电磁场与电磁波第七章 (2)精.ppt
电磁场与电磁波第七章第1页，本讲稿共10页在任何均匀导波装置中传播的波都可以分为以下三种模式在任何均匀导波装置中传播的波都可以分为以下三种模式 在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量，电场和磁场全部在横平面内，这在电磁波传播方向上没有电场和磁场分量，电场和磁场全部在横平面内，这种模式的电磁波称为种模式的电磁波称为横电磁波横电磁波，简称，简称TEM波。波。在电磁波传播方向上有电场分量，但没有磁场分量，这种模式的电磁波称为在电磁波传播方向上有电场分量，但没有磁场分量，这种模式的电磁波称为横横磁波磁波，简称，简称TM波。波。在电磁波传播方向上有磁场分量，但没有电场分量，这种模式的电磁波称在电磁波传播方向上有磁场分量，但没有电场分量，这种模式的电磁波称为为横电波横电波，简称，简称TE波。波。yxz第2页，本讲稿共10页 7.1 7.1 导波系统中的电磁波导波系统中的电磁波 一导波系统中的电磁波及其方程一导波系统中的电磁波及其方程 1 1 1 1沿沿Z Z方向传播的电磁波方向传播的电磁波这里假设传输线是均匀的，故其任意截面上电磁波的这里假设传输线是均匀的，故其任意截面上电磁波的分布都相同。即分布都相同。即 2.2.传输线中的电磁波方程传输线中的电磁波方程 在传输线中的无源区域，电磁场的波动方程为：在传输线中的无源区域，电磁场的波动方程为：二纵向场分析法二纵向场分析法 对非对非 TEMTEM 波，在传输方向波，在传输方向 z z 上其分量上其分量 E Ez z和和 H Hz z不为零。不为零。故可利用（故可利用（E Ez z，H Hz z）求出）求出 E Ex x,E,Ey y和和 H Hx x,H,Hy y。这种方法称为纵。这种方法称为纵向场分析法。向场分析法。第3页，本讲稿共10页=0 =0 1 1关于纵向场的方程关于纵向场的方程 t tE Ez z+k+kc cE Ez z=0=0 t tH Hz z+k+kc cH Hz z=0=0 通过给定传输线边界条件和上述方程，即可解出通过给定传输线边界条件和上述方程，即可解出E Ez z和和 H Hz z。另外，在无源区，。另外，在无源区，电场和磁场电场和磁场满足满足 MaxwellMaxwell 方程。方程。2.2.讨论讨论 对对 TETE 波：波：E Ez z对对 TMTM 波：波：H Hz z=0 =0 对对 TEMTEM 波：不能套用纵场分析法。波：不能套用纵场分析法。均匀导波系统中，可用两个纵向场分量均匀导波系统中，可用两个纵向场分量Ez和和Hz表示其余的横向场分量表示其余的横向场分量Ex、Ey、Hx、Hy。两个纵向场分量两个纵向场分量Ez和和Hz可由相应的亥姆霍兹方程可由相应的亥姆霍兹方程 及边界条件确定。及边界条件确定。可根据两个纵向场分量可根据两个纵向场分量Ez和和Hz的存在与否，对波导中的电磁波进行分类。的存在与否，对波导中的电磁波进行分类。第4页，本讲稿共10页第5页，本讲稿共10页分布参数分布参数集总参数集总参数第6页，本讲稿共10页 矩形波导矩形波导abxy矩形波导及所有单导体波导不能传输矩形波导及所有单导体波导不能传输TEM波波 由由TM模的场分量表示可知，模的场分量表示可知，m 和和n 都不能为都不能为 零，否则全部场量为零，故矩形波零，否则全部场量为零，故矩形波 导中导中 最低阶的最低阶的 TM 模式是模式是 TM11 模。模。第7页，本讲稿共10页 矩形波导中存在无穷多个矩形波导中存在无穷多个TE波的模式波的模式TEmn。与。与TM不同，这时不同，这时m和和n可以取零，但不能同时可以取零，但不能同时为零。即存在为零。即存在TE10模和模和TE01模而不存在模而不存在TE00模。模。第8页，本讲稿共10页 矩形波导中可能存在的模式有矩形波导中可能存在的模式有TMmn和和TEmn。确定的模式有确定的截止波长（或截止频率）。确定的模式有确定的截止波长（或截止频率）。第9页，本讲稿共10页 不同的模式也可以有相同的截止波长（不同的模式也可以有相同的截止波长（TMmn和和TEmn当当m和和n分别相等时）。这种现象称为简并。分别相等时）。这种现象称为简并。TE10TE20TE01TE11TM11TE30TM12TE122ba2a区：截止区。当工作波长区：截止区。当工作波长 时，矩形波导中不能传播任何电磁波。时，矩形波导中不能传播任何电磁波。区：单模区。当工作波长区：单模区。当工作波长 时，矩形波导中只能传播单一的电磁波模式时，矩形波导中只能传播单一的电磁波模式TE10模。模。区：多模区。当工作波长区：多模区。当工作波长 时，矩形波导中至少可以传播两种以上的电磁波时，矩形波导中至少可以传播两种以上的电磁波模式。模式。各种模式的截止波长分布图。（设波导尺寸为各种模式的截止波长分布图。（设波导尺寸为 ）为在矩形波导中实现单模传输，对于给定的工作波长，应选择波导的尺寸使为在矩形波导中实现单模传输，对于给定的工作波长，应选择波导的尺寸使 成立，即波导的宽边尺寸成立，即波导的宽边尺寸a 应满足应满足 的的 条件，一般采用条件，一般采用 第10页，本讲稿共10页
