以传播两种以上的电磁波模式。以传播两种以上的电磁波模式。疆淖拙冠齐蝇绘嘱碎同顶舵荷戍从其倒儒岩几猿翁哩漳郁盛寂幕卒荚始蘑第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave例例某一内部为真空的矩形金属波导，其截面尺寸为某一内部为真空的矩形金属波导，其截面尺寸为25mm10mm，当频率当频率f=104MHz 的电磁波进入波导中以后，该波导能够传的电磁波进入波导中以后，该波导
23、能够传输的模式是什么？当波导中填充介电常数输的模式是什么？当波导中填充介电常数 的理想介质后，的理想介质后，能够传输的模式有无改变？能够传输的模式有无改变？ 解解 当内部为真空时，工作波长为当内部为真空时，工作波长为波导的截止波长为波导的截止波长为TETE1010波的波的 ，TETE2020波的波的 ，更高次模的，更高次模的截止波长更短，可见，当该波导中为真空时，仅能传输的模式截止波长更短，可见，当该波导中为真空时，仅能传输的模式为为TETE1010波波。 拜酥屏刚揉雄排盼剑亢鸥玖况介墩餐瞪述铰毯亚讨瓜蚁馁埂盂涕焕份笆捆第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwav
24、e若填充若填充 的理想介质，则工作波长为的理想介质，则工作波长为可见，可以传输可见，可以传输TETE1010波及波及TETE2020波，而且还可存在其它模式。详波，而且还可存在其它模式。详细计算表明，细计算表明，TETE0101，TETE3030，TETE1111，TMTM1111，TETE2121，TMTM2121等模式均可等模式均可传输。传输。 攘锚梯迭极镰烹傣憋赫激蒲条取阀古拜蒸伴向禄岁纷感负炔娥妥嘻宽碍戏第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave其余分量为零其余分量为零三三. 矩形波导中的矩形波导中的TE10波波q TE10波场量表达式和场结构波场量表
25、达式和场结构谣吊讯雍财常诫江双霄搂腐用触葵牙锰原驴漱苛撮武裹筛钓紧想妖巴答营第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波GuidedwavegHzHxEyzyyHxEyHzxaz 方向方向沿沿 x 方方向向为为驻驻波波，沿沿 z 方方向向为为行行波波。Hz 的的振振辐辐沿沿 x 按按余余弦弦分分布布， Hz 及及 Ez 的的振振幅幅沿沿 x 按按正正弦弦分分布布，但但三三者者振振幅幅均均与与 y 无关。无关。q TE10波场结构波场结构x 方向方向畦鹏页嗣玛奴帐勘诞拉样字虱煌急右拢羹妨瓷崎琳具移秋禁羚黑嚣告哟被第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwa
26、vexzyxyzgba磁场线磁场线电场线电场线zyx内壁电流内壁电流q电磁场分布电磁场分布誉树盖祖饼匹萌埂货游样翠钨阜得怕贪事傍繁阎允返绰舜漫贾龙峪囤风舌第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波GuidedwaveqTE10模在波导壁上激励的面电流密度分布模在波导壁上激励的面电流密度分布xyab封饵伴加劝膨绽努柿换闯硝寻洪脆沙梨寿烛勋雕瑶币哺谍阑刮箭怨叼脑六第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波GuidedwaveqTE10波沿波沿z向传输的平均功率为向传输的平均功率为 式中式中|E10|为为Ey最大值最大值, 帕脸戍峨陌倒眷丫常涩毫著拎蒜厅蓉丽骡丑遣眼唯睛瑟
27、李挝跃时啃牺顾苍第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波GuidedwaveqTETE1010波的波的截止波长截止波长、相速相速、波导波长波导波长及及能速能速。 令令 m = 1, n = 0，求得，求得TETE1010波的截止波长为波的截止波长为TETE1010波的截止波长为宽壁宽度的两倍，波的截止波长为宽壁宽度的两倍，与窄壁尺寸无关与窄壁尺寸无关。 麓娇汪卓豌晒稗乓灭霹杂悲啼篓握砖辗作屿褥脯黑詹辗寇盗糕削侗趣瘤前第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave例例 若若内内充充空空气气的的矩矩形形波波导导尺尺寸寸为为 ，工工作作频频率率为为3GH
28、z3GHz。如如果果要要求求工工作作频频率率至至少少高高于于主主模模TETE1010波波的的截截止止频频率率的的20%20%，且且至至少少低低于于TETE0101波波的的截截止止频频率率的的20%20%。试试求求：波波导导尺尺寸寸a及及b；根根据据所所设设计计的的波波导导，计计算算工工作作波波长长，相相速速，波波导导波波长长及及波波阻阻抗。抗。解解 TETE1010波的截止波长波的截止波长 ， 对应的截止频率对应的截止频率 。 TE TE0101波的截止波长波的截止波长 ， 对应的截止频率对应的截止频率 ，取取驮疥手舌规完荷赣系谁淋佣篓绣纷拷奴优询秋八刺座舒咋勾杆桐诗钾析棉第八部分导行电磁波G
29、uidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave 工作波长，相速，波导波长及波阻抗分别工作波长，相速，波导波长及波阻抗分别宰挥楼粗迸颗自懦剿骚潭九纫撵伤娥岂在禾哑蔽捡枣瘫通陇掘纵隔赠沤肇第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave本节介绍由金属波导形成的谐振腔的原理及特性。本节介绍由金属波导形成的谐振腔的原理及特性。 8-3 8-3 谐振腔谐振腔 cavity resonators% 普通集中参数振荡回路不适用于高频段：普通集中参数振荡回路不适用于高频段：q频率很高时，波长短，对应的频率很高时，波长短，对应的L L和和C C元件尺寸减小，难于设计；元件尺
30、寸减小，难于设计；q随着频率的增高，电磁波的波长接近元件尺寸，由集中参数元随着频率的增高，电磁波的波长接近元件尺寸，由集中参数元件组成的振荡回路容易产生辐射，损耗增大。件组成的振荡回路容易产生辐射，损耗增大。当工作频率比较高时，须采用空腔谐振器来做振荡回路当工作频率比较高时，须采用空腔谐振器来做振荡回路v谐振腔的主要参数：谐振波长和品质因素谐振腔的主要参数：谐振波长和品质因素(Quality factor)。救汞硼塑神迭派和捆袭奖敞倦玩瑶博兹痴托藩聚泼艰贫茵垛道讲桨乡代陷第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwavev当矩形波导终端短路时，电磁波将被全部反射，在波
31、导中形当矩形波导终端短路时，电磁波将被全部反射，在波导中形成驻波。成驻波。v若矩形波导工作于主模，若矩形波导工作于主模，TETE1010波的电场仅有横向分量，短路端波的电场仅有横向分量，短路端形成电场驻波的波节。形成电场驻波的波节。v在离短路端半个波导波长处，又形成第二个电场驻波的波节。在离短路端半个波导波长处，又形成第二个电场驻波的波节。若在此处放置一块横向短路片，仍然满足电场边界条件，如下若在此处放置一块横向短路片，仍然满足电场边界条件，如下图示。图示。 dg /2baxyz根根据据TETE1010波波的的场场强强公公式式及及边边界界条条件件，求得该金属腔中电磁场方程式为求得该金属腔中电磁
32、场方程式为一、基本工作原理一、基本工作原理E电磁波在短路端及短路片电磁波在短路端及短路片之间来回反射形成驻波。之间来回反射形成驻波。悉专解眺亦毋茹乌瓜誉衙周傣缸淌着养腔挝影锤烟欺擒辣嫩踌腥陈秩卯啡第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave乖鞋戍阵榷钡孕敏欣持赚免腋磕启义棋陕载碾蹲拉殃毋溃荡该仟铂呵旁兼第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave金属腔中的电场及磁场在金属腔中的电场及磁场在 x 及及 z 方向上均形成驻波，但电场方向上均形成驻波，但电场驻波及磁场驻波的时间相位差为驻波及磁场驻波的时间相位差为 /2。%工作特点工作特
33、点当电场能量达到最大值时，磁场能量为零；反之，当磁当电场能量达到最大值时，磁场能量为零；反之，当磁场能量达到最大值时，电场能量为零。场能量达到最大值时，电场能量为零。电磁能量在电场与磁场之间不断地交换，而且无须外界输电磁能量在电场与磁场之间不断地交换，而且无须外界输入能量一直存在，这种现象称为谐振。因此这种金属腔称为入能量一直存在，这种现象称为谐振。因此这种金属腔称为谐振腔，它可作为微波电路中的谐振器件。谐振腔，它可作为微波电路中的谐振器件。嗣余赐宴蠕易畔残贾对悦剑幢非耐数比铣枉镍介奥斩迂凰戴洲镁别弃荷弓第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq对于尺寸一定
34、的谐振腔，仅对特定的频率发生谐振现象对于尺寸一定的谐振腔，仅对特定的频率发生谐振现象q发生谐振的频率称为谐振频率，对应的波长称为谐振波长发生谐振的频率称为谐振频率，对应的波长称为谐振波长谐振腔的发生谐振的长度为谐振腔的发生谐振的长度为%谐振腔的谐振频率具有多值性。谐振腔的谐振频率具有多值性。波导波长与模式有关波导波长与模式有关二、矩形谐振腔谐振频率二、矩形谐振腔谐振频率%模式不同，谐振频率也不同。模式不同，谐振频率也不同。濒奴舔纹卜府军呆毁处剧捌酝遏局术鹏讥碎尤蒜义谅枝娃蔬急渭耶贩舔蔽第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave矩形波导中矩形波导中z 向传播常数
35、为向传播常数为揪时噎执屑廊搪药绵忠娃某涤茧姜官亨窝促押缠盔瞻库贡镇请奏刑袄斜渝第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave 谐振波长或谐振频率不仅与谐振腔的尺寸有关，还与波导谐振波长或谐振频率不仅与谐振腔的尺寸有关，还与波导中的工作模式有关，每组（中的工作模式有关，每组（mnl）对应于一种模式。例如）对应于一种模式。例如TETE101101模式代表矩形波导谐振腔工作于模式代表矩形波导谐振腔工作于TETE1010波，腔长为半个波导波长。波，腔长为半个波导波长。 强韧师秆蹄具踊种墨点轧敲储对禽填逝但臀酷庐召歇镭奋拓涂曝头睫舆炸第八部分导行电磁波Guidedwave第
36、八部分导行电磁波Guidedwave三、矩形谐振腔工作于三、矩形谐振腔工作于TETE101101模式时的场结构模式时的场结构。 xzyxyzbad磁场线磁场线电场线电场线为了有效地设计谐振腔的耦合及调谐装置，必须了解谐振腔中为了有效地设计谐振腔的耦合及调谐装置，必须了解谐振腔中的场分布。的场分布。 沿沿x、z轴为正弦分布轴为正弦分布籽孜雕校吞洪炳脾茸菌原忱姓垦靛想蛤雀歹驴锈液搽佩士簿箕恶逻酥陆誉第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave和一切谐振器件一样，实际的谐振腔总存在一定的损耗。为了和一切谐振器件一样，实际的谐振腔总存在一定的损耗。为了衡量谐振器件的损耗
37、大小，通常使用品质因素衡量谐振器件的损耗大小，通常使用品质因素Q 值，其定义为值，其定义为式中式中0为谐振角频率，为谐振角频率，W为腔中总储能，也就是电场储能的时为腔中总储能，也就是电场储能的时间最大值或磁场储能的时间最大值，间最大值或磁场储能的时间最大值，Pl 为腔中的损耗功率。为腔中的损耗功率。 根据前述根据前述TETE1010波的场强公式，求出电场储能的时间最大值为波的场强公式，求出电场储能的时间最大值为四、矩形谐振腔品质因素四、矩形谐振腔品质因素q TE101 的的Q值值拱阿捶伯孪更会疾眉钡佑厘屠通歌芹绥构谗恨研祁吩谆颅裁杭点魏弘谬这第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电
38、磁波Guidedwave矩形谐振腔中矩形谐振腔中TETE101101模式的损耗功率为模式的损耗功率为 矩形波导谐振腔工作于矩形波导谐振腔工作于TETE101101模式时的模式时的Q值为值为式中式中 侍票烤糟单档侯孩稗鸯饰拇嚏惺阁倚序融姑铰懒犯银芹类祈漏急致萝奈酶第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波GuidedwaveTE01l 模式具有较高的模式具有较高的Q 值。值。TETE011011模式的最大模式的最大Q 值值发生在发生在 d 2a 附近。若附近。若 = 3cm，则，则Q 值可达值可达1044 104。减小波导壁损耗的方法相同。减小波导壁损耗的方法相同。体积应尽可能大一
39、些，以增体积应尽可能大一些，以增加储能。加储能。腔壁面积应尽可能小一些，腔壁面积应尽可能小一些，以减小损耗。以减小损耗。q圆柱腔的圆柱腔的Q 值与尺寸的关系值与尺寸的关系q提高谐振腔提高谐振腔 Q 值的方法值的方法粉榔罐限枷靠几鹃侗庇饯变派沈凿养养捕某跨郁狞塔毅搬美聋寨倾异傍呜第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave8-4 8-4 圆波波导 circular waveguidexyza ,根据边界条件，求得常数根据边界条件，求得常数 为为 为第一类为第一类 m 阶贝塞尔函数阶贝塞尔函数的第的第 n 个根。个根。 TE波波式中式中 为第一类贝塞尔函数的一阶导数
40、根。为第一类贝塞尔函数的一阶导数根。TM波：波：q 截止波数截止波数表顶锹煮砚马鹤裹囤暖赌疤衰剔切麦鞭迎袄臭甫绑急炼弗反射凄镶驹删剂第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq导波模性质及特点导波模性质及特点在在r、 方向（横截面）呈驻波分布，方向（横截面）呈驻波分布，z方向（纵向）为行波。方向（纵向）为行波。各模式具有不同的场分布和参数。各模式具有不同的场分布和参数。q单模传输单模传输 0a2aTE01TE21TM01TE113a4acTE11波具有最长的截止波长，是圆波导中的波具有最长的截止波长，是圆波导中的常用模式或称为主模。常用模式或称为主模。其次是其
41、次是TM01波。截止波长分别为波。截止波长分别为实现实现TE11波的单模传输的条件为波的单模传输的条件为关污双猪霓摘井敌认烈挤箍车骄滓辊吾慑理弄趁她贤驾岂寨议啊绞盼无邀第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave若若工工作作波波长长 给给定定，为为了了实实现现TETE1111波波单单模模传传输输，圆圆波波导导半半径径 a 必须满足必须满足圆波导主要用来构成微波器件，常用的模式有圆波导主要用来构成微波器件，常用的模式有 TETE1111模、模、 TETE0101模模和和 TMTM0101模。模。 TETE1111模是主模，但存在极化简并现象。模是主模，但存在极化简
42、并现象。 模的损耗具模的损耗具有随频率增加而单调下降的特点，在高有随频率增加而单调下降的特点，在高Q谐振腔和毫米波远通谐振腔和毫米波远通信中有广泛应用，但应用时需注意抑制其他模式。信中有广泛应用，但应用时需注意抑制其他模式。 q 应用应用释媚脯蝴匣噬浓痹迄业剐敏磅薯劫晰钓嫉南孽裂瓢枷认司功秤井字拷滤缺第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave8-5 8-5 同轴线同轴线同轴线也可看作圆形波导，其同轴线也可看作圆形波导，其可传输的模式有可传输的模式有TEM、TE和和TM TM模模 最大截止波长为最大截止波长为TM01波：截波：截止波长为止波长为 yzabx电场线
43、电场线磁场线磁场线TEM波波0TE10TM01TE11 (a + b) c (b - a)TE模模最大截止波长为最大截止波长为TE11波：截波：截止波长为止波长为 陪慧雾抱聋襄湛切函担锯屹票棍创咙幽韶贰万罕色蛙愤膀苯钾酗砚藏乾侄第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwaveq 单模传输条件单模传输条件同轴线的尺寸应满足同轴线的尺寸应满足q 应用应用为了消除同轴线中的高次模，随着频率升高，同轴线的尺寸为了消除同轴线中的高次模，随着频率升高，同轴线的尺寸必须相应地减小。但尺寸过小，损耗增加，且限制了传输功必须相应地减小。但尺寸过小，损耗增加，且限制了传输功率。因此，同
44、轴线的使用频率一般低于率。因此，同轴线的使用频率一般低于 3GHz 3GHz。但是，同轴。但是，同轴线的传输频率并无下限，这也线的传输频率并无下限，这也TEMTEM波传输线的共性。波传输线的共性。和金属波导一样，同轴线也可构成同轴谐振腔，和金属波导一样，同轴线也可构成同轴谐振腔，彭阎塔己篮尾茶痒子愿翻始旗蜗债化钙区雄注畦鹰演唯爷娶搞财队棒鬼交第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave8-6 光纤光纤q光纤的基本概念光纤的基本概念 光纤主要是由纤芯、包层、和涂光纤主要是由纤芯、包层、和涂敷层构成。敷层构成。纤芯是由高度透明的材料制成；纤芯是由高度透明的材料制成；
45、包层的折射率略小于纤芯，从而包层的折射率略小于纤芯，从而造成一种波导效应，使大部分的造成一种波导效应，使大部分的电磁场被束缚在纤芯中传输；电磁场被束缚在纤芯中传输；涂敷层的作用是保护光纤不受水涂敷层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，同时又汽的侵蚀和机械的擦伤，同时又增加光纤的柔韧性。增加光纤的柔韧性。字诌恩绰囚巳黑瞒边申藕昭匠魏泉捂蕾卜霜曾惫量败翟勃易墩豌适键雕挝第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave在涂敷层外，往往加有塑料外套。光通信中使用的光纤在涂敷层外，往往加有塑料外套。光通信中使用的光纤是横截面很小的可挠透明长丝是横截面很小的可挠透明长丝
46、,它在长距离内具有束缚和它在长距离内具有束缚和传输光的作用。传输光的作用。 贷综频棍豌位眼匿倍废钩乞伊欠嚣喜涅弗上嘴银烟刑窑召增矢棍凯写绳奠第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave基本要求基本要求波导中的纵向场分析法是求解场分布的重要方法，要求理波导中的纵向场分析法是求解场分布的重要方法，要求理解其基本思路。该方法中涉及的有关物理量，如传播常数，解其基本思路。该方法中涉及的有关物理量，如传播常数，截止波数，等是讨论波导中传播特性的关键，必须牢固掌截止波数，等是讨论波导中传播特性的关键，必须牢固掌握其物理意义和计算公式。握其物理意义和计算公式。波导中三种模式的
47、传播条件和传播特性是这一章的重点，波导中三种模式的传播条件和传播特性是这一章的重点，必须牢固掌握三种模式的分类方法和传播特性参数，如截必须牢固掌握三种模式的分类方法和传播特性参数，如截止频率、截止波长、相位常数、波导波长、相速度、波阻止频率、截止波长、相位常数、波导波长、相速度、波阻抗的计算公式。抗的计算公式。对于矩形波导，要求掌握主模及其单模传输的条件，并对于矩形波导，要求掌握主模及其单模传输的条件，并掌握波导尺寸的设计原则；了解场分布、及管壁电流分布。掌握波导尺寸的设计原则；了解场分布、及管壁电流分布。灾析捞痴沽山惊才迷疾绑母思市岁蛤希欧他韧琶司腮平橙泰塌膝币脯凶宜第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave 谐振腔：要求了解振荡模式的特点，掌握谐振频率的计谐振腔：要求了解振荡模式的特点，掌握谐振频率的计算公式，理解品质因素的物理意义，了解其计算方法算公式，理解品质因素的物理意义，了解其计算方法 圆波导和同轴线：掌握两种导波系统中的工作模式及单圆波导和同轴线：掌握两种导波系统中的工作模式及单模工作的条件，及波导的设计原则，了解其场的分布模工作的条件，及波导的设计原则，了解其场的分布佃牧祁艘责兽复社吐篮搏佛瓜钒拖竖枚否链凸坛娥棘佯犹刻顿竣沁处梢紊第八部分导行电磁波Guidedwave第八部分导行电磁波Guidedwave
