第2章射频传输线精.ppt

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1、第第2章射频传输线章射频传输线第1页，本讲稿共85页 图图2.1 2.1 金属波导传输线金属波导传输线第2页，本讲稿共85页2.1 金属波导传输线的一般分析2.1.1 2.1.1 导波方程及其求解导波方程及其求解 复数形式的麦克斯韦方程组：（2.1）（2.2）（2.3）（2.4）第3页，本讲稿共85页 图图2.2 2.2 任意截面形状的金属波导任意截面形状的金属波导 第4页，本讲稿共85页（2.6）（2.7）导波系统的H和E可用横向t和纵向z表示：第5页，本讲稿共85页（2.15）（2.16）（2.17）（2.18）为拉普拉斯算子，为波数。第6页，本讲稿共85页（2.22）（2.23）（2.2

2、4）（2.25）为截止波数。第7页，本讲稿共85页 2.1.2 2.1.2 波沿波导传输的一般特性波沿波导传输的一般特性1.波导中传输模的种类(1)Ez=0且Hz=0的传输模称为横电磁模，也称为横电磁波，记作TEM波。(2)Ez=0而Hz0的传输模称为横电模或磁模，记为TE模或H模；Ez0而Hz=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)Ez0且Hz0的传输模称为混合模，分为EH模和HE模。第8页，本讲稿共85页 2.传播常数和截止波长 截止波长 （2.27）截止频率对于TEM波，对于TE，TM波，为虚数可能为实数、虚数第9页，本讲稿共85页传输状态：截

3、止状态临界状态导波系统传输TE，TM波的传输条件：导波系统传输TE，TM波的截止条件：对于TEM波，任何频率下都是传输状态。导波系统传输TE和TM波的传输条件第10页，本讲稿共85页 3.波的速度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 （2.28）群速度是指由许多频率组成的波群（包络）的速度，或者说是波包的速度。定义为 （2.29）色散：相速度、群速度是频率（波长）的函数。第11页，本讲稿共85页 4.波导波长（2.31）第12页，本讲稿共85页 5.波阻抗 （2.32）（2.33）第13页，本讲稿共85页 6.功率流 （2.34）第14页，本讲稿共85页2.2 矩形波导 图图

4、2.3 2.3 矩形波导矩形波导第15页，本讲稿共85页 2.2.1 2.2.1 矩形波导中的波型及场分量矩形波导中的波型及场分量1.TM模(2.44)截止波数：第16页，本讲稿共85页 2.TE2.TE模模(2.45)第17页，本讲稿共85页 2.2.2 2.2.2 矩形波导中波的纵向传输特性矩形波导中波的纵向传输特性 1.截止波长和截止频率波型传输的条件：波型传输的条件：或(2.54)2.55第18页，本讲稿共85页2.相速度和相波长3.群速度第19页，本讲稿共85页 例2.1用BJ100型矩形波导传输电磁波，已知BJ100型的尺寸为a=2.286cm,b=1.016cm,试问：当工作波长

5、分别为1.5cm、4cm、5cm时，波导中能传输哪些模式?第20页，本讲稿共85页 图图2.5 BJ-1002.5 BJ-100型波导的截止波长分布图型波导的截止波长分布图矩形波导中的主模式矩形波导中的主模式-TE10模模第21页，本讲稿共85页 例2.2用BJ32型波导作馈线，试问：（1）当工作波长为6cm时，波导中能传输哪些模式?（2）为保证单模传输，工作波长范围应为多少?（3）当波导中传输工作波长为10cm的TE10模时，p、vp及vg为多少？第22页，本讲稿共85页解（1）BJ-32型波导，由公式 即工作波长为6cm时，波导中能传输TE10模、TE20模、TE01模、TE11模和TM1

6、1模。第23页，本讲稿共85页（2）为保证单模传输，工作波长范围应为第24页，本讲稿共85页（3）当波导中传输工作波长为10cm的TE10模时，光速第25页，本讲稿共85页 2.2.3 2.2.3 矩形波导中矩形波导中TE10TE10模式的场结构图模式的场结构图第26页，本讲稿共85页 图图2.6 TE102.6 TE10模的电场分布模的电场分布第27页，本讲稿共85页 图图2.7 TE102.7 TE10模的磁场分布模的磁场分布第28页，本讲稿共85页 图图2.8 TE102.8 TE10模的电磁场分布模的电磁场分布第29页，本讲稿共85页（a a）TE20TE20模的电磁场分布模的电磁场分

7、布 （b b）TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布图图2.9 TE202.9 TE20模和模和TE01TE01模的电磁场分布模的电磁场分布第30页，本讲稿共85页（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2.10 TE112.10 TE11模和模和TM11TM11模的电磁场分布模的电磁场分布第31页，本讲稿共85页 图图2.11 2.11 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2.2.4 2.2.4 矩形波导的管壁电流矩形波导的管壁电流第32页，本讲稿共85页（a a）测量缝）测量缝

8、（b b）辐射缝）辐射缝图图2.12 2.12 矩形波导矩形波导TE10TE10模开缝位置图模开缝位置图第33页，本讲稿共85页 2.2.5 2.2.5 矩形波导尺寸的设计考虑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）第34页，本讲稿共85页 图图2.13 2.13 脊波导脊波导第35页，本讲稿共85页2.3 圆波导圆波导图图2.14 2.14 圆波导圆波导第36页，本讲稿共85页 2.3.1 圆波导中的波型及场分量1.TM模（2.78）第37页，本讲稿共85页、图图2.15 2.15 和和 的的变变化曲化曲线线第38页，本讲稿共85页 波型值值波型值值TM01TM11

9、TM21TM022.4053.8325.1355.5202.62R1.64R1.22R1.14RTM12TM22TM03TM137.0168.4178.65010.1730.90R0.75R0.72R0.62R表表2.1 TM2.1 TM波型的截止波长波型的截止波长第39页，本讲稿共85页 2.TE模第40页，本讲稿共85页 第41页，本讲稿共85页波型值值波型值值TE11TE21TE01TE311.8413.0543.8324.2013.41R2.06R1.64R1.50RTE12TE22TE02TE135.3326.7057.0168.5361.18R0.94R0.90R0.74R表表2.

10、2 TE2.2 TE波型的截止波长波型的截止波长第42页，本讲稿共85页 图图2.16 2.16 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3.圆波导中的波型及截止波长第43页，本讲稿共85页 图图2.17 2.17 圆波导圆波导TETE1111模的场结构图模的场结构图2.3.2 2.3.2 圆波导中的三个主要波型及其应用圆波导中的三个主要波型及其应用 1.TE11模第44页，本讲稿共85页 图图2.18 2.18 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。第45页，本讲稿共85页 2.TM01模第46页，本讲稿共85页

11、图图2.20 2.20 圆波导圆波导TMTM0101模的场结构模的场结构第47页，本讲稿共85页 3.TE01模第48页，本讲稿共85页 图图2.21 2.21 圆波导圆波导TETE0101模的场结构模的场结构第49页，本讲稿共85页2.4 同轴线及其高次模同轴线及其高次模2.4.1 同轴线的主模TEM模第50页，本讲稿共85页 图图2.222.22同轴线同轴线 第51页，本讲稿共85页 图图2.23 2.23 同轴线中同轴线中TEMTEM模的电磁场分布模的电磁场分布第52页，本讲稿共85页.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

12、择第53页，本讲稿共85页2.5 带状线带状线 图图2.24 2.24 带状线的结构及主模场结构带状线的结构及主模场结构第54页，本讲稿共85页 2.5.1 特性阻抗 1.宽导体带情况 W/(b-t)0.35（2.97）第55页，本讲稿共85页 图图2.25 2.25 带状线的分布电容带状线的分布电容 第56页，本讲稿共85页 （2.98）第57页，本讲稿共85页 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。第67页，本讲稿共85页（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。第68页，

13、本讲稿共85页 2.微带线的高次模及微带尺寸选择（2.108）（2.109）第69页，本讲稿共85页 2.6.2 微带线的传输特性图图2.29 2.29 分析微带线特性的示意图分析微带线特性的示意图第70页，本讲稿共85页（2.111）第71页，本讲稿共85页（2.112）第72页，本讲稿共85页（2.114）第73页，本讲稿共85页 式中第74页，本讲稿共85页 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。第75页，本讲稿共85页（2.113）第76页，本讲稿共85页2.7 介质波导和其他微波传输线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

14、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。第77页，本讲稿共85页第78页，本讲稿共85页1.圆柱形介质波导中的场方程2.特征方程及其解介质波导中模的特征方程为 式中第79页，本讲稿共85页用计算机解上述方程时，程序框图如图2.39所示。第80页，本讲稿共85页3.传输特性图2.41 常用的圆柱形介质波导模式：TE01，TEM11，TM01模式的场型分布第81页，本讲稿共85页2.7.2 其他微波传输线1.悬置式微带线和导致式微带线第82页，本讲稿共85页2.槽线图2.43 槽线结构3.共面传输线图 2.44第83页，本讲稿共85页4.鳍线5.各种MIC传输线的性能比较第84页，本讲稿共85页第85页，本讲稿共85页