第四节 波导传输线.ppt

贝塞尔函数方程 圆柱坐标中的电磁场一般式 圆波导边界条件的特点 圆波导中波的传播特性 圆波导中波的传播特性 由场表达式可见：n表示场量沿圆柱坐标的圆周方向（?方向）变化的周期数，场量沿圆周方向的变化为三角函数。当n=0时，场量沿圆周方向为常数。i 表示贝塞尔函数及其导数的根的个数，即表示场量沿波导径向（r方向）的零点个数。 波指数的含义 传播模式 与矩形波导类似，圆波导中有无穷多个满足边界条件的模式，即波指数的每一个组合就是圆波导中满足边界条件的一个解，但不存在TE00、TEn0、TM00和TMn0模式。 与矩形波导不同，圆波导中的最低模式并不是波指数最小的模式，它的最低模式是TE11模（ H11模）。 简 并 模 当n≠0时，圆波导中的sin(n?)项和cos(n?)项是可同时存在，这两种模式其实只是在空间旋转了90°，其截止频率相同，可同时在圆波导中存在（与波导的激励方式有关），这种情况称为圆波导的极化简并。 由于圆波导存在极化简并，故一般不用圆波导传输信号。 圆波导中的常用模式 E01模 H01模 H11模 H11模场结构 特点 场分布为非圆周对称，具有极化简并。 与矩形波导中的主模TE10模相似，可以很方便的转换。 应用 精密的旋转式衰减器、移相器、截止衰减器及波长计等。 H11模截止波长最长，是最低模式: H01模场结构 A、场分布轴向对称，无极化简并; B、电场只有?分量，沿?方向均匀分布，围绕纵向磁场分量 形成闭合曲线，故又称为圆电波； C、波导壁无纵向电流，电流只沿圆周方向流动； D、管壁损耗随工作频率的增加而单调下降。 特点 应用 A、高Q谐振腔；B、远程毫米波传输；C、光纤通信。 缺点：不是最低模式。 E01模场结构 特点 ①电场轴对称，没有简并，是最低圆对称模式； 应用 由于电场是轴对称的，常常作为雷达的旋转关节。 ②磁场只有圆周分量，即只有纵向电流； ③传输损耗较大。 同轴线TEM导波模式 同轴线是—种双导体导行系统，显然可以传输TEM导波。同轴线以TEM模工作，广泛用作宽频带馈线，设计宽带元件；但当同轴线的横向尺寸可与工作波长比拟时，同轴线中也会出现TE模和TM模。它们是同轴线的高次模。 E沿径向，H沿圆周方向。 （1）截止波长 （2）波导波长 （3）传播常数 （5）相速和群速 相速 群速 （5）波阻抗 主模传输特性 矩形波导单模传输条件 单模条件 对TE20 和TE01 对TE10 习惯上矩形波导宽边尺寸a 大于窄边尺寸b，故在矩形波导中，TE10模的截止波长最长，是最低传播模式。当波导中传输的电磁波的工作频率低于TE10模的截止频率时，电磁波将很快衰减，不能在波导中传播。 小 结 欲使波导中单独存在最低模式TE10模，则需保证高次模式不能出现。当较低次的高次模截止时，较高的高次模也必然截止。 TE10模单模存在的频率范围就是矩形波导的工作带宽： TE10场结构 a、横向电场只有Ey分量，沿Y轴大小无变化，沿X轴呈正弦分布。 场结构特点 b、横向磁场HX与横向电场Ey相差一个系数，即波阻抗?10，它们在横截面的分布完全相同，但矢量方向相互正交。 c、HZ沿纵向呈余弦分布，在横截面上沿X方向呈正弦分布； HZ和HX在波导纵截面上构成了一个闭合的磁力线。 场结构特点 场分布 e、在同一平面上达到最大值，横向电场和磁场同相，但与纵向磁场相差，即相位差为。 d、磁力线总是闭合曲线，磁力线和电力线正交，总满足波印廷矢量关系。电（磁）力线越稀疏，变化越快（变化率最大），电（磁）力线最密，变化越慢（变化率最小）。 f、任意点合成场功率：电磁波在波导中的力量不是直接沿z方向传播，而是入射波和反射波在波导内壁上曲折反射的结果，合成后形成纵向功率流。 TE10模的电磁场分布 返回 只要知道波导表面切向磁场的分布，就可得出管壁电流分布。 由TE10模的磁场表达式（省去传播因子），有: 波导内壁电流 研究管壁电流的意义 利用理想导电壁的边界条件： 管壁电流与场结构密切相关，场结构决定管壁电流的分布，反过来，管壁电流也决定场结构的分布。对于波导的激励、波导参数的测量以及波导器件的设计都需要了解和利用管壁电流的分布。? 管壁电流的求解 壁电流分布 窄壁电流分布 在X＝0和X＝a的窄壁上，电流只有y分量，电流密度为常数。 在y＝0和y＝b的宽壁上，电流密度既有z分量，也有x分量，电流密度是x的函数。 宽壁电流分布 在波导宽边中央，TE10模的管壁电流只有沿z方向的电流分量。这个性质可用来进行波导的激励或耦合。因为,当沿电流方向开槽时，不会切断电流线，即不会影响波导原来的电流分布，也就是说，不会使波导内的场向外辐射。这就是为什么波导测量线总是在波导中央开槽的原因。 思考:波导中的