最新第三章规则波导和空腔谐振器
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2011第三章规则波导和空腔谐振 器
本章开始以矩形 波导为例，学习 微波电路场的分 析方法
xa
y
z b
窄边
O
宽边
TE10模场表达式的瞬时形 式
Ey
kc
H0
sin
π a
x
sin
t
z
H x
kc
H
0
sin
π a
x
sin
t
z
Hz
H0
cos
π a
x
cos
t
z
瞬时形式
传播方向
1、首先判断是TE波 还是TM波
2、电场在x方向出现 了2个最大点，在y方 向均分布
m2
n0
此为TE20波的场 结构图
3.2.6 高次波型
传播方向
1、首先判断是TE波 还是TM波
2、电场在x方向均匀 分布，在y方向出现1 个最大点
m0
n 1
此为TE01波的场 结构图
3.2.6 高次波型
通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构
TE01波的电 场
消除TE01波金属隔 板
3.2.7 激励与耦合
激励与耦合
激励：在波导中建立所需波型的方法 耦合：从波导中取出所需波型的能量的方法
激励
耦合
激励方法
电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力 线的形状和方向与所需波型的一样；
3.2.7 激励与耦合
磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形 状和方向与所需波型的一样； 电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的 方向和分布与所需波型相一致。
等效电流
定义：TE10模的等效电流为，流过一个
波导宽壁的纵向电流
a
Ie0 Jz
y0或 bdx2a π2 2
H0
b
A E
B
C
D
a
等效阻抗
Z
e
Ue Ie
Ze
U
2 e
2P
Ze
2P Ie2
用等效阻抗 Z e取代长线中的特性阻抗 后Z 0 ，可以将长线 理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理论。
3.2.6 高次波型
s
i
n
z
H x kc
H
0
sin
π a
x
s
in
z
来自百度文库
H
z
H
0
c
o
s
π a
x
c
o
s
z
红色线条代表电力线
磁场分布
3.2.1 TE10模的场结构
y
1、磁场由x和z分量共同 构成，平行与波导宽边。
z b
2、磁力线闭合，呈现跑 道形状
3、磁场的模值沿y方向 均匀不变
4、沿纵向，Hx最弱的 位置对应与电场Ey最弱 的位置。Hz最弱的位置 对于与Ey最强的位置。
3.4 空腔谐振器
空腔谐振器 从LC谐振回路到空腔谐振 器
xa
O
Ey
kc
H0
s
i
n
π a
x
s
i
n
z
Hx
kc
H
0
sin
π a
x
s
i
n
z
H
z
H
0
c
o
s
π a
x
c
o
s
z
蓝色线条代表磁力线
传播方向
λp/2
b a
TE10模式场的三维图 形
3.2.3 TE10模的壁电流分布
TE10模的壁电流分
布
已知矩形波 导内部磁场 的分布
Hx
激励装置 探针激励 在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需 波型的电场方向相一致
3.2.7 激励与耦合
传播方向
λp/2
b a
激励TE10模的探针激励装置 1、探针在波导宽边的最中心 2、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面λ/4处
传播方向
激励TE20模的探针激励装置
3.2.7 激励与耦合
传播方向
激励环
λp/2 b
a
b TEM
a
线环激励
在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型 的磁场方向相一致
3.2.7 激励与耦合
耦合孔
耦合孔
TE10
（a）
TE10
（b）
TE10
（c）
小孔激励
在波导公共壁上开一个或几个小孔，即构成小孔激 励装置
图a的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励
图b和图c的公共壁为宽壁，电场和磁场都起作用，是 混合激励。
等效电压和等效电流
波导中两点间的电压不存在唯一性 A
E
C
UAC
E dl
A
b
B
C
D
a
若取路径AEDC，则AC两点间的电压为零；
若取路径ABC，则AC两点间的电压不为零。
等效电压 定义：TE10模的等效电压为，对电场沿路径ABC积
分所得电压
b
Ve0 Eyxa2dykc H0b
3.2.5 TE10模的等效阻抗
以下研究t=0时，TE10模式场的分布情况
3.2.1 TE10模的场结构
y 电场分布
1、电场只有y分量，垂 直与波导宽边,平行与波 导窄边。
2、电场沿波导宽边呈正弦 分布，中间最强，两边壁 处为0
3、电场沿纵向呈正弦分布
4、电场的模值沿y方向 均匀不变
z b
xa
O
Ey
kc
H
0
s
in
π a
x
2、宽壁上的壁电流呈辐射状，即从中心向外发散或 由外向中心汇聚；
3.2.3 TE10模的壁电流分布
研究壁电流分布的应用
1、若为了测量和充气， 则应尽可能不割断壁电流， 如缝隙1、2。
1 2
3 4
2、若为了形成缝隙天 线，则应尽可能多割断 壁电流，如缝隙3、4
图3-2-3 波导壁上的缝隙
3.2.5 TE10模的等效阻抗
kc
H0
sin
π a
xsint z
Hz
H0
cos
π a
xcost
z
Js nHs
y
例如，t=0时刻，对于x=0处
的波导壁上
Hz H0cosz n ex
z b 波导壁上的电流分布
Js eyH 0co sz
xa
O
3.2.3 TE10模的壁电流分布
y
z
x
1、窄壁上的壁电流平行于y轴，且沿y轴均匀分布
本章开始以矩形 波导为例，学习 微波电路场的分 析方法
xa
y
z b
窄边
O
宽边
TE10模场表达式的瞬时形 式
Ey
kc
H0
sin
π a
x
sin
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z
H x
kc
H
0
sin
π a
x
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z
Hz
H0
cos
π a
x
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瞬时形式
传播方向
1、首先判断是TE波 还是TM波
2、电场在x方向出现 了2个最大点，在y方 向均分布
m2
n0
此为TE20波的场 结构图
3.2.6 高次波型
传播方向
1、首先判断是TE波 还是TM波
2、电场在x方向均匀 分布，在y方向出现1 个最大点
m0
n 1
此为TE01波的场 结构图
3.2.6 高次波型
通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构
TE01波的电 场
消除TE01波金属隔 板
3.2.7 激励与耦合
激励与耦合
激励：在波导中建立所需波型的方法 耦合：从波导中取出所需波型的能量的方法
激励
耦合
激励方法
电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力 线的形状和方向与所需波型的一样；
3.2.7 激励与耦合
磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形 状和方向与所需波型的一样； 电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的 方向和分布与所需波型相一致。
等效电流
定义：TE10模的等效电流为，流过一个
波导宽壁的纵向电流
a
Ie0 Jz
y0或 bdx2a π2 2
H0
b
A E
B
C
D
a
等效阻抗
Z
e
Ue Ie
Ze
U
2 e
2P
Ze
2P Ie2
用等效阻抗 Z e取代长线中的特性阻抗 后Z 0 ，可以将长线 理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理论。
3.2.6 高次波型
s
i
n
z
H x kc
H
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sin
π a
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来自百度文库
H
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H
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c
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x
c
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z
红色线条代表电力线
磁场分布
3.2.1 TE10模的场结构
y
1、磁场由x和z分量共同 构成，平行与波导宽边。
z b
2、磁力线闭合，呈现跑 道形状
3、磁场的模值沿y方向 均匀不变
4、沿纵向，Hx最弱的 位置对应与电场Ey最弱 的位置。Hz最弱的位置 对于与Ey最强的位置。
3.4 空腔谐振器
空腔谐振器 从LC谐振回路到空腔谐振 器
xa
O
Ey
kc
H0
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Hx
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z
蓝色线条代表磁力线
传播方向
λp/2
b a
TE10模式场的三维图 形
3.2.3 TE10模的壁电流分布
TE10模的壁电流分
布
已知矩形波 导内部磁场 的分布
Hx
激励装置 探针激励 在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需 波型的电场方向相一致
3.2.7 激励与耦合
传播方向
λp/2
b a
激励TE10模的探针激励装置 1、探针在波导宽边的最中心 2、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面λ/4处
传播方向
激励TE20模的探针激励装置
3.2.7 激励与耦合
传播方向
激励环
λp/2 b
a
b TEM
a
线环激励
在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型 的磁场方向相一致
3.2.7 激励与耦合
耦合孔
耦合孔
TE10
（a）
TE10
（b）
TE10
（c）
小孔激励
在波导公共壁上开一个或几个小孔，即构成小孔激 励装置
图a的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励
图b和图c的公共壁为宽壁，电场和磁场都起作用，是 混合激励。
等效电压和等效电流
波导中两点间的电压不存在唯一性 A
E
C
UAC
E dl
A
b
B
C
D
a
若取路径AEDC，则AC两点间的电压为零；
若取路径ABC，则AC两点间的电压不为零。
等效电压 定义：TE10模的等效电压为，对电场沿路径ABC积
分所得电压
b
Ve0 Eyxa2dykc H0b
3.2.5 TE10模的等效阻抗
以下研究t=0时，TE10模式场的分布情况
3.2.1 TE10模的场结构
y 电场分布
1、电场只有y分量，垂 直与波导宽边,平行与波 导窄边。
2、电场沿波导宽边呈正弦 分布，中间最强，两边壁 处为0
3、电场沿纵向呈正弦分布
4、电场的模值沿y方向 均匀不变
z b
xa
O
Ey
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H
0
s
in
π a
x
2、宽壁上的壁电流呈辐射状，即从中心向外发散或 由外向中心汇聚；
3.2.3 TE10模的壁电流分布
研究壁电流分布的应用
1、若为了测量和充气， 则应尽可能不割断壁电流， 如缝隙1、2。
1 2
3 4
2、若为了形成缝隙天 线，则应尽可能多割断 壁电流，如缝隙3、4
图3-2-3 波导壁上的缝隙
3.2.5 TE10模的等效阻抗
kc
H0
sin
π a
xsint z
Hz
H0
cos
π a
xcost
z
Js nHs
y
例如，t=0时刻，对于x=0处
的波导壁上
Hz H0cosz n ex
z b 波导壁上的电流分布
Js eyH 0co sz
xa
O
3.2.3 TE10模的壁电流分布
y
z
x
1、窄壁上的壁电流平行于y轴，且沿y轴均匀分布