第5章电磁场与微波技术+课件PPT(黄玉兰.pptx

第第5 5章章 微波传输线微波传输线 金属波导传输线的一般分析金属波导传输线的一般分析5.1矩形波导矩形波导5.2圆波导圆波导5.3 带状线带状线 5.5 微带线微带线 5.6同轴线及其高次模同轴线及其高次模5.4 图图5.1 5.1 金属波导传输线金属波导传输线5.1 5.1 金属波导传输线的一般分析金属波导传输线的一般分析 5.1.1 5.1.1 导波方程及其求解导波方程及其求解 （5.15.1）（5.25.2）（5.35.3）（5.45.4）图图5.2 5.2 任意截面形状的金属波导任意截面形状的金属波导 （5.65.6）（5.75.7）（5.155.15）（5.165.16）（5.175.17）（5.185.18）（5.225.22）（5.235.23）（5.245.24）（5.255.25）5.1.2 5.1.2 波沿波导传输的一般波沿波导传输的一般特性特性 1.1.波导中传输模的种类波导中传输模的种类 E Ez z=0=0且且H Hz z=0=0的传输模称为横电磁模，的传输模称为横电磁模，也称为横电磁波，记作也称为横电磁波，记作TEMTEM波。波。(2)E(2)Ez z=0=0而而H Hz z00的传输模称为横电的传输模称为横电模或磁模，记为模或磁模，记为TETE模或模或H H模；模；E Ez z00而而H Hz z=0=0的传输模称为横磁模或电的传输模称为横磁模或电=模，记为模，记为TMTM模或模或E E模。空心金属管模。空心金属管波导只能传输这类模。波导只能传输这类模。(3)E(3)Ez z00且且H Hz z00的传输模称为的传输模称为混合模，分为混合模，分为EHEH模和模和HEHE模。模。2.2.截止波长截止波长（5.275.27）3.3.波的速度波的速度 相速度定义为波型的等相位面沿波导相速度定义为波型的等相位面沿波导纵向移动的速度。公式为纵向移动的速度。公式为 （5.285.28）群速度是指由许多频率组成的波群的群速度是指由许多频率组成的波群的速度，或者说是波包的速度。定义为速度，或者说是波包的速度。定义为 （5.295.29）4.4.波导波长波导波长（5.315.31）5.5.波阻抗波阻抗 （5.325.32）（5.335.33）6.6.功率流功率流 （5.345.34）5.2 5.2 矩形波导矩形波导 图图5.3 5.3 矩形波导矩形波导 图图5.4 5.4 矩形波导的形成矩形波导的形成 5.2.1 5.2.1 矩形波导中的波型矩形波导中的波型及场分量及场分量 1.TM1.TM模模(5.44)(5.44)2.TE 2.TE模模 5.2.2 5.2.2 矩形波导中波的纵向矩形波导中波的纵向传输特性传输特性 1.1.截止波长截止波长 或或 (5.52)(5.52)(5.54)(5.54)(5.55)(5.55)图图5.5 BJ-1005.5 BJ-100型波导的截止波长分布图型波导的截止波长分布图2.2.相速度和相波长相速度和相波长 3.3.群速度群速度 例例5.15.1用用BJBJ3232型波导作馈线，试问：型波导作馈线，试问：（1 1）当工作波长为）当工作波长为6cm6cm时，波导中能时，波导中能传输哪些模式传输哪些模式?（2 2）为保证单模传输，工作波长范）为保证单模传输，工作波长范围应为多少围应为多少?（3 3）在传输）在传输TETE1010模时，测得相邻两波模时，测得相邻两波节点的距离为节点的距离为10.9cm10.9cm，工作波长，工作波长和和波导波长波导波长p p为多少？为多少？（4 4）当波导中传输工作波长为）当波导中传输工作波长为10cm10cm的的TETE1010模时，模时，pp、v vp p及及v vg g为多少？为多少？解（解（1 1）BJ-32BJ-32型波导，型波导，由公式，由公式既工作波长为既工作波长为6cm6cm时，波导中能传输时，波导中能传输TE10TE10模、模、TE20TE20模、模、TE01TE01模、模、TE11TE11模和模和TM11TM11模。模。（2）为保证单模传输，工作波长范围应为）为保证单模传输，工作波长范围应为工作波长为工作波长为cm （4）当波导中传输工作波长为）当波导中传输工作波长为10cm的的TE10模时，模时，光速光速 5.2.3 5.2.3 矩形波导中模式的场矩形波导中模式的场结构图结构图 图图5.6 TE105.6 TE10模的电场分布模的电场分布 图图5.7 TE105.7 TE10模的磁场分布模的磁场分布 图图5.8 TE105.8 TE10模的电磁场分布模的电磁场分布 （a a）TE20TE20模的电磁场分布模的电磁场分布 ）TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布图图5.9 TE205.9 TE20模和模和TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布 （a a）TE11TE11模的电磁场分布模的电磁场分布 （b b）TM11TM11模的电磁场分布模的电磁场分布图图5.10 TE115.10 TE11模和模和TM11TM11模的电磁场分布模的电磁场分布 5.2.4 5.2.4 矩形波导的管壁电流矩形波导的管壁电流 图图5.11 5.11 矩形波导矩形波导TE10TE10模的管壁电流分布图模的管壁电流分布图 （a a）测量缝）测量缝 （b b）辐射缝）辐射缝图图5.12 5.12 矩形波导矩形波导TE10TE10模开缝位置图模开缝位置图 5.2.5 5.2.5 矩形波导尺寸的设计矩形波导尺寸的设计考考 保证矩形波导单模传输的条件为保证矩形波导单模传输的条件为 （5.695.69）图图5.13 5.13 脊波导脊波导5.3 5.3 圆波导圆波导图图5.14 5.14 圆波导圆波导 5.3.1 5.3.1 圆波导中的波型及场圆波导中的波型及场分量分量1.TM1.TM模模（5.785.78）、图图5.15 5.15 和和 的变化曲线的变化曲线 波型波型值值值值波型波型值值值值TMTM0101TMTM1111TMTM2121TMTM02022.4052.4053.8323.8325.1355.1355.5205.5202.62R2.62R1.64R1.64R1.22R1.22R1.14R1.14RTMTM1212TMTM2222TMTM0303TMTM13137.0167.0168.4178.4178.6508.65010.17310.1730.90R0.90R0.75R0.75R0.72R0.72R0.62R0.62R表表5.1 TM5.1 TM波型的截止波长波型的截止波长 2.TE 2.TE模模 波型波型值值值值波型波型值值值值TETE1111TETE2121TETE0101TETE31311.8411.8413.0543.0543.8323.8324.2014.2013.41R3.41R2.06R2.06R1.64R1.64R1.50R1.50RTETE1212TETE2222TETE0202TETE13135.3325.3326.7056.7057.0167.0168.5368.5361.18R1.18R0.94R0.94R0.90R0.90R0.74R0.74R表表5.2 TE5.2 TE波型的截止波长波型的截止波长 3.3.圆波导中的波型及截止波长圆波导中的波型及截止波长 图图5.16 5.16 圆波导中波型的截止波长分布图圆波导中波型的截止波长分布图 5.3.2 5.3.2 圆波导中的三个主要圆波导中的三个主要波型及其应用波型及其应用 1.TE1.TE11 11模模 图图5.17 5.17 圆波导圆波导TETE1111模的场结构图模的场结构图 图图5.18 5.18 矩形波导矩形波导TETE1010模与圆波导模与圆波导TETE1111模的波型转换器。模的波型转换器。2.TM 2.TM01 01模模 图图5.20 5.20 圆波导圆波导TMTM0101模的场结构模的场结构 3.TE 3.TE01 01模模 图图5.21 5.21 圆波导圆波导TETE0101模的场结构模的场结构5.4 5.4 同轴线及其高次模同轴线及其高次模5.4.1 5.4.1 同轴线的主模同轴线的主模TEMTEM模模 图图5.225.22同轴线同轴线 图图5.23 5.23 同轴线中同轴线中TEMTEM模的电磁场分布模的电磁场分布 5.4.3 5.4.3 同轴线的尺寸选择同轴线的尺寸选择 由式（由式（5.96）可以得到工作波长与同）可以得到工作波长与同轴线尺寸的关系为轴线尺寸的关系为 .获得最小的导体损耗衰减获得最小的导体损耗衰减.获得最大的功率容量获得最大的功率容量 5.5 5.5 带状线带状线 图图5.24 5.24 带状线的结构及主模场结构带状线的结构及主模场结构 5.5.1 5.5.1 特性竹抗特性竹抗 1.1.宽导体带情况宽导体带情况 W/(b-t)0.35W/(b-t)0.35（5.975.97）图图5.25 5.25 带状线的分布电容带状线的分布电容 （5.985.98）2.2.窄导体带情况窄导体带情况W/(b-t)0.35W/(b-t)1r1时，式（时，式（5.1065.106）右侧不等）右侧不等于于0 0，因此等式左侧的纵向磁场分量也不等，因此等式左侧的纵向磁场分量也不等于于0 0。（5.1075.107）即当即当r1r1时，由式（时，由式（5.1075.107）右侧不）右侧不等于等于0 0可得等式左侧的纵向电场分量也不等可得等式左侧的纵向电场分量也不等于于0 0。2.2.微带线的高次模微带线的高次模（5.1085.108）（5.1095.109）5.6.2 5.6.2 微带线的传输特性微带线的传输特性图图5.29 5.29 分析微带线特性的示意图分析微带线特性的示意图 （5.1115.111）（5.1125.112）（5.1145.114）式中式中 5.6.3 5.6.3 微带线的损耗与衰微带线的损耗与衰（5.1155.115）式中式中,为导体损耗，为介质损耗。为导体损耗，为介质损耗。（5.1135.113）