《電磁波理論 第7章 導(dǎo)行電磁波》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第七章導(dǎo)行電磁波*微波簡介*導(dǎo)行電磁波的分類及其一般特性*矩形波導(dǎo)*介質(zhì)波導(dǎo)*諧振腔低、中頻區(qū)（雙導(dǎo)體）中高頻區(qū)（微帶線）高頻區(qū)（金屬波導(dǎo)）圖8.0.1各種載波體7.0微波簡介7.0.1頻譜表頻段2音頻(VF)3基低頻(VLF)4低頻(LF)5中頻(MF)6高頻(HF)7甚高頻(VHF)8特高頻(UHF)9超高頻(SHF)10極高頻(EHF)11121314超長波(VLW)長波(LW)中波(MW)超短波(VSW)(米波)分米波厘米波毫米波3Hz30Hz300Hz3kHz30kHz300kHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GH

2、z3THz30THz300THz105km104km103km102km10km1km100m10m1m10cm1cm1mm100?10?1?（公里）（米）（厘米）（毫米）（微米）無線電電磁頻譜表短波(SW)音頻雷達頻率微波頻率紅外視頻7.0.2微波特點1.類似于光波的特性波長很短，直線傳播?？蓪㈦姶拍芰考性诤苄〉慕嵌葍?nèi)定向輻射(雷達；航天遙控、遙感、遙測、通信等）2.穿越電離層的透射性給空間通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星遙感、射電天文學(xué)等提供了無線通道。4.抗低頻干擾特性自然干擾（來自宇宙、大氣層）和人為干擾（各種電氣設(shè)備、電子設(shè)備等產(chǎn)生的電子垃圾），大

3、多數(shù)集中在數(shù)兆、數(shù)十兆以下的頻域（低、中頻區(qū)）內(nèi)，用微波濾波器便可拒之門外。3.寬頻帶特性傳輸?shù)男畔⒃蕉?，占用的頻帶越寬。如30GHz~100GHz頻帶可以傳送200路電視或100，000路雙向電話，這是短波通信望塵莫及的。信息傳輸?shù)乃俣仍絹碓礁?，?秒鐘內(nèi)傳輸個數(shù)據(jù)，非微波莫屬。圖1.2對流層、同溫層和電離層的配置（白天）圖8.02不同波長的傳播途徑上左：長波傳播；上右：短波傳播；下：微波傳播7.1導(dǎo)行電磁波分類及其一般特性7.1.1導(dǎo)行波的分類推導(dǎo)波動方程及其解的一般形式，從中分析波的分類。設(shè)：?載波體無限長，具有軸向均勻性（無反射）?載波體為

4、完純導(dǎo)體，其周圍是理想介質(zhì)（無損耗）?載波體中無激勵源?電磁波沿z軸傳播，且隨時間作正弦變化。電磁場基本方程對式（1)、(2）取旋度，式（3)、(4）代入其中，有波動方程式中，僅有入射波，且沿z軸傳播的通解形式為把通解代入到方程（5)、(6），得到假設(shè)條件下的波動方程式中——橫向拉普拉斯算子。根據(jù)和的存在與否，將波分為三種類型1.TEM波只有當(dāng)時，即，式(9)中場的橫向分量存在，此時說明任一時刻，在xoy平面上場的分布與穩(wěn)態(tài)場相同2.TE波（），亦稱橫電波3.TM波（），亦稱橫磁波根據(jù)縱向場法解得和，再由Maxwell方程解得其它四個場分量7.1.

5、2.導(dǎo)波的一般分析方法－在廣義圓柱類波導(dǎo)中傳輸波的統(tǒng)一理論Nable（del）算符也可以寫成縱向（z向）和橫向之和在圓柱坐標(biāo)系中重新書寫Maxwell方程，有從矢量叉乘的行列式表達式可以容易的識別出上式的橫向和縱向關(guān)系注意到：用算子▽z叉乘式上式兩邊，得到利用矢量恒等式和正交性，上式左邊可寫成尋找電場和磁場分量E,H隨e-jβz變化的解。這樣一來，對無耗廣義傳輸線有：于是有由等式兩邊同乘將上式代入下式，有：經(jīng)整理有類似得其中對偶原理：電——磁不變號磁——電反號TEM模對于沿傳輸線縱軸傳播的TEM波，將Ez=Hz=0分別代入方程右邊為零，如果,Ht=

6、0,即Hx＝Hy=0Et=0,即Ex＝Ey=0;這意味著所有場分量為零，得到的是平凡解（TrivialSolution），沒有意義。只有當(dāng)方程左邊Et、Ht不為零，解才有意義。再由，（與靜態(tài)電場、磁場方程相同）由于kt=0，故TEM波不存在下限頻率TEM波場Hz＝0，意味著，由方程導(dǎo)出因為TEM波Ez＝0，故這表明TEM波的電場與靜態(tài)場一樣，可以用一個標(biāo)量函數(shù)表示。TEM波的波阻抗定義為：導(dǎo)行波為橫電TE模橫電波在波的傳輸方向上不存在電場分量，即Ez=0在直角坐標(biāo)系下，有在圓柱坐標(biāo)系下，有TE模的波阻抗為：其中，為導(dǎo)波長，λ0是自由空間波長。因為導(dǎo)

7、波長大于自由空間波長，所以，TE模的波阻抗導(dǎo)行波為橫磁TM模橫磁波在波的傳輸方向上不存在磁場分量，即Hz=0在直角坐標(biāo)系下，有在圓柱坐標(biāo)系下，有TM模的波阻抗為其中，為導(dǎo)波長，λ0是自由空間波長。因為導(dǎo)波長大于自由空間波長，所以，TE模的波阻抗7.2波導(dǎo)中波的傳播特性傳播特性取決于傳播常數(shù)，由，可知可傳播模式迅速衰減模式臨界狀態(tài)——截止波長或——截止頻率，a.波導(dǎo)的濾波作用當(dāng)工作頻率（信號源發(fā)出頻率）或時，信號可以通過波導(dǎo)，否則截止。b.相位常數(shù)波導(dǎo)中的相位常數(shù)小于無界空間的相位常數(shù)，由此導(dǎo)致d.波導(dǎo)波速幾何色散波7.3矩形波導(dǎo)單一的金屬導(dǎo)體，因而

8、，不存在TEM波；波導(dǎo)傳輸方向（縱向）只能存在TE、TM波；不同模式存在不同的截止波長和截止頻率；只有頻率高于截止頻率，即