射频传输线吉大通信.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第,2,章 射频传输线,2.1,金属波导传输线的一般分析,2.2,矩形波导,2.3,圆波导,2.4,同轴线及其高次模,2.5,带状线,2.6,微带线,2.7,介质波导和其他微波传输线,图,2.1,金属波导传输线,2.1,金属波导传输线的一般分析,2.1.1,导波方程及其求解,复数形式麦克斯韦方程组的微分形式：,（,2.1,）,（无源区）（,2.2,）（,2.3,）（,2.4,）,图,2.2,任意截面形状的金属波导,（,2.6,）,（,2.7,）,导波系统的,H,和,E,可用横向,t,和纵向,z,表示：,复数形式的波动方程为,（,2.15,）,（,2.16,）,（,2.17,）,（,2.18,）,为拉普拉斯算子,为波数。,（,2.22,）,（,2.23,）,（,2.24,）,（,2.25,）,为,截止波数,。,2.1.2,波沿波导传输的一般特性,1.,波导中传输模的种类,(1)E,z,=0,且,H,z,=0,的传输模称为横电磁模，也称为横电磁波，记作,TEM,波。,(2)E,z,=0,而,H,z,0,的传输模称为横电模或磁模，记为,TE,模或,H,模；,E,z,0,而,H,z,=0,的传输模称为横磁模或电模，记为,TM,模或,E,模。空心金属管波导只能传输这类模。,(3)E,z,0,且,H,z,0,的传输模称为混合模，分为,EH,模和,HE,模。,截止现象和截止波长,当频率足够高，而使,k,k,c,时，,=j,为虚数（取“”号），且,为相移常数，它定义为单位长度上电磁波的相位变化。这种情况下的场量可写为,它表明电磁波沿,z,轴是传输的，这种状态下的波被称为,传输波,。,当频率较低，,k,较小而使,k,光速,2.2.3,矩形波导中,TE10,模式的场结构图,图,2.6 TE10,模的电场分布,图,2.7 TE10,模的磁场分布,图,2.8 TE10,模的电磁场分布,（,a,）,TE20,模的电磁场分布 （,b,）,TE01,模的电磁场分布,图,2.9 TE20,模和,TE01,模的电磁场分布,（,a,）,TE11,模的电磁场分布 （,b,）,TM11,模的电磁场分布,图,2.10 TE11,模和,TM11,模的电磁场分布,图,2.11,矩形波导,TE10,模的管壁电流分布图,2.2.4,矩形波导的管壁电流,（,a,）测量缝 （,b,）辐射缝,图,2.12,矩形波导,TE10,模开缝位置图,2.2.5,矩形波导尺寸的设计考虑,保证矩形波导单模传输的条件为,（,2.69,）,图,2.13,脊波导,2.3,圆波导,图,2.14,圆波导,2.3.1,圆波导中的波型及场分量,1.TM,模,（,2.78,）,、,图,2.15,和,的变化曲线,圆波导,TM,波型的截止波长,波型,值,值,波型,值,值,TM,01,TM,11,TM,21,TM,02,2.405,3.832,5.135,5.520,2.62R,1.64R,1.22R,1.14R,TM,12,TM,22,TM,03,TM,13,7.016,8.417,8.650,10.173,0.90R,0.75R,0.72R,0.62R,表,2.1 TM,波型的截止波长,2.TE,模,圆波导,TE,波型的截止波长,波型,值,值,波型,值,值,TE,11,TE,21,TE,01,TE,31,1.841,3.054,3.832,4.201,3.41R,2.06R,1.64R,1.50R,TE,12,TE,22,TE,02,TE,135.332,6.705,7.016,8.536,1.18R,0.94R,0.90R,0.74R,表,2.2 TE,波型的截止波长,图,2.16,圆波导中波型的截止波长分布图,3.,圆波导中的波型及截止波长,图,2.17,圆波导,TE,11,模的场结构图,2.3.2,圆波导中的三个主要波型及其应用,1.TE,11,模,图,2.18,矩形波导,TE,10,模与圆波导,TE,11,模的波型转换器。,2.TM,01,模,图,2.20,圆波导,TM,01,模的场结构,3.TE,01,模,图,2.21,圆波导,TE,01,模的场结构,2.4,同轴线及其高次模,2.4.1,同轴线的主模,TEM,模,图,222,同轴线,图,2.23,同轴线中,TEM,模的电磁场分布,.,获得最小的导体损耗衰减,.,获得最大的功率容量,1,、工作波长与同轴线尺寸的关系为,2.4.3,同轴线的尺寸选择,2.5,带状线,图,2.24,带状线的结构及主模场结构,2.5.1,特性阻抗,1.,宽导体带情况,W/(b-t)0.35,（,2.97,）,图,2.25,带状线的分布电容,（,2.98,）,2.,窄导体带情况,W/(b-t)1,时，式（,2.106,）右侧不等于,0,，因此等式左侧的纵向磁场分量也不等于,0,。,（,2.107,）,即当,r1,时，由式（,2.107,）右侧不等于,0,可得等式左侧的纵向电场分量也不等于,0,。,2.,微带线的高次模及微带尺寸选择,（,2.108,）,（,2.109,）,2.6.2,微带线的传输特性,图,2.29,分析微带线特性的示意图,（,2.111,）,（,2.112,）,（,2.114,）,式中,2.6.3,微带线的损耗与衰减,（,2.115,）,式中,为导体损耗，为介质损耗。,（,2.113,）,2.7,介质波导和其他微波传输线,2.7.1,介质波导（表面波传输线）,介质波导的结构形式很多，有圆柱形、矩形等，本节仅以圆柱形介质波导为例，讨论介质波导中的传输波型及传输特性。其他结构形式的介质波导，这里仅列举几例，绘出在图,2.37,中。,圆柱形介质波导中的场方程,特征方程及其解,介质波导中模的特征方程为,式中,用计算机解上述方程时，程序框图如图,2.39,所示。,传输特性,图,2.41,常用的圆柱形介质波导模式：,TE,01,，,TEM,11,，,TM,01,模式的场型分布,2.7.2,其他微波传输线,1.,悬置式微带线和导致式微带线,槽线,图,2.43,槽线结构,共面传输线,图,2.44,鳍线,各种,MIC,传输线的性能比较,