微波技术课件PPT概要

二、传输特性 （一）传播常数
r j
衰减常数：
表示单位长度上波的振幅值的衰减量，
与波导横截面的形状、尺寸及波导管内表面的材料， 波导内填充的介质、传输的波型以及工作频率等有关
相移常数
表示沿波导的轴向传播时单位距离内相位的变化量
理想、无耗时:
=0， =j
(二) 波导的截止现象/截止波长及传输条件
K Kc wc 2f c
截止频率 fc 2 2 Kc 截止波长 c
传输条件：K > Kc
c 即f f c
如果某一波型要在给定的波导内能够传输,则要求f>fc,具有高通滤波器的特性 对于TEM波没有截止现象, 但TE和TM波有截止现象
(三) 波的速度和波导波长 (1)相速vp:
1 j Ht r H jw 0 t H z t z t 2 2 Kc Kc
1 1 Et 2 0 jw t H z 2 jwaz t H z Kc Kc jw jw j 2 a z t H z 2 a z H t 2 Kc Kc Kc
与无界空间均匀 媒质的相同
静态场也满足同样的Laplace方程，因此一个导波系统若能传输TEM
波型，则该系统中必然能存在静电荷或恒定电流，而在单导体所构成 的空心金属波导管内，不可能存在静电荷或恒定电荷，因此也不可能 传输TEM波型。 若是双导体或多导体，则可以传输TEM波型
§3-2 规则波导中的导行波
这三类波型都是可以单独存在的波型， 对于既有Ez又有Hz，可看作是TE和TM波型的线性叠加 ——（混合波型）
（一）TE波型
Ez 0, H z 0
j
根据纵横关系
1 H r H jw E t z t z 2 t K c E 1 r E jw H t t z t z 2 K c
§3-2 规则波导中的导行波
一、波型 (模式、模)
指每一种能够单独地在规则波导中存在的电磁场的一 种分布状态（场结构） 由纵横关系可以看到
1 H t K 2 r t H z jw t E z c E 1 r E jw H t t z t z 2 Kc
j 1 Et 2 r t Ez jw t 0 2 t E z Kc Kc
1 jw H t 2 0 jw t Ez 2 az t Ez Kc Kc jw jw j 2 a z t E z 2 a z Et 2 Kc Kc Kc w a z Et
w w az H t H t az


（二）TM波型
H z 0, Ez 0
j
根据纵横关系
1 H r H jw E t z t z 2 t K c E 1 r E jw H t t z t z 2 K c
当Kc2>0时，
Ez，Hz不能同时为0，否则Et，Ht也都为0，场将不存在
当Kc2=0时， Ez，Hz必须同时为0，Et，Ht才有确定值，场才可能存在
无耗规则波导的波型可分为 TEM波（横电磁波）， Ez=Hz=0 TE波 （横电波，又称H波）， Ez=0 TM波 （横磁波，又称E波）， Hz=0
• 对于无耗规则波导，导行波沿＋z轴方向传播规律为
Z ( z ) A e jz
2 2 2 2 其中， k K c w K c
K>Kc 时，为实数，则Z(z)表示沿＋z轴方向传播的行波 K<Kc 时，为虚数， 则Z(z)表示沿＋z轴方向传播的电磁波为衰减波，只存在于激励源附近， 称为截止状态；这种损耗是一种电抗性衰减 Kc K＝Kc 时，临界状态
利用上式

（三）TEM波型 H z 0, Ez 0
无法用纵向分量表示横向分量
• 根据纵横关系，可知： E (u, v) 0 只有Kc＝0时，Et和Ht才有非零解，TEM波型应满足： 2 t H (u, v) 0
2 t
• 可通过求解该方程得到E和H
Kc 0 2 K 2 Kc2 K 2 K w

r r
vp=v,且与频率无关,无色散波型 (b) 对于TE/TM波型
2 Kc 0 v p
v 1 c
2
v
vp>v,且大小与频率有关,色散波型
(2) 波导波长g :
指波导内沿轴向传播的电磁波,其相邻的两个同相位点之间的距离 (相位相差2)
g
2


2 vp w vp f 2 2 2 2 2 2 2 1 1 c c k kc
讨论:
(a) 对于TEM波型 Kc 0 (c ) g
电磁波在波导中传播,其等相位面沿波导轴向(z轴)传播的速度 无耗波导中: V p
dz 2 dt k 2 kc k 1 kc k 2


k 1 c 2

v 1 c 2
1 c
讨论:
(a) 对于TEM波型
K c 0(c , f c 0) v p v