文档介绍：§ 引言
§ TE、TM波的解、传输参数
§ 矩形波导:解、场结构、模式
§ 圆波导:解、场结构、模式、特点
§ 同轴线:解、类型、高次模
§ 微带线(平面传输线):结构、特点、应用
1
§ 引言
1900S前,人们认为电磁波只能在多导体传输线中传播。1897,Lord Rayleigh等人在数学上证明了圆波导和矩形波导可以传播电磁波。1936年,在AT&T 和MIT 做了波在波导中传播的实验并发表了相关的论文。波导可传输大的功率,但它们不易制作微波元件。
二战期间出现了带状线,1960以后微带线技术成熟。现在一般指平面传输线为微带线,用微带线易制作各种元件和微波集成电路。
本章将采用“场”法分析空心波导、平面传输线的传输特性。
传输线的使用是微波工程发展的里程碑之一。
2
当人或物靠近双导线时会对波的传输产生较大影响。这说明:双线与外界有能量交换,它带来的直接问题是:能量损失和工作不稳定。究其原因是开放造成的特点。
波导很多书从概念上认为是双导线两侧连续加对称λ/4支节,直到构成封闭电路为止。如果其导线的宽度是W,则波导的宽边为:
3
波导的一般理论包括三个部分:广义传输线理论,(用纵向分量表示的)分离变量法和简正模理论。
波导一般理论
广义传输线理论
分离变量法
简正模理论
4
§ TEM、TE和TM波的通解
一、规则波导
1. 波导条件:假定截面不随z而变化
2. 理想均匀条件:波导内ε,μ均匀,波导内壁σ无限大
3. 无限条件:波导无限长
4. 无源条件:(J==0)
二、纵横场的关系
1. 无源场的矢量波动方程
5
场分解为:
算子分离:
时空分离:
(2-2)、(2-3)代入(2-1)得纵、横场的波动方程
6
2. 纵横场的关系
(2-2)代入Maxwell’s微分方程式得纵横场关系:
可见解出纵向场,利用(2-5)可得全解。
7
三、导行波的分类
1. TEM波( Ez=0、Hz=0)
由式(2-5,纵横场关系式)得: 。对于TEM波, β=k, 故相速、波长及波阻抗和无界均匀媒质空间中的相同。此时不能用纵向场分析法, 可用二维静态场分析法或第一章中的传输线方程法进行分析。
由(2-4,波动方程)得:
二维Laplace方程,表明TEM波在横截面上的场分布与二维静电场分布完全一样,需多导体系统传输。闭合空心导体(波导)不能传输TEM波。
波阻抗
8
2. TE波( Ez=0,H波)
3. TM波( Hz=0,E波)
纵横场关系
纵横场关系
波阻抗
波阻抗
9
四、导行波的传播特性
1. 截止现象和截止波长
传输状态
截止状态
临界状态
截止波长:
高通滤波器
10