微波技术微波电路及天线第3章

3.4.4圆波导中三种常用 TE11、TM 01 、TE01 模式
1.主模 TE11模 TE11 模是圆波导中的最低次模，也是主 模。它有五个场分量，场结构分布如图 所示。
2. TM 01模
TM 01 模是圆波导的第一个高次模，它只
有三个场分量 E 、Ez 、H ，均与φ无关，
其横截面场分布如图所示。
波能 量的传播速度 。
波导波长
g：
在波导中，电磁波的等相位面在一个时间周期
移动的距离称为波导波长，用 表g 示。
内
波阻抗：波导中，波阻抗定义为某波型的横向电场与横向磁场之比值。
传输功率：TE、TM波的传输参数都与截止波长g 有关 。
3.2.3微波传输线中TEM波和TE、TM波特性比较
3.3矩形波导
3.3.2矩形金属波导TE波和 TM波
3.3.3矩形波导中电磁波的 传输特性
3.3.4矩形波导中的主模特 TE10 波
3.3.5波导的衰减 3.3.6 TE10波的激励方法
3.4圆形波导
3.4.1圆形波导示意图 3.4.2圆形波导TE波和TM波
3.4.3圆矩形波导中电磁波 的传输特性
3.4.4圆波导中三种常用TE11、 TM11 、TE01 模式
3.3.1矩形波导示意图
横截面为矩形的规则金属波导称为矩形波导，它是微波技术中应 用非常广泛的一种 波导。设矩形波导的宽边尺寸为a，窄边尺寸 为b，建立坐标系如图3-2所示。
图3-2矩形波导
3.3.2矩形金属波导TE波和TM波
TE波场表达式为：
TM波场表达式为M模的场结构分布图
TE10模的表面电流分布
图3-6 TE10 模式的波导壁电流分布
TE10模的纵向传输特性
截止波长 c(TE10)
相移常数 10与波导波长 g
相速 v 与群速 vg
波阻抗
传输功率
3.3.5波导的衰减
到目前为止，讨论的是理想的规则波导，实际上当电磁波传 播时，由于波导金属壁的热损耗和波导内填充介质的损耗必 然会引起能量或功率的下降。通常波导中填充空气介质，其 损耗极小，可以忽略不计，而导体损耗是不能忽略的，因而 这里主要计算波导壁上的损耗。
3.4.5三种模式的衰减
3.5 同轴线的高次模及单模 传输条件
3.5.1同轴线示意图 3.5.2同轴线TE波和TM波 3.5.3同轴线的单模传输条件
3.1分析规则金属波导的纵向场方法
3.1.1规则金属波导示意图
研究波导中的电磁场问题，实质上就是求解满足波导内壁边界条件的麦 克斯韦方程。这里试图寻找一种方法，就是先如何求出电磁场中的纵向 分量，然后利用纵向分量直接求出其他的横向分量，从而得到电磁场的 全部解。 建立坐标系，由于规则金属波导是直的，所以不管它的横截面形状如何， 总可以将 轴与波导的轴线重合，如图3-1所示。
3 TE01 模
模模TE式是01有简模并T是E模圆11 、。波T它M导有0的1 和高ET次E、模0H1 模式 ，，、H它比z与它三低T个E的场11
分量，均与ρ无关，具有轴对称性，无极 化简并现象，!横截面场分布如图所示。
3.4.5三种模式的衰减
图3-20给出了α=2.54cm圆波导的三种模式导体衰减曲线。可见 TE01模的衰减随着频率升高而单调下降，其损耗相对其他模 式也是低的。这一特点使得工作在 模TE的01圆波导用于毫米 波的远距离传输或制作高Q值的谐振腔。
图3-8矩形波导 TE10 模的衰减常数
图3-9矩形波导中几种波型的衰减
3.3.6 TE10 波的激励方法
激励波导的方法主要有电激励和磁激励两种： （1）电激励—在波导内建立起电力线，使电力线与所需波型的电力线一致。 （2）磁激励—在波导内建立起磁力线，使磁力线与所需波型的磁力线一致。
图3-10用探针在矩形波导中激励 TE10 模式
的分界线，这种状态叫做临界状态。临界状态下的工作频率和工作波长，
分别叫做截止频率 和截f止c 波长 ，截止c 波长是波导中最重要的特性
参数，因为它决定着电磁波的传输条件。
3.2.2TE和TM波的相速、群速、波导波长
相速v ：相速是指电磁波的等相位面沿波导轴向移动的速度。
群速vg ：群速是指由许多频率组成的波群的速度，它表征了电磁
图3-1任意形状横截面的规则金属波导
3.1.2纵向场方法
横向场和纵向场的亥姆霍兹方程
TE模的纵横关系式
TM模的纵横关系式
3.2 波导中电磁波的传输特性
3.2.1截止现象和截止波长
TE和TM波有截止现象，而TEM波没有截止现象，这是两类波的根本
区别之一。在某一频率下， k ，k此c 时传播常数γ=0，这是传输和截止
第3章 规则金属波导
3.1分析规则金属波导的纵 向场方法
3.1.1规则金属波导示意图 3.1.2纵向场方法
3.2 波导中电磁波的传输特性
3.2.1截止现象和截止波长 波
3.2.2TE和TM波的相速、群 速、波导波长
3.2.3微波传输线中TEM波和 TE、TM波特性比较
3.3矩形波导
3.3.1矩形波导示意图
图3-11小环激励 TE10 模
图3-12小孔耦合 TE10 模
3.4圆形波导
3.4.1圆形波导示意图
3.4.2圆形波导TE波和TM波
TE波场表达式
TM波场表达式
圆波导中 TE11、TM 01 、TM11 模的场结构及参数
3.4.3圆矩形波导中电磁波的传输特性
截止波长 式
c
计算公
圆波导中截止波长的分布图
3.3.3矩形波导中电磁波的传输特性
1.截止波长 c 计算公式及电磁波的传输条件 截止波长 c计算公式 电磁波的传输条件为 0 c
2.标准BJ－100矩形波导的截止波长分布图
3.单模传输的一般条件 和
3.3.4矩形波导中的主模特 TE10 波
TE10 模的场结构
图3-5 TE10 模的场结构图
图3-20 α=2.54cm圆波导中三种模式的衰减常数
3.5 同轴线的高次模及单模传输条件
3.5.1同轴线示意图
3.5.2同轴线TE波和TM波
TE模的截止波长 TM模的截止波长
3.5.3同轴线的单模传输条件
为了保证同轴线TEM模的单模传输,必须使 TE模11 截止，即应使 工作波长满足条件
0 (a b)