第三章 规则波导和空腔谐振器精选文档.ppt

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1、第三章第三章 规则波导和空腔谐振器规则波导和空腔谐振器本讲稿第一页，共二十九页本章开始以矩形波导本章开始以矩形波导为例，学习微波电路为例，学习微波电路场场的分析方法的分析方法xyzOba宽边宽边窄边窄边本讲稿第二页，共二十九页麦克斯韦方程波动方程边界条件+xyzOba矩形波导参数及场分布本讲稿第三页，共二十九页q Ez=0，Hz=0 的波，称为横电磁波，简记为的波，称为横电磁波，简记为 TEM 波波q Ez 0，Hz=0 的波的波，称为横磁波，简称为，称为横磁波，简称为 TM 波或波或 E 波波q Ez=0，Hz 0 的波，称为横电波，简称为的波，称为横电波，简称为 TE 波或波或 H 波。波

2、。传导电磁波的分类传导电磁波的分类波导中可存在的波型本讲稿第四页，共二十九页矩形波导矩形波导TE波的通解为：波的通解为：本讲稿第五页，共二十九页m m、n n的物理解释的物理解释以以TETE波电场的波电场的x x分量为例分量为例当当m=1m=1，n=2n=2时时y y一定时，一定时，x x从从0 0到到a a，ExEx存在存在2 2个极点，个极点，1 1个零点，经历了一个个零点，经历了一个”半波半波“x x一定时，一定时，x x从从0 0到到a a，ExEx存在存在2 2个极点，个极点，3 3个零点，经历了两个个零点，经历了两个”半波半波“m：表示场沿波导截面宽边分布的半波数n：表示场沿波导截

3、面窄边分布的半波数本讲稿第六页，共二十九页波导为一个天然的高通滤波器，不同波导模式都对波导为一个天然的高通滤波器，不同波导模式都对应于相应的截止频率应于相应的截止频率fcfc，只有高与此频率的该模式的波才能，只有高与此频率的该模式的波才能够在波导中传播。够在波导中传播。波导的截止频率及截止波长波导的截止频率及截止波长单模传输条件单模传输条件波导中仅有一个模式的波可以传播的条件。波导中仅有一个模式的波可以传播的条件。本讲稿第七页，共二十九页3.2 3.2 矩形波导矩形波导TE10TE10模模波导主模波导主模TETE1010模的场结构模的场结构xyzOba本讲稿第八页，共二十九页TETE1010模

4、场表达式的瞬时形式模场表达式的瞬时形式瞬时形式瞬时形式以下研究以下研究t=0t=0时，时，TE10TE10模式场的分布情况模式场的分布情况本讲稿第九页，共二十九页3.2.1 TE103.2.1 TE10模的场结构模的场结构电场分布电场分布1 1、电场只有、电场只有y y分量，垂直分量，垂直与波导宽边与波导宽边,平行与波导窄平行与波导窄边。边。2 2、电场沿波导宽边呈正弦、电场沿波导宽边呈正弦分布，中间最强，两边壁处分布，中间最强，两边壁处为为0 0 xyzOba4 4、电场的模值沿、电场的模值沿y y方向均匀方向均匀不变不变3 3、电场沿纵向呈正弦分布、电场沿纵向呈正弦分布本讲稿第十页，共二十

5、九页红色红色线条代表电力线线条代表电力线本讲稿第十一页，共二十九页3.2.1 TE103.2.1 TE10模的场结构模的场结构磁场分布磁场分布1 1、磁场由、磁场由x x和和z z分量共同构分量共同构成，平行与波导宽边。成，平行与波导宽边。2 2、磁力线闭合，呈现跑道、磁力线闭合，呈现跑道形状形状3 3、磁场的模值沿、磁场的模值沿y y方向均方向均匀不变匀不变xyzOba4 4、沿纵向，、沿纵向，HxHx最弱的位置最弱的位置对应与电场对应与电场EyEy最弱的位置。最弱的位置。HzHz最弱的位置对于与最弱的位置对于与EyEy最强最强的位置。的位置。本讲稿第十二页，共二十九页蓝色蓝色线条代表磁力线

6、线条代表磁力线本讲稿第十三页，共二十九页TE10TE10模式场的三维图形模式场的三维图形本讲稿第十四页，共二十九页xyzOba3.2.3 TE103.2.3 TE10模的壁电流分布模的壁电流分布TE10TE10模的壁电流分布模的壁电流分布已知矩形波已知矩形波导内部磁场导内部磁场的分布的分布波导壁上的电流分布波导壁上的电流分布例如，例如，t=0t=0时刻，对于时刻，对于x=0 x=0处的波处的波导壁上导壁上本讲稿第十五页，共二十九页3.2.3 TE103.2.3 TE10模的壁电流分布模的壁电流分布2、宽壁上的壁电流呈辐射状，即从中心向外发散或由外向中心汇聚；1、窄壁上的壁电流平行于y轴，且沿y

7、轴均匀分布本讲稿第十六页，共二十九页图3-2-3 波导壁上的缝隙3.2.3 TE103.2.3 TE10模的壁电流分布模的壁电流分布研究壁电流分布的应用研究壁电流分布的应用1、若为了测量和充气，则应尽可能不割断壁电流，如缝隙1、2。2、若为了形成缝隙天线，则应尽可能多割断壁电流，如缝隙3、4本讲稿第十七页，共二十九页3.2.5 TE103.2.5 TE10模的等效阻抗模的等效阻抗等效电压和等效电流等效电压和等效电流波导中两点间的电压不存在唯一性波导中两点间的电压不存在唯一性若取路径若取路径AEDCAEDC，则，则ACAC两点间的电压为零；两点间的电压为零；若取路径若取路径ABCABC，则，则A

8、CAC两点间的电压不为零。两点间的电压不为零。定义：定义：TE10TE10模的等效电压为，对电场沿路径模的等效电压为，对电场沿路径ABCABC积分所得电积分所得电压压等效电压等效电压本讲稿第十八页，共二十九页3.2.5 TE103.2.5 TE10模的等效阻抗模的等效阻抗定义：定义：TE10TE10模的等效电流为，流过一个波导宽模的等效电流为，流过一个波导宽壁的纵向电流壁的纵向电流等效电流等效电流等效阻抗等效阻抗用等效阻抗用等效阻抗 取代长线中的特性阻抗取代长线中的特性阻抗 后，可以将长后，可以将长线理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理论。线理论推广应用到波导问题中，并称之为广义长线理

9、论。本讲稿第十九页，共二十九页3.2.6 3.2.6 高次波型高次波型1 1、首先判断是、首先判断是TETE波还波还是是TMTM波波2 2、电场在、电场在x x方向出现了方向出现了2 2个最大点，在个最大点，在y y方向均方向均分布分布此为此为TE20TE20波的场结波的场结构图构图本讲稿第二十页，共二十九页3.2.6 3.2.6 高次波型高次波型1 1、首先判断是、首先判断是TETE波还是波还是TMTM波波2 2、电场在、电场在x x方向均匀分方向均匀分布，在布，在y y方向出现方向出现1 1个最个最大点大点此为此为TE01TE01波的场结波的场结构图构图本讲稿第二十一页，共二十九页3.2.

10、6 3.2.6 高次波型高次波型通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构通过研究场分布，可以设计抑制该波型的结构TE01TE01波的电场波的电场消除消除TE01TE01波金属隔板波金属隔板本讲稿第二十二页，共二十九页3.2.7 3.2.7 激励与耦合激励与耦合激励与耦合激励与耦合激励：在波导中建立所需波型的方法激励：在波导中建立所需波型的方法耦合：从波导中取出所需波型的能量的方法耦合：从波导中取出所需波型的能量的方法激励激励耦合耦合激励方法激励方法电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力线的形电场激励：在某一截面上建立起电力线，这些电力线的形状和方向与所需波型的一样；状和方向与所需波型的一

11、样；本讲稿第二十三页，共二十九页3.2.7 3.2.7 激励与耦合激励与耦合磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形状磁场激励：在波导中建立起磁力线，这些磁力线的形状和方向与所需波型的一样；和方向与所需波型的一样；电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的方向电流激励：在波导壁上建立起壁电流，这些壁电流的方向和分布与所需波型相一致。和分布与所需波型相一致。激励装置激励装置探针激励探针激励在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需波型的在波导内插入一电偶极子，电偶极子的取向与所需波型的电场方向相一致电场方向相一致本讲稿第二十四页，共二十九页3.2.7 3.2.7 激励与耦合激励与耦合

12、激励激励TE10TE10模的探针激励装置模的探针激励装置1 1、探针在波导宽边的最中心、探针在波导宽边的最中心2 2、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面、波导同轴过渡结构中，探针处在距离短路面/4处处本讲稿第二十五页，共二十九页激励激励TE20TE20模的探针激励装置模的探针激励装置本讲稿第二十六页，共二十九页3.2.7 3.2.7 激励与耦合激励与耦合线环激励线环激励在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型的磁在波导内置入一磁偶极子，磁偶极子的取向与所需波型的磁场方向相一致场方向相一致本讲稿第二十七页，共二十九页3.2.7 3.2.7 激励与耦合激励与耦合小孔激励小孔激励图图a a的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励的公共壁为窄壁，只有磁场起作用，是磁场激励图图b b和图和图c c的公共壁为宽壁，电场和磁场都起作用，是混的公共壁为宽壁，电场和磁场都起作用，是混合激励。合激励。在波导公共壁上开一个或几个小孔，即构成小孔激励装置在波导公共壁上开一个或几个小孔，即构成小孔激励装置（a）（b）（c）本讲稿第二十八页，共二十九页3.4 3.4 空腔谐振器空腔谐振器空腔谐振器空腔谐振器从从LCLC谐振回路到空腔谐振器谐振回路到空腔谐振器本讲稿第二十九页，共二十九页