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1、 第第2章章 射频传输线射频传输线2.1 金属波导传输线的一般分析金属波导传输线的一般分析2.2 矩形波导矩形波导2.3 圆波导圆波导2.4 同轴线及其高次模同轴线及其高次模2.5 带状线带状线2.6 微带线微带线2.7 介质波导和其他微波传输线介质波导和其他微波传输线 图图2.1 2.1 金属波导传输线金属波导传输线2.1 金属波导传输线的一般分析2.1.1 2.1.1 导波方程及其求解导波方程及其求解 复数形式麦克斯韦方程组的微分形式： （2.1） （无源区）（2.2） （2.3） （2.4） 图图2.2 2.2 任意截面形状的金属波导任意截面形状的金属波导 （2.6） （2.7）导波系统
2、的导波系统的H和和E可用横向可用横向t和纵向和纵向z表示：表示： 复数形式的波动方程为 （2.15） （2.16） （2.17）（2.18） 为拉普拉斯算子为波数。 （2.22） （2.23）（2.24）（2.25） 为截止波数截止波数。 2.1.2 2.1.2 波沿波导传输的一般特性波沿波导传输的一般特性1. 波导中传输模的种类(1) Ez=0且Hz=0的传输模称为横电磁模，也称为横电磁波，记作TEM波。(2) Ez=0而Hz0的传输模称为横电模或磁模，记为TE模或H模；Ez0而Hz=0的传输模称为横磁模或电模，记为TM模或E模。空心金属管波导只能传输这类模。(3)Ez0且Hz0的传输模称为
3、混合模，分为EH模和HE模。1.截止现象和截止波长当频率足够高，而使 k kc 时， = j 为虚数（取“”号），且为相移常数，它定义为单位长度上电磁波的相位变化。这种情况下的场量可写为它表明电磁波沿z轴是传输的，这种状态下的波被称为传输波波。当频率较低，k较小而使 k 光速 2.2.3 2.2.3 矩形波导中矩形波导中TE10TE10模式的场结构图模式的场结构图 图图2.6 TE102.6 TE10模的电场分布模的电场分布 图图2.7 TE102.7 TE10模的磁场分布模的磁场分布 图图2.8 TE102.8 TE10模的电磁场分布模的电磁场分布 （a a）TE20TE20模的电磁场分布模
4、的电磁场分布 （b b） TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布图图2.9 TE202.9 TE20模和模和TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布 （a a）TE11TE11模的电磁场分布模的电磁场分布 （b b）TM11TM11模的电磁场分布模的电磁场分布图图2.10 TE112.10 TE11模和模和TM11TM11模的电磁场分布模的电磁场分布 图图2.11 2.11 矩形波导矩形波导TE10TE10模的管壁电流分布图模的管壁电流分布图2.2.4 2.2.4 矩形波导的管壁电流矩形波导的管壁电流 （a a）测量缝）测量缝 （b b）辐射缝）辐射缝图图2.12 2.12 矩形波导
5、矩形波导TE10TE10模开缝位置图模开缝位置图 2.2.5 2.2.5 矩形波导尺寸的设计考虑矩形波导尺寸的设计考虑 保证矩形波导单模传输的条件为 （2.69） 图图2.13 2.13 脊波导脊波导2.3 圆波导圆波导图图2.14 2.14 圆波导圆波导 2.3.1 圆波导中的波型及场分量1. TM模 （2.78） 、图图2.15 2.15 和和 的的变化曲化曲线圆波导圆波导TM波型的截止波长波型的截止波长 波型值值波型值值TM01TM11TM21TM022.4053.8325.1355.5202.62R1.64R1.22R1.14RTM12TM22TM03TM137.0168.4178.6
6、5010.1730.90R0.75R0.72R0.62R表表2.1 TM2.1 TM波型的截止波长波型的截止波长 2. TE模 圆波导圆波导TE波型的截止波长波型的截止波长波型值值波型值值TE11TE21TE01TE311.8413.0543.8324.2013.41R2.06R1.64R1.50RTE12TE22TE02TE135.3326.7057.0168.5361.18R0.94R0.90R0.74R表表2.2 TE2.2 TE波型的截止波长波型的截止波长 图图2.16 2.16 圆波导中波型的截止波长分布图圆波导中波型的截止波长分布图3. 圆波导中的波型及截止波长 图图2.17 2.
7、17 圆波导圆波导TETE1111模的场结构图模的场结构图2.3.2 2.3.2 圆波导中的三个主要波型及其应用圆波导中的三个主要波型及其应用 1. TE11模 图图2.18 2.18 矩形波导矩形波导TETE1010模与圆波导模与圆波导TETE1111模的波型转换器。模的波型转换器。 2. TM01模 图图2.20 2.20 圆波导圆波导TMTM0101模的场结构模的场结构 3. TE01模 图图2.21 2.21 圆波导圆波导TETE0101模的场结构模的场结构2.4 同轴线及其高次模同轴线及其高次模2.4.1 同轴线的主模TEM模 图图2.222.22同轴线同轴线 图图2.23 2.23
8、 同轴线中同轴线中TEMTEM模的电磁场分布模的电磁场分布 .获得最小的导体损耗衰减.获得最大的功率容量 1、工作波长与同轴线尺寸的关系为2.4.3 同轴线的尺寸选择2.5 带状线带状线 图图2.24 2.24 带状线的结构及主模场结构带状线的结构及主模场结构 2.5.1 特性阻抗 1.宽导体带情况 W/(b-t)0.35 （2.97） 图图2.25 2.25 带状线的分布电容带状线的分布电容 （2.98） 2.窄导体带情况W/(b-t)1时，式（2.106）右侧不等于0，因此等式左侧的纵向磁场分量也不等于0。 （2.107） 即当r1时，由式（2.107）右侧不等于0可得等式左侧的纵向电场分
9、量也不等于0。 2. 微带线的高次模及微带尺寸选择 （2.108）（2.109） 2.6.2 微带线的传输特性图图2.29 2.29 分析微带线特性的示意图分析微带线特性的示意图 （2.111） （2.112） （2.114） 式中 2.6.3 微带线的损耗与衰减（2.115）式中,为导体损耗，为介质损耗。 （2.113）2.7 介质波导和其他微波传输线介质波导和其他微波传输线2.7.1 介质波导（表面波传输线）介质波导的结构形式很多，有圆柱形、矩形等，本节仅以圆柱形介质波导为例，讨论介质波导中的传输波型及传输特性。其他结构形式的介质波导，这里仅列举几例，绘出在图2. 37中。 1.圆柱形介质波导中的场方程2.特征方程及其解介质波导中模的特征方程为 式中用计算机解上述方程时，程序框图如图2.39所示。3.传输特性图2.41 常用的圆柱形介质波导模式：TE01，TEM11，TM01模式的场型分布2.7.2 其他微波传输线1.悬置式微带线和导致式微带线2.槽线图2.43 槽线结构3.共面传输线图 2.444.鳍线5.各种MIC传输线的性能比较
