(优选)波导波波传输系统详解.
微波器件实验中的波导设计和信号传输分析方法
微波器件实验中的波导设计和信号传输分析方法微波器件是微波领域中的一类重要设备，广泛应用于通信、雷达、导航等领域。
在微波器件实验中，波导设计和信号传输分析是非常关键的一环。
本文将介绍常见的微波器件实验中的波导设计原理及信号传输分析方法。
一、波导设计原理微波器件中常用的波导设计有矩形波导、圆柱波导和同轴电缆等。
其中，矩形波导是最常见的一种。
矩形波导的设计原理基于电磁波在导体内传播的特性。
对于TE模式（横电模），电磁场只存在横向的磁场分量，而对于TM模式（横磁模），电磁场只存在横向的电场分量。
通过合理的波导尺寸设计，可以实现特定模式的传输。
波导的尺寸设计涉及到工作频率、工作模式以及波导材料的参数等。
通常，设计人员需要根据实际的工程需求，选择合适的工作频率和模式。
然后，通过波导的截面尺寸来满足相应的传输要求。
波导的截面尺寸包括宽度和高度，它们的比值被称为波导的宽高比。
不同的宽高比对应不同的截止频率、传输损耗和模式特性。
二、信号传输分析方法在微波器件实验中，信号传输分析是评估器件性能的重要手段。
常见的信号传输分析方法包括散射参数(S参数)分析和功率传输分析。
1. 散射参数(S参数)分析S参数是描述微波器件输入输出关系的一组参数。
对于两端口器件，例如功率放大器或滤波器，它们的输入和输出可以用S参数矩阵表示。
S参数矩阵具体包括S11、S12、S21、S22四个参数。
其中，S11表示从端口1发出的电磁波在端口1反向散射的比例；S12表示从端口2发出的电磁波在端口1反向散射的比例；S21表示从端口1发出的电磁波在端口2正向传输的比例；S22表示从端口2发出的电磁波在端口2反向散射的比例。
通过测量器件的S参数，可以分析器件的性能，例如传输损耗、反射损耗、带宽等。
同时，可以通过设计合适的匹配网络，来优化器件的性能，使其在设计频率范围内实现最佳传输。
2. 功率传输分析功率传输分析是评估微波器件输出功率的一种方法。
常见的功率传输分析方法有功率增益分析和功率波导分析。
光在波导中的传播
由特征方程，波长越大，要求相应模式光波的入射角越小。因 此，截止波长实际上是波导内允许存在的光波的最大波长。
由于下界面处于全反射临界状态，因而不管对TE波还是TM波， 都有，
1 0
cos c1 1 (n2 / n1 ) 2
2 n12 n2 n1
因此截止波长表示为：
2 2h n12 n2 c m 0
一、平板光波导的射线理论 平板型波导是介质波导中最简单、最基本的结构，理论分 析也具有代表性。故本节就平板型波导从射线理论和电磁 场理论两个方面进行分析。
n0 θ x z 图 4-1 h n1 n2 平板波导及其中的射线路径
（一）
导波与辐射模
最简单的平板型光波导是由沉积在衬底上的一层均匀薄膜 构成（因而又叫做薄膜波导），如图 4-1 所示，它的折射 率 n1 比覆盖层（通常为空气）的折射率n0 及衬底层折射率 n2都高，且n1>n2>n0。设薄膜厚度为h，沿y方向薄膜不受限， 在薄膜与衬底的界面（下界面）上平面波产生全反射的临 界角为 ，而在薄膜与覆盖层的界面（上界面）上平面波 产生全反射的临界角为 ，根据全反射原理，有：
1s arctan
n sin n n1 cos
2 1 2 2 2
0 s arctan
2 n12 sin 2 n0
n1 cos
而对于TM波（即电场矢量E平行于纸面的p波），有：
1 p arctan
n sin n n cos / n1
2 1 2 2 2 2 2
其中： m 0,1,2, 全反射时相位变化
根据图中的几何关系，上式可变为：
2k0n1h cos 21 20 2m
通信技术中的波导传输技术解析
通信技术中的波导传输技术解析在通信技术领域中，波导传输技术是一种重要的信号传输方法。
通过合理设计和使用波导，可以实现高效的信号传输和通信网络的可靠性。
本文将对波导传输技术进行解析，并探讨其在通信领域中的应用。
波导是一种能够导向无线电波或光波传输的结构。
它通常由金属、玻璃或聚合物等材料制成，具有适合特定频率下波的传播特性。
波导内的电磁波被限制在波导内部传输，从而减小了信号的衰减和串扰，提高了信号的传输效率和质量。
波导传输技术在通信领域中的应用非常广泛，包括微波通信、光纤通信和毫米波通信等。
在微波通信中，波导用于传输微波信号，可以实现高速率的数据传输和远距离的通信。
光纤通信中的波导是光纤传输的关键，通过控制光在波导中的传播方式，实现光信号的高速传输和长距离传输。
毫米波通信中的波导则用于传输毫米波信号，可以实现高频率的信号传输，从而提供更大的带宽和数据容量。
波导传输技术的优点之一是它可以有效地控制和导向信号的传播。
与自由空间传播相比，波导传输可以减少信号的衰减和衍射，降低信号干扰和传输损耗。
波导传输还可以实现信号的定向传输，提高信号的聚焦度和传输效率。
这些优点使得波导传输在通信网络中得到广泛应用。
在实际应用中，波导的设计和制作是波导传输技术的重要环节。
波导的设计需要考虑波导的几何结构、材料特性和工作频率等因素。
合理的波导设计可以提供最佳的传输性能和损耗控制。
波导的制作通常采用金属加工、光刻和薄膜沉积等工艺，确保波导的精确性和稳定性。
这些工艺使得波导传输技术能够在实际应用中得到有效实施。
随着通信技术的不断发展，波导传输技术也在不断演进。
例如，在微波通信领域，传统的波导已经逐渐被微带线等新型传输介质所取代。
微带线具有更好的制作工艺和更大的设计灵活性，能够在集成电路中实现波导传输功能。
光纤通信领域也出现了更高性能和更灵活的光纤波导，例如光子晶体光纤和多模多芯光纤等。
这些新型波导传输技术为通信网络的发展带来了新的机遇和挑战。
45电磁波在波导中的传播PPT课件
，则 k z 是纯虚数，显然由因子 ei(kzzt) 看到，这不再
是行波，而是场随着z的增加而指数衰减，所以此时电 磁场不能在该波导内以TEmn或TMmn波型传播。
我们把 k2 kx2 ky2 ，即 kz 0 称为临界状态
(Critical state)，由 k z 式子得到临界频率 c.mn 称为截
因为波导中电磁波是沿管的轴向，即沿z轴方向 传播，因而电场强度为
E ( x ,t) E 0 ( x ,y ) e i( k z z t)
将此式代入亥姆霍兹方程，得到：
1-8
2xE 20 2 yE 20(k2kz2)E 00 设u ( x , y )为电磁场的任一直角分量，它满足上 式
Ez
B1kx B1ky ikz
sinkxxsinky yei(kzzt)
波导中的磁场 H ，也应该具有电场E的形式，即
H (x t) H 0 (x y ) e i(k z z t)
1-20
根据 。且有
E B H iH
t t
E ix
j
y
kzi (HxiHyjHzk)
Ex Ey Ez
只有
，才能满足，即得
B 0
E z(A sikn xx)C (sikn yyD co kyy s)ei(kzz t) (A 1 sikn yyB 1 co kyy s)sikn xxi(e kzz t)
这里 A 1 A C ,B 1 A D .
f ) 当 y=0时， Ez 0 ，即
1-16
E zB 1 sikx n xi(k e zz t)0
Hz
i B1ky
B1kx
物理实验技术中的波导传输优化技巧
物理实验技术中的波导传输优化技巧在物理实验中，波导传输是一种常见的技术，它可以用于引导电磁波的传输和控制。
在进行波导传输时，有许多优化技巧可以帮助我们提高传输效率和信号质量。
本文将介绍一些常见的波导传输优化技巧。
一、波导传输介绍波导传输是利用波导结构来引导电磁波的传输和控制的技术。
波导结构可以是金属、光纤或者半导体材料制成的导管。
波导结构中的电场、磁场和电流分布可以影响电磁波在其中的传输性能，因此寻找合适的波导结构并进行优化是非常重要的。
二、波导传输的优化技巧1. 材料选择在进行波导传输时，首先需要选择合适的材料。
材料的导电率、磁导率以及折射率等参数会影响波导的传输性能。
因此，选择具有合适参数的材料可以提高波导传输效率。
2. 结构设计波导结构的设计也是波导传输优化的重要环节。
波导的尺寸、形状和截面等参数会直接影响波导的传输性能。
通过优化这些参数，可以实现更好的传输效果。
例如，对于光波导，通过调整波导的尺寸和形状，可以实现不同模式的传输和模式匹配，从而提高传输效率。
3. 损耗补偿在波导传输中，由于材料的损耗等因素，会造成能量的损耗。
为了提高传输效率，可以采取一些损耗补偿的技巧。
例如，通过选择低损耗的材料、优化波导结构以减少耗散等方法，可以有效降低损耗。
4. 抗干扰技术在进行波导传输时，由于外界干扰的存在，信号有可能会被干扰或衰减。
为了提高传输质量，可以采取一些抗干扰技术。
例如，在波导结构周围加入屏蔽层，或者使用差动传输等方法，可以有效减少外界干扰。
5. 增强耦合和调制有些应用需要在波导中进行耦合或者调制操作。
在这种情况下，优化波导传输的技巧是非常重要的。
通过优化波导端面的形状和结构，以及控制输入光的功率和波长等参数，可以实现更好的耦合效果和调制效果。
三、实验应用和挑战波导传输优化技巧在实际应用中具有广泛的应用前景。
例如，在光通信领域，通过优化光波导传输技术，可以实现高速、高带宽的数据传输。
在微电子器件中，通过优化波导结构和传输参数，可以实现高性能的微处理器和传感器。
波导TE波,TM波传输系统
m
a
x)
x) cos(
cos( n
b
n
b
y)
y) e jt e jt z
z
Hy Hz
kc2 H0
n
(
b
)H0
m
cos(
a
cos(m x) sin( n
x) cosa(n
b y)e jt z
b
y) e jt z
kc2
( m
a
)2
( n
b
)2
2 (m )2 (n )2 2
a
b
2、横磁波----TM波 （Hz=0）
2Ex y2
2Ex
k2Ex
0
令：
T2
2 x2
2 y 2
kc2 k 2 2
T2 Ex kc2Ex 0
同理： T2 Ey kc2Ey 0
T2 Ez kc2Ez 0
T2 E kc2E 0 T2 H kc2H 0
----波导中的波动方程
T2 ----横向拉普拉斯算子
纵向分量（z分量）的波动方程及其解
vg vp v2
波阻抗Zw(TM)、 Zw(TE)
横向电场与横向磁场的比值----波阻抗 对于TM波
j Ex H y
j Ey H x
ET ex Ex ey Ey j (ex H x ey H y )
ez ET
j
(ex H x ey H y )
j
HT
ZW (TM )
ET HT
第10章 波导----TE波、TM波传输系统
波导：能够引导电磁波的结构或装置，通常 指横截面具有一定形状的金属管
波导分类：
Waveguide
波导的工作原理
打开通信世界的钥匙——波导的工作原理
波导是一种具有导波性能的导电材料，是电磁波在导体内部的传
播形式。
在通信技术领域，波导被广泛应用于微波通信和雷达等领域，是打开通信世界的钥匙。
那么，波导的工作原理是什么呢？
波导的工作原理主要是利用导波管（Waveguide）结合微波源和微
波接收器，实现微波信号的传输。
导波管是由金属管和各种金属零件
组成的，其内部空洞形状和尺寸均按照一定的规律设计，以满足微波
的传输和散射要求。
当微波源产生的电磁波进入导波管后，由于其空
洞形状和尺寸的限制，只有特定的波长才能在其中传播。
这种特定的
波长称为工作波长。
在导波管内部，电磁波被强制在管内传输，具有
低损耗、高效率、抗干扰好等特点。
波导具有许多优异的特性。
首先，它可以传输高功率微波信号，
其传输功率可达数千瓦，甚至数兆瓦级别。
其次，波导具有较好的可
靠性和耐久性，可长期稳定地运行，不会受到外界干扰而出现异常。
此外，波导的传输速率也非常快，可以满足各种高速数据传输需求。
但是，波导也存在一些问题，例如因为波长受到限制，较长的微波信
号无法在其中传输，因此波导的传输距离比较有限。
此外，波导还存
在一定的体积和重量限制，对于大容量、远距离数据传输并不适用。
总之，波导是一种非常重要的通信技术，它利用导波管技术实现
微波信号的传输，并具有高功率、可靠性和较快的传输速率等特点。
我们期待未来的科技发展，能够克服波导存在的一些问题，并在更广泛的应用中创造更大的价值和意义。
电磁波在波导中的传播
电磁波在波导中的传播电磁波是一种以电和磁场相互作用而形成的波动现象。
它的传播方式多种多样，其中一种重要的传播方式是通过波导进行传输。
波导是由导体或非导体构成的一种管道，能够有效地引导电磁波在其中传播。
本文将探讨电磁波在波导中的传播机制以及其在实际应用中的重要性。
首先，了解电磁波在波导中传播的特点和机制是理解这一现象的关键。
在波导中，电磁波的传播受限于波导的尺寸和形状。
波导可以分为矩形、圆形、椭圆形等不同的形状，每种形状都有其特定的传播特性。
当电磁波入射到波导中时，它会在导体内部发生反射、折射和透射等现象，这取决于波导的材料性质以及入射角度和频率等因素。
其次，电磁波在波导中的传播方程描述了电磁波在波导中的行为。
这种传播方程是由麦克斯韦方程组和波动方程推导而来的。
根据波导的形状和边界条件，可以求解出电磁波在波导中的传播速度、传播模式以及传播路径等信息。
其中，传播模式是指电磁波在波导中的电场和磁场分布形式，可以是横电场模式、横磁场模式和混合模式等。
根据波导的设计目的和应用需求，可以选择相应的传播模式。
在实际应用中，波导的传输特性使它成为许多领域的关键技术。
例如，微波通信系统中常常使用波导作为传输介质，因为它具有较低的传输损耗和较高的传输效率。
此外，波导还广泛应用于雷达系统、天线设计、微波加热等领域。
波导的传输特性决定了它在这些领域中的重要性和应用价值。
除了基本的传输特性，波导还有许多存世问题需要解决。
例如，波导中的多模传输、波导的非线性效应以及波导的耦合问题等。
这些问题的研究对于探索新型波导结构和提高传输效率具有重要意义。
近年来，新型波导材料和结构的研究取得了许多突破性进展，如光子晶体波导、超材料波导等，这些进展为波导技术的发展带来了新的机遇和挑战。
总之，电磁波在波导中的传播是一种重要的物理现象，具有广泛的应用价值。
通过研究电磁波在波导中的传播机制以及波导的特性，可以更好地理解和应用这一现象。
未来，随着新材料和新结构的出现，波导技术将迎来更加广泛和深入的应用，为通信、雷达等领域带来更多创新和发展。
波导相关知识（最全）
波导相关知识（最全）一、什么是波导以及它的参数有哪些波导通常指的各种形状的空心金属波导管和表面波波导，由于前者传输的电磁波完全被限制在金属管内，称封闭波导；而后者引导的电磁波则被约束在波导结构的周围，又称开波导。
被应用于微波频率的传输线，在微波炉、雷达、通讯卫星和微波无线电链路设备中用来将微波发送器和接收机与它们的天线连接起来。
因为波导是指它的端点间传递电磁波的任何线性结构。
所以波导中可能存在无限多种电磁场的结构或分布，每个电磁场的波型与对应的传播速度肯定也不一样。
会涉及到色散、传播时的损耗以及波导界面分布和它的特性阻抗。
接下来我们就从这四点去分析它的参数。
色散特性：色散特性表示波导纵向传播常数与频率的关系，常用平面上的曲线表示。
损耗：损耗是限制波导远距离传输电磁波的主要因素。
场分布：满足波导横截面边界条件的一种可能的场分布称为波导的模式，不同的模式有不同的场结构，它们都满足波导横截面的边界条件，可以独立存在。
它的两大类：电场没有纵向分量和磁场没有纵向分量。
特征阻抗：特征阻抗与传播常数有关。
在幅值上反映波导横向电场与横向磁场之比。
当不同波导连接时，特征阻抗越接近，连接处的反射越小，是量度波导连接处对电磁能反射大小的一个很有用的参量。
二、软波导与硬波导区别软波导是微波设备和馈线间起缓冲作用的传输线。
软波导内壁呈波纹结构，具有很好的柔软性，能承受复杂的弯曲、拉伸和压缩，因而被广泛用于微波设备和馈线之间的连接。
软波导的电气特性主要包括频率范围、驻波、衰减、平均功率、脉冲功率；物理机械性能主要包括弯曲半径、反复弯曲半径、波纹周期、伸缩性、充气压力、工作温度等。
下面我们来交接下软波导区别于硬波导哪些地方。
1)法兰：在许多安装和测试实验室应用中，往往很难找到具有完全合适的法兰、朝向，且设计**的硬波导结构，如通过定制，则需要等待数周至数月的交付期。
在设计、维修或更换部件等情形下，如此之长的交期必将引起不便。
波导工作原理
波导工作原理波导是一种用于传送电磁波的结构，其工作原理基于电磁波在导波结构中的传播特性。
与自由空间传播相比，波导可以提供更低的传输损耗和更高的波导模式容量。
下面将介绍波导的工作原理，包括波导的结构特点和基本传输原理。
1. 波导的结构特点波导是由两个平行金属表面或传输介质构成的结构。
其横截面形状可以是矩形、圆形或其他几何形状。
波导表面可以镀上特殊的材料来提高传输效果，也可以根据需要进行加工和调整。
2. 基本传输原理波导可以支持多种模式的电磁波传输，其中最常用的是TE （横电）、TM（横磁）和TEM（横电磁混合）模式。
这些模式是根据电磁波在波导中的场分布和传输行为而定义的。
- TE模式：在TE模式中，电场垂直于波导横截面的磁场。
该模式对应于导波结构中没有电磁场在纵向传播的电磁波，称为横电场模式。
- TM模式：在TM模式中，磁场垂直于波导横截面的电场。
该模式对应于导波结构中没有电磁场在纵向传播的电磁波，称为横磁场模式。
- TEM模式：在TEM模式中，电场和磁场都存在于波导横截面上，并且在纵向传播。
该模式对应于导波结构中传输的电磁波存在横向和纵向场分量，称为横电磁混合模式。
3. 波导的传输特性波导的传输特性主要由波导的尺寸、形状和频率等因素决定。
与传统的传输线相比，波导在高频段的传输性能更好。
波导可以在多个频段中传输，其传输损耗较小，并且可以实现大功率的传输。
4. 波导的应用波导广泛应用于通信、雷达、微波加热、微波炉等领域。
例如，一些微波器件和天线系统使用波导结构传输电磁波。
波导还可用于信息传输、信号分析和测试等方面。
总之，波导的工作原理基于电磁波在导波结构中的传输特性，通过调整波导的尺寸和形状，可以实现特定模式的电磁波传输。
它在高频段的传输性能更好，并且具有较低的传输损耗和较大的传输容量。
波导传输线理论课件
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。
导波系统的原理及应用
导波系统的原理及应用1. 导波系统的概述导波系统是一种利用导波管或波导结构传输电磁波的系统。
它由一对相互耦合的导波器件和其他辅助元件组成，能够传输宽频段的电磁波，并具有优秀的波导传输特性。
导波系统广泛应用于通信、雷达、天线等领域。
2. 导波系统的原理导波系统的工作原理基于导波管或波导结构的特性。
导波管是一种尺寸比波长大的金属管道，内壁光滑导电，而波导结构则是一种在介质中传播电磁波的导波结构。
在导波系统中，通过控制电磁波在导波器件中的传输方式实现信号的传输和处理。
2.1 导波器件导波器件是导波系统中最关键的组成部分，常见的导波器件有： - 导波管：利用金属导管内的表面电流产生电磁场将能量传输到远离的地方。
导波管可分为矩形、圆形和混合型等多种类型。
- 波导结构：由金属和介质组成的特定结构，能够指挥电磁波沿着特定方向传播。
常见的波导结构有矩形波导、环形波导等。
2.2 电磁波的传输导波系统通过导波器件传输电磁波。
当电磁波进入导波器件时，根据导波器件的设计和特性，电磁波将在导波器件内部进行传播。
导波器件的结构和尺寸决定了电磁波的模式和传输特性。
不同模式的导波器件可用于传输不同频段的电磁波。
2.3 耦合和调制导波系统中常用的耦合方式包括直接耦合、感应耦合和微带耦合等。
通过耦合，导波器件能够将输入信号传输到输出端，并实现信号的调制。
调制方式包括幅度调制、频率调制和相位调制等。
3. 导波系统的应用导波系统在通信、雷达、天线等领域有着广泛的应用。
3.1 通信领域在通信领域，导波系统用于构建高速、高频率的数据传输网络，能够实现长距离的信号传输。
导波系统在微波通信、光纤通信、卫星通信等方面都有应用。
例如，光纤通信系统采用光波导作为信息传输介质，通过光纤导波管传输光信号。
3.2 雷达领域在雷达领域，导波系统用于构建雷达天线和信号处理系统。
导波系统能够实现对雷达信号的传输和处理，提高雷达系统的性能和灵敏度。
例如，天线阵列中的波导结构用于传输接收到的雷达信号，同时还能实现波束形成和目标跟踪等功能。
第10章 波导----TE波、TM波传输系统 ppt课件
2E k2E 0 2H k2H 0
----赫姆霍兹方程
ppt课件
6
2E k2E 0 2H k2H 0
可以分解为三个标量方程
2Ex k2Ex 0
2Hx k2Hx 0
2Ey k2Ey 0
2Hy k2Hy 0
2Ez k2Ez 0
eyEym (x,
y)e
jt
z
ez Ezm
(x,
y)e
e H jt z ppt课件 y
ym (x,
y)e
jt
z
ez Hzm
(x,
y)e7 jt
z
2Ex
k2Ex
2Ex x2
2 Ex y2
2 Ex z 2
k2Ex
2Ex x2
2Ex y2
考虑到电磁波沿z方向传播，各场量包含 e jt z 因子 E(x, y, z,t) E(x, y)e jt z H (x, y, z,t) H (x, y)e jt z
E(x, y, z,t) exmEx (x, y)e jt z
H (x, y, z,t) exHxm(x, y)e jt z
得到：
1 X
2 X x2
1 Y
2Y y 2
kc2
0
2 X x2
k
2 x
X
0,
2Y y 2
ky2Y
0
其中： kc2 kx2 ky2
常微分方程的通解为三角函数的形式：
k
2 x
X
0,
2Y y 2
量子力学中的波导描述波在导体中的传播
量子力学中的波导描述波在导体中的传播量子力学是描述微观世界的一种物理理论，它对物质和能量的行为进行了建模和解释。
在量子力学中，波动性是一种重要的概念，它可以用来描述波在介质中的传播。
在导体中，波动性的描述变得更加复杂，需要引入波导的概念。
1. 波动性在量子力学中的描述量子力学中的波动性在很大程度上是通过波函数来描述的。
波函数是一种数学描述，它能够预测粒子在空间中的概率分布。
对于一维波动，可以使用薛定谔方程来描述波函数的演化。
薛定谔方程可以用来计算粒子在空间中的波函数以及与它相对应的能量。
2. 波导的概念波导是一种能够限制和引导波传播的结构。
在导体中，由于电子的存在，波的传播受到电子的散射和吸收的影响。
为了描述波在导体中的传播，需要引入波导的概念。
波导可以将波从一个区域传导到另一个区域，同时减小电子对波的干扰。
波导的结构可以采用不同形式，如平面波导、光纤等。
3. 波导中的波传播在波导中，波的传播可以通过求解波动方程来进行描述。
波动方程可以用来描述波在空间中的传播和演化。
对于导体中的波导来说，由于电子的干扰，波的传播会受到一些修正。
例如，在导体中，波的传播速度会受到电子的散射和吸收的影响，从而导致波在导体中的传播受到一定的衰减。
4. 波导中的量子力学描述对于量子力学中的波导，可以采用量子力学的方法来进行描述。
量子力学中波函数的演化可以通过量子力学的薛定谔方程来进行描述。
在导体中，由于电子的散射和吸收的影响，波函数的演化会受到一定的修正。
因此，在量子力学中描述波导中的波传播需要考虑这些修正因素，并对波函数进行相应的修正。
通过波导的概念和量子力学的理论，我们能够更加准确地描述波在导体中的传播。
波导的结构和导体的特性会对波的传播产生重要影响，因此在设计和研究相关装置时需要考虑这些因素。
量子力学的方法能够为我们提供一个更加全面的理论框架，来解释和预测导体中波的行为。
结论波导是一种重要的结构，能够限制和引导波的传播。
第3章 波导传输线理论
内截面尺寸/mm
直径
壁厚t
97.87
3.30
71.42
3.30
51.99
2.54
38.10
2.03
27.788
1.65
20.244
1.27
17.415
20
3.2.1 波导传输线的常用分析方法 • 金属波导中E、H的求解一般步骤如下： • 第1步 先从纵向分量的Ez和Hz的标量亥姆霍兹方程入手，采用分离变量法解出场的纵向分量Ez、Hz的常
微分方程表达式。 • 第2步 利用麦克斯韦方程横向场与纵向场关系式，解出横向场Ex、Ey、Hx、Hy的表达式。 • 第3步 讨论截止特性、传输特性、场结构和主要波型
3.2.1 波导传输线的常用分析方法 • • ① 波导管的内壁电导率为无穷大，即认为波导管壁是理想导体。 • ② 波导内为各向同性、线性、无损耗的均匀介质。 • ③ 波导内为无源区域，波导中远离信号波源和接收设备。 • ④ 波导为无限长。 • ⑤ 波导内的场随时间作简谐变化。
17
3.2.1 波导传输线的常用分析方法 • 在工程上，应用最多的是时谐电磁场，即以一定角频率作时谐变化或正弦变化的电磁场。由麦克斯韦方程
图3-5 方、圆波导变换器 13
3.2 波导传输线的常用分析方法及一般特性
• 在双线传输线理论中所讨论的是沿双线传输线传输的TEM波，而在金属波导中是不存在TEM波的。这是因
为若金属波导管中存在TEM波，那么磁力线应在横截面上，而磁力线应是闭合的。根据右手螺旋规则，必
有电场的纵向分量Ez，即位移电流 支持磁场。若沿此闭合磁力回线对H做线积分，积分后应等于轴向
电磁波传播与波导的特性分析
电磁波传播与波导的特性分析引言：电磁波是一种以电场和磁场交替变化的波动，广泛应用于通信、医学、雷达等领域。
波导作为电磁波传播的一种特殊结构，具有很多独特的特性。
本文将对电磁波传播的基本原理以及波导的特性进行分析和论述。
一、电磁波的传播原理电磁波的传播是通过交替变化的电场和磁场相互耦联而产生的能量传输。
它的传播速度是光速，且具有特定的频率和波长。
根据波长的不同，电磁波可以分为射电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。
二、电磁波的传播特性1. 衰减：电磁波在媒介中传播时会发生衰减，这主要是由于电磁波与媒介中的分子和原子相互作用，能量转化为热能导致信号减弱。
衰减与电磁波的频率、媒介的性质以及传输距离有关。
2. 折射：当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是由于电磁波在不同介质中传播速度不同引起的现象，根据斯涅耳定律，入射角和折射角之间的正弦比等于两种介质的折射率之比。
3. 散射：当电磁波遇到比它的波长小的物体时，会发生散射。
散射是电磁波与物体表面的微小不规则表面的相互作用，使得电磁波的传播方向发生偏转。
散射过程中，电磁波的能量会传递给物体表面，从而产生视觉上的散射现象。
三、波导的特性波导是一种由导体壳体封装的传输媒介，用于电磁波的传播。
波导中的电磁波是通过导体壳体的内部空间传输的，相比自由空间，波导具有以下特点：1. 模式选择：波导具有特定的几何形状和尺寸，这使得它只能支持特定的电磁波模式的传播。
不同的波导形状和尺寸会对电磁波的传播产生影响，从而改变波导的特性。
2. 屏蔽效果：波导的导体壳体可以起到屏蔽的作用，阻挡外部电磁波的干扰。
这使得波导在无线通信和雷达系统中具有很大的应用前景，可以减少外部干扰对信号的影响。
3. 低传输损耗：由于电磁波在波导内部传输时，会受到导体壳体的限制，使得能量损失减少，传输损耗相对较小。
因此，波导在长距离传输中起到了很好的作用。
电磁波的解析与波导传输
电磁波的解析与波导传输电磁波是由电场和磁场相互作用产生的一种能量传播方式。
它在现代通讯和无线技术中起着重要的作用。
在本文中，我们将探讨电磁波的解析以及它在波导传输中的应用。
首先，我们来了解一下电磁波的解析。
根据麦克斯韦方程组，电磁波的解析包括横电磁波和纵电磁波两种形式。
横电磁波是指电场和磁场在传播方向上垂直于彼此，而纵电磁波是指电场和磁场在传播方向上平行于彼此。
这两种形式的电磁波在实际应用中有着各自的特点和用途。
接下来，让我们探讨一下电磁波在波导传输中的应用。
波导是一种用于引导和传输电磁波的结构。
它由一个金属管或导体构成，具有一定的形状和尺寸。
波导可以限制电磁波在特定方向上的传播，并且可以提供较低的损耗和较好的抗干扰性能。
在波导传输中，电磁波可以在波导内部沿着导体表面传播。
这种传输方式比自由空间传播具有更好的传输质量和抗干扰性能。
波导的形状和尺寸对电磁波的传输特性有着重要的影响。
例如，矩形波导可以支持多种模式的传播，而圆形波导只能支持一种模式的传播。
根据波导的尺寸和工作频率，我们可以选择合适的波导形状和尺寸来满足特定的传输需求。
此外，在波导传输中，电磁波的频率和传输距离也是需要考虑的因素。
随着频率的增加，波导传输的衰减也会增加。
因此，在设计波导传输系统时，我们需要平衡传输距离和信号质量之间的关系。
波导传输不仅在通信领域得到应用，也在雷达系统和微波炉等领域得到广泛应用。
波导传输具有较低的损耗和较好的抗干扰性能，使得它在远距离传输和高频率传输方面具有优势。
总结起来，电磁波的解析和波导传输是现代通讯和无线技术中重要的一部分。
通过了解电磁波的解析形式，我们可以更好地理解电磁波的特性和应用。
而波导传输则提供了一种优化电磁波传输质量和抗干扰性能的方式。
通过合理选择波导形状、尺寸和传输参数，我们可以设计出满足特定需求的波导传输系统。
电磁波的解析和波导传输是一个广阔而复杂的领域。
本文只是对其中的一小部分进行了简要介绍。
导波和导波系统课件
国家
中国
美国
前苏联
最高允许功率密度(8小 时/日)
38 W/ cm2
10 mW/ cm2
10 W/ cm2
美国和前苏联的标准差别高达 1000 倍。前者主要是根据微波
的热效应的影响制定的，而后者则考虑了微波的非热生物效应，
特别是它对人体神经系统的影响PPT。学习交流
11
三 微波的发展和应用
军事应用：目标 检测、监视、目 标确认、绘图等
天文学应用：行星绘图、银
河星系射电噪声目标的测绘、
太阳辐射测绘、宇宙黑体辐
射的测量等。
PPT学习交流
4
三 微波的发展和应用
▪ 微波能源
加热
处理 (快速均匀)
消毒 (杀虫灭菌)
PPT学习交流
5
三 微波的发展和应用
微波加热是利用含水介质在微波场中高频极化产生介 质热损耗而使介质加热的。由于微波能够透入介质内部， 所以具有加热速度快、加热均匀和具有选择性等优点，而 且也容易实现自动控制。（电饭煲）
两边乘以
jωμ
t× H tj a zE z ①
tazH zaz H zt jE t②
两边作
t× E t j a zH z③
运算
tazE zaz E zt jH t ④
PPT学习交流29ຫໍສະໝຸດ ?(P)E(P)E
PPT学习交流
PRA
30
▪ 电子对抗
主动干扰
电子干扰
抗干扰 其它干扰
所谓电子干扰，就是利用电子手 根据雷达干扰设备和器材能否
段干涉和扰乱敌方通信、指挥、 发射干扰信号，雷达干扰分为有
预警、雷达等电子设备的行动。 源干扰和无源干扰。有源干扰是
波导波波传输系统
2Ex
k2Ex
2Ex x2
2Ex y2
2Ex z 2
k2Ex
2Ex x2
2Ex y2
2Ex
k2Ex
0
令:
T2
2 x2
2 y 2
kc2 k 2 2
T2 Ex kc2Ex 0
同理: T2 Ey kc2Ey 0
T2 Ez kc2Ez 0
T2 E kc2E 0 T2 H kc2H 0
2 Ez y2
kc2Ez
0
Ez Hz 0
用分量变量法,得到:
Ez [ Acos(kx x) B sin(kx x)][C cos(ky y) D sin(ky y)]e jt z
边界条件
1，x 0,0 y b, Ez 0, 左璧
A0
2，x a,0 y b, Ez 0, 右璧 3，y 0,0 x a, Ez 0, 底璧 4，y b,0 x a, Ez 0, 顶璧
矩形波导中得主模
对于矩形波导(a>b),TE10得截止频率最低, TE10 称为矩形波导中得主模
kc
( m )2 ( n )2
a
b
c
2
kc
对于TE模,m,n不能同时为0,否则所有得场
量为0;当 a>b 时,m,n取1,0才能保证kc最 小,TE10就是TE模得主模
对于TM模,m,n任一不能为0,否则所有得场
E(x, y, z,t) E(x, y)e jt z H (x, y, z,t) H (x, y)e jt z
E(x, y, z,t) exExm (x, y)e jt z
H (x, y, z,t) exHxm (x, y)e jt z
ey Eym (x, y)e jt z ez Ezm (x, y)e jt z ey H ym (x, y)e jt z ez H zm (x, y)e jt z
第6章 电磁波的传输
6.1
传输线概述
6.2
导行电磁波的一般传输特性分析
6.3
矩形波导中导行电磁波的传输特性
6.4
其他导波系统简介
6.5
微波传输线
6.6
电磁波传输的应用
第六章 电磁波的传输
无线传播和有线传输是传递电磁波信息的两种基本形 式。前面介绍了电磁波在无界空间的传播和不同平面媒质 边界面的反射和折射；下面将介绍电磁波在导波系统的有 界空间中的传输。导波系统是引导电磁波传输的传输线或 波导，被引导的电磁波称为导行电磁波或导波。波沿导波 系统的传播称为传输。导波系统大体分为传输横电波（TE 波）和横磁波（TM波）的空管波导和传输横电磁波（TEM 波）的实心传输线（双导体或多导体传输线），以及由它
再按边界条件匹配特点将场量划分为纵、横向分量；不必求
所有分量，只须先求与纵向边界条件匹配的纵向场标量方程
的纵向场标量后，再按纵、横场关系式由已知纵向场分量求
横向场分量。
将式（6.1）中的E、H和2 分解为直角分量
E (ax Ex ay Ey ) az Ez
H (ax Hx ay H y ) az Hz
Z TE Ex Ey j Hy Hx
式（6.19）代入式（6.26），得
Z TE
=
1
fc f
2
RTE
,
j kc
2
1
f fc
j
X
TE L
,
f > fc f<f
由式（6.15）、（6.24）和（6.26）可知
(6.25c) (6.25d) (6.26a)
(6.26b)
空管波导中导波（TM波，TE波）传输特性
Z TM Z TE 2 (Z TEM )2
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ey Eym (x, y)e jt z ez Ezm (x, y)e jt z ey H ym (x, y)e jt z ez Hzm (x, y)e jt z
得到：
z
将Maxell的（1）、（2）方程分解成分量形式
j j
Ex Ey
H z
y
Hx
H y (1) Hz (2) x
j Ez
kc2Ez
0,
2Hz x2
2Hz y 2
kc2H z
0
令： Ez (x, y, z, t) X (x) Y ( y) e jt z
得到：
1 X
2 X x2
1 Y
2Y y 2
kc2
0
2 X x2
kLeabharlann 2 xX0,
2Y y 2
k y2Y
0
其中：
kc2
kx2
k
2 y
令： H z (x, y, z, t) X (x) Y ( y) e jt z
E(x, y, z,t) E(x, y)e jt z H (x, y, z,t) H (x, y)e jt z
E(x, y, z,t) exExm (x, y)e jt z
H (x, y, z,t) exHxm(x, y)e jt z
ey Eym (x, y)e jt z ez Ezm (x, y)e jt z ey H ym (x, y)e jt z ez Hzm (x, y)e jt z
----波导中的波动方程
T2 ----横向拉普拉斯算子
纵向分量（z分量）的波动方程及其解
矢量方程：T2 E kc2E 0
T2 Ex kc2Ex 0
T2 Ey kc2Ey 0
T2 Ez kc2Ez 0
T2 H z kc2 H z 0
用分离变量法求Ez，或Hz的解
2 Ez x2
2 Ez y 2
2E k2E 0 2H k2H 0
----赫姆霍兹方程
2E k2E 0 2H k2H 0
可以分解为三个标量方程
2Ex k2Ex 0
2Hx k2Hx 0
2Ey k2Ey 0
2Hy k2Hy 0
2Ez k2Ez 0
2Hz k2Hz 0
电磁波沿z方向传播，各场量包含 e jt z 因子
Hx
1 kc2
[
j
Ez y
H z x
]
----规则波导中 不存在TEM波
kc2 2 2
（单导体波导）
----kc截止波数
均匀介质、无源区简谐波的Maxell方程
H j E (1)
• H 0 (3)
E jH (2) • E 0 (4)
对式（1) 、（2)、取 旋 度，式（3)、(4）代入其中， 有波动方程
波导波波传输系统
矩形波导
Rectangular-Plate Waveguide
我们只研究：直的、均匀的波导 •直的：不弯、无分支 •均匀：截面恒定
y
特例：矩形金属波导 b
0
z
a
x
均匀介质、无源区简谐波的Maxell方程
H j E (1)
• H 0 (3)
E jH (2) • E 0 (4)
得到：
1 X
2 X x2
1 Y
2Y y 2
kc2
0
2 X x2
k
2 x
X
0,
2Y y 2
k y2Y
0
其中： kc2 kx2 ky2
常微分方程的通解为三角函数的形式：
X Acos(kx x) B sin(kx x)
Y C cos(ky y) D sin(ky y)
Hz [Acos(kxx) Bsin(kxx)][C cos(ky y) Dsin(ky y)]e jt z
2Ex
k2Ex
2Ex x2
2Ex y2
2Ex z 2
k2Ex
2Ex x2
2Ex y2
2Ex
k2Ex
0
令：
T2
2 x2
2 y 2
kc2 k 2 2
T2 Ex kc2Ex 0
同理： T2 Ey kc2Ey 0
T2 Ez kc2Ez 0
T2 E kc2E 0 T2 H kc2H 0
m
a
x)
x) cos(
cos( n
b
n
b
y)
y) e jt e jt z
z
Hy Hz
kc2 H0
n
(
b
)H0
m
cos(
a
cos(m x) sin( n
x) cosa(n
b y)e jt z
b
y) e jt z
kc2
( m
a
)2
( n
b
)2
2 (m )2 (n )2 2
边界条件 1、Hx=0，2、Hx=0，3、Hy=0，4、Hy=0
1，x 0,0 y b, Hz 0, 左璧 x
B0
2，x a,0 y b, Hz 0, 右璧 x
kx
m
a
,m
0,1, 2...
3，y 0,0 x a, Hz 0, 底璧 y
D0
4，y b,0 x a, Hz 0, 顶璧 y
H y x
H x y
(3)
jHx
Ez y
Ey
(4)
jH y
Ex
Ez x
(5)
j H z
Ey x
Ex y
(6)
Ex
1 kc2
[
Ez x
j
H z y
]
Hy
1 kc2
[
j
Ez x
H z y
]
Ey
1 kc2
[
Ez y
j
H z x
]
用电磁场的纵 向分量可以完 全表示横向分 量-----只要求出 纵向分量，就 可以得出电磁 场的全部分量
两个旋度方程（1) 、（2)是独立的，可以分别展成三个标量方程
考虑到电磁波沿z方向传播，各场量包含 e jt z 因子 E(x, y, z,t) E(x, y)e jt z H (x, y, z,t) H (x, y)e jt z
E(x, y, z,t) exmEx (x, y)e jt z
H (x, y, z,t) exHxm(x, y)e jt z
可以得到类似的结果
根据纵向分量的存在与否，对电磁波进行分类
1、TEM波，2、TE波，3、TM波
1、横电波----TE波 （Ez=0）
Ex
j
kc2
H z y
Hx
kc2
H z x
Ey
j
kc2
H z x
Hy
kc2
H z y
Ez 0 Hz
2Hz x2
2Hz y 2
kc2 H z
0
令： H z (x, y, z, t) X (x) Y ( y) e jt z
ky
n
b
,n
0,1, 2...
Hz
m
H0 cos( a
x) cos(n
b
y)e jt z , m, n 0,1, 2...
TE波的场分量
Ex
j
kc2
(
n
b
)
H
0
cos(
m
a
x) sin( n
b
y) e jt z
Ey Ez Hx
j
0
kc2
kc2 (
( m
a
m
a
)H
)H0 sin(
m
0 sin( a