第八章矩形波导复习资料0604.

第八章 矩形波导

1. 波导中的传播条件：f>fc 或λ<λc

2. 矩形波导能传输TM 波和TE 波，不能传输TEM 波。

3. 矩形波导中：TEmn 模：m 和n 皆可取0，但又不能同时为0 TMmn 模。显然，m,n 皆不可能为0，故最低阶模为TM11

其中：m 表示电磁场沿波导宽边a 分布的半波数的个数，n 表示电磁场沿波导窄边b 分布的半波数的个数。

当m 和n 取非零值时，TMmn 模和TEmn 模具有相同的截止参数，这种现象称为模式简并，相应的模式称为简并模式。例如，TM21模和TE21模是简并模式。 4. 波长

①工作波长λ：定义：微波振荡源所产生的电磁波的波长。

v f λ=

=

若填充空气，则8310/v c m s ===⨯ 若填充r ε

的介质，则v =

②波导波长λg ：在波导内，合成波沿的等相位面在一个周期内所走过的路程定义为波导波长λg 。

2g π

λβ

=

=

③截止波长λc ：电磁波处于能传输与不能传输的临介状态，此时对应的波长称为截止波长，对应的频率叫截止频率,fc.(或定义为：导行波不能在波导中传输时所对应的最低频率称为截止频率，该频率确定的波长称为截止波长。)

g λλ

>

c c v f λ=

=

c c

v

f λ= 5.传播速度

若填充空气，则8310/v c m s ===⨯ ，若填充r ε

的介质，则v =

①相速度vp ：定义

p v ω

β

=

= 或

p g v f

λ=

p v v >

②群速度vg ：群速度（能速）就是电磁波所携带的能量沿波导纵轴方向（z 轴）的传播速度。

g v =

2p g v v v = g v v <

6.色散现象：传播速度与频率有关的现象

时延失真：波导传输频带内各不同频率的信号传输时间不等，造成信号失真，这种失真称为时延失真。

7. 波阻抗：波导中某种波型的阻抗简称为波阻抗。定义为波导横截面上该波型的电场强度与磁场强度的比值。 TM

波的：x TM y E

Z H ==TE 波

: TE Z =

无界空间中的波阻抗

:η=

空气中：0120377ηηπ===Ω 介质r ε中 ：0

r

ηηε= 8.什么是模式简并？

9. 场结构的定义：用电力线（实线）和磁力线（虚线）来表示场强空间变化规律的图形。 10.波导内的场结构图必须遵守哪些规则？并画出波导中横截面的电场结构图？ 波导内的场结构图必须遵守下列规则:（1）波导壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量;（2）电力线和磁力线一定相互垂直，二者的方向和波的传播方向一定满足右手螺旋法则;（3）磁力线一定是闭合曲线;

11. 管壁电流：理想导体管壁上形成了表面电流。

导体表面的电流密度：s

J n H =⨯

。

TE10 模的管壁电流

作为波导测量线：（a图）why?

作为辐射器：（b图）why?

12. 主模（最低阶模）：截止波长最大的模式称为主模

矩形波导的主模：TE10模。

102

c TE a

λ=

圆波导的主模：TE11模

同轴线的主模：TEM模

13.矩形波导中单模传输条件是什么？

14.矩形波导中进行单模传输，只能传输TE10模。原因在于：

（1）当波导尺寸一定时，TE10模的截止波长最长，因此只要工作波长选择合适，就可保证只传输TE10模。

（2）当工作波长一定时，TE10模所需要的波导尺寸最小。

（3）TE10波的截止波长与波导的b 边无关，可通过控制b 边来抑制其他型波，也可改变体积和功率容量

（4）采用TE10波传输频带最宽

（5）TE10波场结构简单，便于激励和耦合。

15.极限传输功率（功率容量）：在不发生击穿的情况下所允许的最大传输功率。 16.允许传输功率一般为行波功率容量的20%-30%.

17.既保证单模传输，又得到最大传输功率，工作波长选在0.50.9c

λ

λ<

<的范围。

18.波导的激励——在波导中产生导行波。 波导的耦合——从波导特定模式场中提取能量

19. 3种激励方法：电场激励；磁场激励；电流（窗口）激励

（1）电场激励具体实现方法：将同轴线的内导体延伸一小段沿电场方向插入矩形波导内构成探针激励，由于这种激励类似于电偶极子的辐射，故称电激励。

（2）磁场激励具体实现方法：将同轴线的内导体延伸一小段后弯成环形，将其端部焊在外导体上，然后插入波导中所需激励模式的磁场最强处，由于这种激励类似于磁偶极子辐射，称为磁激励。

（3）电流激励具体实现方法：在两个波导的公共壁上开孔或缝，使一部分能量辐射到另一波导去，以此建立所要的传输模式。

20 圆波导：波导截面为圆形的波导称为圆波导

圆波导中TMni模与TEni模（其中下标n=0,1,2,…,表示场沿半圆周方向的半波数的个数;下标i=1,2,…,表示场沿半径方向的半波数的个数）

（i不能为0 ）所以，圆波导中不存在TEn0和TMn0

圆波导中最常用的三个主要模式为TE11、TE01和TM01模。

其中主模为：TE11模(λc=3.41R)

要保证单模传输（只传输TE11模）则工作波长取值范围：2.62 R <λ<3.41R

21.同轴线：即可传输无色散的TEM波，也可能存在有色散的TE和TM波。

同轴线传输主模—TEM模.