共面波导ppt-第四组

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波导

常见的波导结构主要有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤。从引导电磁波的角度看，它们都可分为内部区域和外部区域，电磁波被限制在内部区域传播（要求在波导横截面内满足横向谐振原理）。
基本信息
通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。
介质波导采用固体介质杆而不是空心管。光导纤维是在光频率工作下的介质波导。微带、共面波导、带状线或同轴电缆等传输线也可以认为是波导。
当无线电波频率提高到3000兆赫至 300吉赫的厘米波波段和毫米波波段时，同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他导波装置。波导管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简单，易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解，与普通传输线不同，波导管里不能传输 TEM模，电磁波在传播中存在严重的色散现象，色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。表面波波导的特征是在边界外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段，因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导，除具有良好传输性外，主要优点是结构简单，制作容易，可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有：介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。
圆
圆波导中也可以存在无限多个TMmn和TEmn模，m，n分别表示场沿圆周和径向的变化次数。圆波导中只存在 TM0n，TMmn（m，n=1，2，…），TE0n和TEmn（m，n=1，2,…）模。圆波导中截止波长最长的主波是TE11模，其截止波长λc=3. 41a（a为波导象为沿Z字形路径在波导中行进，在波导的壁之间来回反射。对于矩形波导的特殊情况，可以立足于这种观点的精确分析。在介质波导中的传播也可以同样的方式看待，波被电介质表面的全内反射限制在电介质的内部。一些结构，如无辐射介质波导和高保线，使用金属壁和电介质表面来限制波。

电磁场第五章均匀平面波PPT课件

5.2.1 极化的概念波的极化
在电磁波传播空间给定点处，电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹。
波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性, 是电磁理论中的一个重要概念。
一般情况下，沿+z 方向传播的均匀平面波
Ex Exm cos(t kz 1)
Ey Eym cos(t kz 2 )
ez
1
2
Em2
ez
1 2
Em2
1
wavv
能量的传输速度等于相速
3、理想介质中的均匀平面波的传播特点
x
E O
y
H
z
理想介质中均匀平面波的 E 和 H
① 均匀平面波的电场 E 磁场 H 与传播方向相互垂直，满足右手螺旋关系，电场和磁场只能在电磁波传播方向的横截面内，且相互垂直；
② 电场和磁场的幅度、相位只是传播方向坐标的函数，在传播方向的横截面内，幅度、相位保持不变；
沿 x 方向，即 E
ex
Ex
；当
t
0
，z
1 12
m 时，电场等于其振幅值1 V/m。试求：(1) E(z,t) 和
H (z,t) ；(2)电磁波的相速和波长；(3)瞬态坡印廷矢量和平均坡印廷矢量。
E(z,t) exE(z,t) exEm cos(t kz x )
Em 1V/m f 2.4GHz 2 f 4.8 109 rad/s
vp
1
1 1 108 m/s
8100 3
= 2π 1 m
k 72
S
E
H
ez
1
Em
2
ez
3
40
cos2
4.8 109t 144 z

《波导理论基础》课件

矩形波导的传输损耗主要与波导的尺寸和材料有关，可以通过优化波导尺寸和材料来降低传输损耗
矩形波导的色散特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以通过优化波导尺寸和材料来降低色散
矩形波导的模式特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以通过优化波导尺寸和材料来降低模式耦合。
矩形波导的应用
通信领域：用于传输信号，提高通信质量雷达系统：用于探测目标，提高雷达性能电子对抗：用于干扰敌方通信，保护我方通信安全医疗领域：用于医疗成像，提高诊断准确性
色散补偿：通过调整波导参数或结构，实现色散补偿，提高信号传输质量
Part Four
矩形波导
矩形波导的结构
矩形波导是一种常见的波导结构，其截面为矩形。矩形波导的尺寸包括宽度和高度，这两个参数决定了波导的传输特性。矩形波导的传输模式包括TE模式和TM模式，其中TE模式是横波，TM模式是纵波。矩形波导的传输特性可以通过计算其传输常数和色散曲线来获得。
圆波导的传输特性
色散特性：与波长、频率、材料有关
传输损耗：与波长、频率、材料有关
传输模式：TE和TM模式
模式转换：TE和TM模式之间的转换
传输效率：与波长、频率、材料有关
传输稳定性：与波长、频率、材料有关
圆波导的应用
通信领域：用于传输信号，提高通信质量
雷达领域：用于探测目标，提高雷达性能
损耗与波长的关系：波长越长，损耗越小
损耗与波导尺寸的关系：波导尺寸越大，损耗越小
损耗与波导材料的关系：不同材料的损耗不同，如金属、陶瓷、塑料等
波导的色散特性
色散现象：波导中不同频率的电磁波传播速度不同，导致信号失真
色散类型：色散可以分为群速度色散和相速度色散

第4章-介质波导

boundary
Ae
be
e r
A
g
b
ar
x y z
a
n1 n2 plane l of f incidence i id
a e a cos e a r a cos r a g a cos g b e br bg b Poyntingvector S E H
2 n1 cos g 1 2 sin 2 e n2 Eg 2n1 cos e Ee n1 cos e n 2 cos g
rTE
2 2 2 Er n1 cos e n 2 n1 sin e 2 2 Ee n1 cos e n 2 2 n 1 sin e
r cs e e
e
e
cc r
导波模
两个界面处全内反射 nf > ns > nc
2ΦS
17
nc nf ns
h
z
nc
z=h
cc
s
c e
radiation mode
x
y n=0
nf
ns
e
h
cc
r
substrate mode
h

s
2ΦC
e
h
e
cc r
rcs e
1
4.1 光的反射和折射
TE-Wave
He Ee ke e r Hr Er kr
n1 < n2
He
ke
TM-Wave
kr Er
Hr
n1 n2
x y z
Ee
e r
n1 n2
g
Eg
Hg kg
g

共面波导交指电容等效电路

共面波导交指电容等效电路下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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共面波导第四组

2.便于与其它元器件连接；
3.特性阻抗调整方便；
4.方便构成无源部件及平面天线的馈电。
02
传输特性
当金属条带与地之间的缝比较小时，共面波导工作在TEM模，因此共面波导的传输特性可以用两个参数来表征：
1、特性阻抗 2、有效介电常数 A d d t e x t m e s a g e A d d t e x t
共面波导结构示意图
COMPANY | LOGO
01
基本性质
共面波导传输线是在传统微带线的基础上变化而来的，它是将地与金属条1.2 三种基本形式的具体结构示意图
01
1.3共面波导分析方法及对比
分析方法的对比图
请输入你的标题
01
1.4 共面波导的优点
1.低色散宽频带特性；
方形共面波导结构
A和B的不同取值
03
3.2方形的共面波导传输线设计
仿真结果比较（棕色表示传统共面波导）
CPW1和传统共面波导的仿真结果图
CPW2和传统共面波导的仿真结果图
CPW3和传统共面波导的仿真结果图
03
3.2方形的共面波导传输线设计
结论：减小了损耗，达到了设计目的
共波
面导
第四组 THANKS
第一，CPW的寄生参量小
第二，容易提高集成电路的密度集
第三，CPW的色散特性要好于微带线
第四，对于各种有源或无源的两端口器件，CPW很容易实现串联或并联连接，而不必在基板上钻孔
03
3.2方形的共面波导传输线设计
目的：减小共面波导传输线的损耗
03
3.2方形的共面波导传输线设计
具体设计
参数W的不同取值
共面波导
Cpw （coplanar wavegide）

第4章光在波导中的传播

c1 c0
θ c1 = arcsin
θ c 0 = arcsin
n2 n1
n0 n1
由于n2>n0，所以 θ c1 > θ c0 ，当平面波的入射角θ 变化时，波导内可产生不同的波型。当入射角满足 θ c 0 < θ c1 < θ < 90° 时，入射平面波在上下界面均产生全反射，此时形成的波称为导波导波。导波当 θ c 0 < θ < θ c1 时，在下界面的全反射条件被破坏；当 θ < θ c 0 < θ c1 时，上下界面的全反射条件均被破坏。在这两种情况下均有一部分能量从波导中辐射出去，此时的辐射模。波称为辐射模辐射模只有导波能将能量集中在波导中导行，在平板型光波导中只有导波能将能量集中在波导中导行，导波能将能量集中在波导中导行即是由导波来传输光能量的。导波来传输光能量的即是由导波来传输光能量的。而辐射模却通过界面向外辐射能是不希望存在的寄生波。量，是不希望存在的寄生波。
β = k1z = k0 n1 sin θ
α 2 = k0 n1 sin 2 θ − (n2 / n1 ) 2
α 0 = k0 n1 sin 2 θ − (n0 / n1 ) 2
α 横向相位常数k1x决定导波模式在薄膜内的横向驻波规律，0 和α 2 决定导波在上、下界面的横向衰减规律，即决定了导波模式传播常数)，它表示的横向分布图形。β 称为轴向相位常数(或传播常数传播常数导波模式的纵向传播规律，是导波的一个重要参数。
k 0 n1
β
禁区 0 1 2
k 0 n2
辐射模
图4-3 m=0,1,2时导波的 β - ω 曲线
ωc 0
ωc1

接地共面波导和共面波导

接地共面波导和共面波导接地共面波导（Grounded Coplanar Waveguide，简称GCPW）和共面波导（Coplanar Waveguide，简称CPW）都是一种常用的微波传输线结构。

它们在微波技术和射频电路设计中都有广泛的应用，例如在无线通信系统、天线设计、射频开关和滤波器等方面都能见到它们的身影。

1. 深入介绍接地共面波导（GCPW）和共面波导（CPW）我们来深入了解接地共面波导（GCPW）和共面波导（CPW）的定义和结构。

CPW是一种平面传输线，其结构主要包括中央信号线、两侧的接地金属板和夹持层。

而GCPW是在CPW的基础上，将中央信号线两侧的金属板通过一些标准化的方式与大地平面连接起来，形成了一种与地平面共面的设计。

2. GCPW和CPW的特点和优势接下来，我们将对GCPW和CPW的特点和优势进行详细的探讨。

GCPW和CPW都具有较宽的工作频带，可以支持宽频段的信号传输。

它们都具有较低的传输损耗和较高的阻抗匹配特性，能够提供更低的信号衰减和更高的功率传输能力。

由于GCPW和CPW的结构简单，制作工艺成熟，功耗低，还能方便地与其他微波器件和射频元件集成在一起。

这些优势使得GCPW和CPW成为了微波电路设计中的重要选择。

3. GCPW和CPW的应用领域接下来，我们来探讨一些GCPW和CPW在实际应用中的典型案例。

它们常被用于设计射频开关和微波滤波器，因为其优异的阻抗匹配和低插入损耗特性能够提高开关和滤波器的性能。

GCPW和CPW也被广泛应用于射频天线设计中，如Patch天线等。

由于GCPW和CPW可以与其他微波元器件集成，所以它们在无线通信系统、射频前端模块和微波功率放大器等领域也有重要的应用。

4. 我对GCPW和CPW的观点和理解在我看来，GCPW和CPW是一种非常有价值的微波传输线结构。

它们能够提供优良的信号传输性能，并且在制作和集成方面都相对简单。

无论是在射频开关和滤波器设计，还是在射频天线和无线通信系统中，GCPW和CPW都发挥着重要的作用。

光电子第四章_光波导技术基础_朱京平PPT

第4章光波导技术基础主要内容• 4.1平面介质光波导中的光传播与导引波、41平面介质光波导中的光传播与导引波消逝波、波导•4.2平面介质光波导中光导模的几何光学分析• 4.3平面介质光波导中光导波的物理光学分析• 4.4 光纤——圆柱介质光波导• 4.5 光纤中光导波的线光学分析45• 4.6 阶跃光纤中导波的物理光学分析• 4.7光纤色散与脉冲展宽光色散与脉冲宽•光波导技术基础光源-------接收器，桥梁: 光波导.光路要求:衰减尽可能小+尽可能不失真地传输光。

介质光波导: 将光限制在一定路径中向前传播，减小光耗散，便于光的调制、耦合等，为光学系统的固体化、小型化、集成化打下了基础传统光学传输介质: 空气，+透镜、棱镜、光栅等光学元件构成光路长距离传输：存在水吸收、微粒散射，光学元件菲涅尔反射等，无实用价值。

长距离传输存在水吸收、微粒散射，光学元件菲涅尔反射等，无实用价值气体透镜：将圆管中充满清洁的空气，四周加热，调整气体流速以保持层流，用气体温差构成气体透镜，使通过的光向中心汇聚，不致耗散，但难实现。

介质光波导：可以用来引导光按需要的路径传播，并且损耗可以做到很小，分类：平面（薄膜）介质波导、条形介质波导和圆柱形介质波导。

分类平面（薄膜）介质波导条形介质波导和圆柱形介质波导•光波导技术基础光纤：阶跃折射率光纤：原理：1854年，英国的Tyndall原年英国的石英光纤应用专利：1927年，英国的Baird与美国的Hansell申请。

玻璃光纤注光：1930年，德国人玻璃光纤注光年德国人细束光纤设计：1958年，美国的Kapany第二吸收鞘引入：1958年，美国光学公司，为减少光纤包层杂散光；光纤激光器：1961年，美国的Snitzer研制。

渐变折射率光纤专利：1963年，日本的西呎等人申请产品：1968年，日本玻璃板公司研制。

1970年，美国Corning公司研制出20dB/km的低损耗光纤，开始光纤通信产业化。

siw共面波导过渡结构

siw共面波导过渡结构
SIW（Substrate Integrated Waveguide）是一种基于介质集成技术的微波/毫米波导波结构，可以在集成电路板（PCB）上实现波导的功能。

而共面波导（Coplanar Waveguide，CPW）是一种常见的微带线结构，常用于高频和微波电路设计中。

SIW共面波导过渡结构是将SIW波导和CPW波导相连接的过渡结构。

SIW共面波导过渡结构的设计目的是实现在SIW和CPW之间的信号转换和耦合。

这种过渡结构常见的形式是通过引入过渡区域，将SIW波导和CPW波导的特性相匹配。

过渡区域一般包括逐渐变窄的波导段和逐渐变窄的地平面。

通过逐渐变窄的波导段，可以实现SIW波导模式过渡到CPW波导模式，并保持较低的传输损耗。

逐渐变窄的地平面可以有效减小反射和杂散耦合。

SIW共面波导过渡结构的设计需要考虑波导的特性阻抗匹配、模式转换和反射损耗等因素。

通常，数值电磁仿真软件（如CST、HFSS等）可以用来辅助设计和优化过渡结构。

通过合适的设计和制备工艺，SIW共面波导过渡结构可以实现高效的波导连接和耦合，广泛应用于高频、毫米波和射频电路的设计和集成。

干货!抢先看微带与共面波导CPWG设计

干货!抢先看微带与共面波导CPWG设计干货！抢先看微带与共面波导CPWG设计经常有射频同行问到微带线设计的时候，采用哪种微带形式更好？或者说普通微带线和CPW/CPWG共面波导结构各自有那些优点缺点？这个问题看似简单，却很少有资料给出比较肯定的答案，下面将结合Rogers的相关文献，对这个问题进行解答。

从射频到毫米波频段，共面波导（CPW）电路是普遍应用的微带形式。

传统的共面波导是在PCB介质基片的表面上制作出导体线，底层制作接成平面GND层。

被称为接地共面波导（CPW或CPWG）的电路是传统共面波导的一种改进电路。

CPWG是在CPW电路结构的底面增加了一个接地平面，并通过过孔via连接上下地平面。

尽管CPW和CPWG两种电路都对邻道信号具有超好的隔离度，从而降低在高密度电路中的串扰。

但相比CPW，CPWG会使不连续处辐射量增加，其原因是CPWG中接地过孔的设计会影响阻抗，并增加损耗。

但另一方面，当工作频率升高时，相比微带线电路，CPWG 地孔的设计可以允许更大的介质材料厚度。

其次，在大功率电路应用中，CPWG比CPW 的散热性能更佳，而且增加的接地平面也提高了电路的机械稳定性。

最后，当工作在微波和毫米波频率时，对于相同电路材料的微带线和CPWG，CPWG的表面波泄露和辐射损耗更小。

在毫米波及以下频段，CPW和CPWG的生产工艺相对简单且电路性能的稳定性良好。

通过传输线传播的电磁波能量，特别是CPWG，其大部分能量都保留在PCB介质材料内部。

和微带线电路相比，虽然CPW和CPWG都具有更高的导体损耗，但CPW和CPWG电路的损耗特征是与频率呈线性关系。

而微带线电路，特别是在较高频段时，损耗（因与辐射损耗有关）会随着频率不断变化。

此外，CPW和CPWG的损耗可以通过合理设计过孔位置及电路尺寸来降低。

在毫米波等高频频段，电路的尺寸变得越来越小，电路中许多关键元件的尺寸将接近电路。

光波导理论教学课件-4.1

临界状态:
2 0, k0n2
衬底出现辐射模：
2为虚数， k0n2
衬底和敷层出现辐射模： 2和3为虚数， k0n3
场解（TE模E ）y：ejzE E12ccooksks12(x(xxx12))
E3e3(xd)
0xd x0 xd
衬底：
d2Ey
dx2
k02n222
Ey
0
xa
2 2

2k02n22,
E2y E2e2xaejz
将上式中 Ey的解代入（4.12a) 和（4.12b)，可得三个区域中的磁场分量的解
H
1x

0
E 1y

H
2x

E 2y
若 n2 n3 时底出现辐射，即
传播模： k0n2k0n1 只能取离散值—电磁场为离散谱
辐射模： 0k0n2 可取连续值—电磁场为连续谱
波导中的电磁场可表示为
m
m
k 0 n 2
E a lE TlE b lE TlM [a ()E T Eb ()E T] M d
dx

2
20 Ey az
H x

Ey 0

y
1
z
P

20

Ey
2
dx
P
2
E120dco2(ks1xx2)d xE2 2 0e22xd xE3 2d e23(xd)d x
0
4 0E12d1213Sde
（4）对称薄膜波导2 = 3 ，波形对称
4.1.7 导波的传输功率和有效厚度

第四章2 波导和空腔(矩、圆形波导、谐振腔)

u( x, y) ( A cos x B sin x)(Ce y De y )
3) k 0
X "( x) 0 Y "( y ) 0
X ( x) A0 B0 x Y ( y) C0 D0 y
u( x, y) ( A0 B0 x)(C0 D0 y)
m n x)sin( y )exp(ik z z ) a b
横纵向场关系式
H TM波， z 0
Ez H z 1 Ex 2 ik z i 2 k z x y 1 Ey 2 k z2 Ez H z ik z i y x
则te10cte106562ghzte20cte2013123ghzte30cte3019685ghzte01cte0114764ghzte02cte0229528ghzte11和tm11cte1116156ghzte21和tm21cte2119753ghzte12和tm12cte1230248ghzte10te20te01te11tm1120944m1此时该波导只能传输te1015ghz时此时该波导能传输te10te20te01三个导模则te10cte106562ghzte20cte2013123ghzte30cte3019685ghzte01cte0114764ghzte02cte0229528ghzte11和tm11cte1116156ghzte21和tm21cte2119753ghzte12和tm12cte1230248ghz第四章波导和空腔第四章波导和空腔4646圆形波导圆形波导纵向分量均满足的helmholtz方程谐振动方程bessel方程tm模式1基本方程和分离变量解谐振动方程m阶实宗量bessel方程sincossincos第二种表示形式是考虑到圆波导结构具有轴对称性场的极化方向具有不确定性使导波场在方向存在cosm和sinm两种可能的分布

波导传输线理论课件

以及实现多功能化设计。
新型材料与工艺在波导传输线中的应用
要点一
新材料
要点二
新工艺
采用新型材料如碳纳米管、石墨烯等可以改善波导传输线的性能，提高传输效率、减小损耗等。未来需要研究如何实现新材料在波导传输线中的稳定制备和性能优化。
采用新型工艺如纳米压印、微纳加工等可以减小波导传输线的尺寸、降低成本，提高集成度。未来需要研究如何实现新工艺的稳定性和可重复性，以及在波导传输线制作中的广泛应用。
矩形波导具有全封闭的结构，能够提供良好的电磁场隔离，减少外部干扰和辐射损耗。
在矩形波导中，电磁波的能量主要集中在波导内部，传输过程中能量损失较小。此外，矩形波导的截止频率和传播常数等参数可以通过调节其尺寸来控制。
圆波导
总结词
圆波导是一种特殊类型的波导，其横截面呈圆形。
总结词
圆波导的优点在于其封闭性和均匀性，能够提供较好的电磁场隔离和传输稳定性。
波导传输线理论课件
目录
PART 01
波导传输线概述
定义与特点
定义
波导传输线是一种用于传输电磁波的结构，通常由两个平行的金属板或导电壁构成。
特点
具有定向传播电磁波的特性，能够控制电磁波的传播方向和模式，常用于微波和毫米波频段的信号传输和能量传输。
波导传输线的历史与发展
历史
波导传输线最早可以追溯到19世纪末，随着无线电和雷达技术的发展，波导传输线逐渐得到广泛应用。
• 总结词：光纤波导的优点在于其传输速度快、带宽大、抗电磁干扰性能好和保密性强。 • 详细描述：光纤波导的尺寸通常用纤芯直径d来表示，其截止频率和传播常数等参数与纤芯直径、折射率和涂覆层厚度有关。在某些应用中，光纤波导还可以通过弯曲来改变传输方向。

共面波导课程设计

共面波导课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握共面波导的基本概念、结构特点及其工作原理；2. 掌握共面波导的传输特性、阻抗匹配条件及其在设计中的应用；3. 了解共面波导在微波电路和射频识别技术中的应用及发展趋势。

技能目标：1. 能够运用所学知识分析和解决共面波导相关问题，如计算传输线长度、阻抗匹配等；2. 能够运用仿真软件对共面波导进行建模与仿真，观察和分析其性能参数；3. 能够运用实验设备搭建共面波导实验系统，进行相关实验操作，并分析实验结果。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电磁场与微波技术领域的兴趣，激发他们探索科学技术的热情；2. 培养学生严谨、求实的科学态度，增强他们的团队合作意识和创新能力；3. 增强学生对我国在共面波导领域取得成就的自豪感，激发他们为国家和民族发展贡献力量的责任感。

课程性质分析：本课程为电磁场与微波技术专业课程，以理论学习、仿真实践和实验操作相结合的方式进行。

学生特点分析：学生处于大学本科阶段，已具备一定的电磁场理论和微波技术基础知识，具有一定的分析问题和解决问题的能力。

教学要求：结合课程性质和学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 共面波导基本概念：介绍共面波导的定义、结构特点及其与常规波导的区别；教材章节：第一章第三节。

2. 共面波导的传播特性：讲解共面波导的传输线理论、模式分析及阻抗特性；教材章节：第二章。

3. 阻抗匹配与设计：分析共面波导的阻抗匹配条件，介绍阻抗匹配设计方法；教材章节：第三章。

4. 共面波导的应用：介绍共面波导在微波电路、射频识别技术等领域中的应用；教材章节：第四章。

5. 共面波导仿真与实验：讲解共面波导建模与仿真方法，开展实验操作与分析；教材章节：第五章。

6. 共面波导发展趋势：探讨共面波导技术的研究动态和发展趋势；教材章节：第六章。