导行波的概念.doc

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1、(1)导行波的概念：由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E或磁场H都是x、y、z三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型：(A)横电磁波（TEM波）：TEM波的特征是：电场E和磁场H均无纵向分量，亦即：。电场E和磁场H，都是纯横向的。TEM波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在波导中传播的。(B)横电波（TE波）：TE波即是横电波或称为“磁波”（H波），其特征是,而。亦即：电场E是纯横向的，而磁场H则具有纵向分量。(C)横磁波（TM波）：TM波即是横磁波或称为“电波”(E波)，其特征是，而。亦即：磁场H是纯横向的，而电

2、场E则具有纵向分量。TE波和TM波均为“色散波”。矩形波导中，既能传输波，又能传输波（其中代表电场或磁场在x方向半周变化的次数，n代表电场或磁场在y方向半周变化的次数)。(2)色散波的特点：由于TE波及TM波与TEM波的性质不同。色散波就有其自身的特点：(a)临界波长：矩形波导中传播的色散波，都有一定的“临界波长”。只有当自由空间的波长小于临界波长时，电磁波才能在矩形波导中得到传播。波或波的临界波长公式为：(6-2-1)(b)波导波长和相速V、群速Vc：色散波在波导中的波长用表示。波导内由入射波与反射波叠加而成的合成波，其相平面传播的速度称为相速。群速是表示

3、能量沿波导纵向传播的速度，其关系为。因为，波导中电磁波是成“之”字形并以光速传播的。所以，波导波长将大于自由空间的波长。同时，相速V也大于光速C。它们之间的相互关系为：(6-2-2)(6-2-3)图6-2-1平面波的传播图6-2-1示出了电磁波在波导中传播的方向。(3)反射系数G和驻波比r：波导终端接入负载后，由于负载性质的不同，电磁波就将在终端产生不同程度的反射。如用表示传输线的特性阻抗，用表示负载阻抗。则反射系数G为：(6-2-4)可见，反射系数G是个复数。当特性阻抗与负载阻抗相等（即接入匹配负载）时：,入射波全部被负载吸收而无反射。当终端短路（微波技术

4、中的短路是指系统终端接入全反射负载，即）时：，入射波被负载全部反射。微波技术中，还经常使用驻波比来描述传输线阻抗匹配的情况。波导中驻波比被定义为：波导中驻波电场最大值和电场最小值之比，即(6-2-5)驻波比与反射系数G之间的关系应为：(6-2-6)由此，从图6-2-2中(a)、(b)、(c)可看出电场在波导中的分布情况。(a)在负载匹配情况下有：及；波导中传播的是“行波”，其幅值为；(b)在负载短路情况下有：及；波导中传播的是“纯驻波”，其幅度值为2；(c)在其它任意负载下有：及；波导中传播的是“行驻波”，其幅度值为。传输线的目的是要无损的传输功率，故常希望

5、工作在负载阻抗匹配的情况下。(4)波：图6-2-2不同负载情况下电场在波导中的分布图由公式(6-2-1)可知，矩形波导中临界波长的最大值应出现在＝1，＝0的情况下（此时：）。这就是波。波被称为矩形波导中的“主波”，也是最简单、最有用的波形。一般矩形波导所激励的都是波。下面将讨论，波中电磁场的简单结构。(a)电场结构：波中电场E只有分量。其电力线将与x-z平面处处正交。如图6-2-3所示。在x-y平面内，,说明电场强度只与x有关，且按正弦规律变化。在x＝0及x＝a处（即：波导中的两个窄边上）。＝0。在处（即：波导宽边中央），由此，。由于，能量是沿方向传播的。因

6、此，将沿方向呈行波状态，并在的纵剖面内，沿z轴也是按正弦分布。(b)磁场结构：波中磁场H只有及分量。其磁力线将分布在x-z平面内。由于，和决定着电磁波沿z方向传播的能量，就必然要求与同相，即沿z方向在最大处，也最大，在x方向上，是呈正弦分布（与同相）。所以在横截面和纵剖面的分布情况也与相同。在讨论分布时，必须注意到，在＝0的截面上，沿x方向是呈余弦变化，即在0及x＝a处，有最大值，而在处，则有＝0。a)H10波电场结构图b)H10波磁场结构图c)波电磁场结构总图图6-2-3矩形波导中波的电磁场分布图波场的特点可以归结为：a.只存在，，三个分量；b.和均按正弦

7、规律分布，按余弦规律分布。因而和同相，并与反相。图6-2-3显示了波电磁场在矩形波导中(6)微波频率的测量：频率的测量是微波测量技术中的一个重要方面。本实验将采用“直接”和“间接”两种不同的方法来测量频率。(a)直接测量法使用外差式频率计或是数字微波频率计就能直接读出频率的数值。亦可以使用吸收式空腔波长计，利用空腔做为谐振系统，并通过机械装置进行调谐。当吸收式波长计的腔体被调节到谐振点时，输入到指示器的功率最小。此时即可由波长计中的螺旋测微计的读数D，通过D～f曲线查出被测的微波频率。本实验就是使用这种方法作为直接测量的。(b)间接测量法一般是使用测量线，先

8、测出波导波长，然后由公式：计算出待测微波信号在自由空