微波技术基础ppt课件.ppt

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1、第2章典型导波系统的场分析主要内容矩形波导、圆波导、同轴线场解及场结构波导尺寸设计波导正规模特性及导波主模传播特性矩形、圆波导TE波、TM波，主要用于cm、mm波段求解方法：纵向场法同轴线求解方法：静场方法（求解拉普拉斯方程）分析前提假定导波系统无耗（导体、介质损耗略）（理想导体）匀直无限长1典型导波系统的场分析矩形波导选取直角坐标系，讨论理想导体（）波导填充空气矩形波导是横截面为矩形的金属柱面波导，设宽边为a，窄边为b，如图所示：矩形波导不能传播TEM波，但可单独传播TE或TM波。纵向场法求解21．矩形

2、波导的场分布表达式及其推导过程2.矩形波导中场结构3．波导模式概念，波导波长，截止波长，波速意义和表达式4．矩形波导的主模-TE10模及其特点和单模传输的条件(尺寸选择)5．管壁电流分布6.传输功率及衰减主要内容典型导波系统的场分析——矩形波导3TM波TE波横向拉普拉斯算子：设矩形波导的宽边与直角坐标系的X轴相重合，宽度为a，窄边与Y轴相重合，高度为b，电磁波的传输方向为Z方向，纵向场分量满足的标量波动方程为：直角坐标系下纵向场分量的波动方程4(一）场分量1.矩形波导中的TE波求解边值问题归纳为：（理想导

3、体表面）对于此时选定的坐标系5纵向场分量的通解代入纵向场分量满足的波动方程得到采用分离变量法，令等式两边同除以X(x)Y(y)，得到：典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波6欲使方程两边恒等，只有两者都等于一个常数：令分别求解，有：从而得到矩形波导中纵向磁场的通解为：典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波7下面用边界条件确定待定系数边界条件典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波8而由知又利用知即典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波9同理，利用因此典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波

4、知10考虑传输型波：利用（1.2-38）和（1.2-39）式，即利用纵向场分量与横向场分量的关系可得TE波的横向场分量的表达式：（它是一个和激励有关的量）典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波(2.2-19)(自己下去推导一下)11传输型TE导模的场分量可以写成典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波m，n为任意正整数，但不能同时为零。M和n称为波型指数，任意一对m，n值对应一个基本波函数。每一个基本波函数以及它们的叠加均是麦克斯韦方程组的解。12由知（2.2-12）是一个和具体模式有关的量，称截止

5、波数。传播常数（2.40）即典型导波系统的场分析——矩形波导中的TE波132、TM波求解边值问题归纳为：（理想导体表面）对于此时选定的坐标系14典型导波系统的场分析——矩形波导中的TM波矩形波导中的TM波和TE波求解方法完全相同，可得（2.43）（2.44）（和TE波有相同表达形式）考虑正反向波，可得到的全部场分量（2.2-19）,p3615式中TM波场分量表达式TM0n或TMm0模能存在吗？16矩形波导中电磁波的传播模式及传播条件（2）TE波中最低模式为TE10或TE01模式，TM波中最低模式为TM11

6、模式，不存在TE00，TM00，TM0N，TMM0模式；（1）每组m和n都对应一个满足边界条件的特解，代表矩形波导中的一种传播模式或波型，m和n称为波型指数；（3）当<C（f>fC）时，为实数，波型可在波导中传播；当>C（f

7、数空气填充(m，n=0，1，2……)(2.2-21b)18和填充介质无关和填充介质有关（2）传播常数与波导波长以上性质，TE波和TM波相同典型导波系统的场分析——矩形波导传输特性重要参数19填充介质有关？无关？(二)模式分布与简并不管是TE波或者是TM波，其截止波数有相同的表达式，即截止波长为典型导波系统的场分析——矩形波导不同物理状态而具有相同参量的现象称为简并20波型指数相同的TE和TM波的传输特性相同，但空间电磁场结构（电磁场分布）不同，它们可同时在波导中传输。这里，不同模式而截止波长相同的现象，称

8、为模式的简并，其模式彼此称为简并模式。TEmn和TMmn都是简并的，当a=b时，TEmn、TMmn、TEnm和TMnm都是简并的，称四重简并。TE波和TE波、TM波和TM波、TE波和TM波均可以发生简并磁波简并电波简并电磁简并典型导波系统的场分析——模式分布与简并21(二)模式分布与简并简并模式特点：（1）传播常数相同（2）彼此不正交（3）一般有能量交换（4）一般应避免导波中简并模式的存在22在a、b一定的时候，计算出各模式的