矩形波导中的电磁波传播特性.ppt

第七章 上一章：讨论了电磁波在无限大空间和半无限大空间的传播规律。 本章：将要讨论电磁波在有界空间传播的问题。 导波系统：将电磁波约束在有界空间内从一处传播到另一处的装置 导行电磁波：被引导的电磁波 常用的导波系统如图7-1所示，其中平行双导线是 由两根相互平行的金属导线构成；同轴线是由两根同 轴的圆柱导体构成，两导体之间可以填充空气或介质 金属波导是由单根空心的金属管构成，截面形状为矩 形的称为矩形波导，截面形状为圆形的称为圆波导； 带状线是由两块接地板和中间的导体带构成；微带线 是由介质基片及其两侧的导体带、接地板构成；介质 波导是由单根的介质棒构成。 电磁波在不同的导行系统中传播具有不同的特点，分析方法也不相同。 本章主要讨论电磁波在矩形波导、圆波导和同轴线中传播的规律以及功率传输、损耗问题。最后还将讨论谐振腔的工作原理和基本参数。 7.1 电磁波沿均匀导波系统传播的一般解 一、 横向场分量与纵向场分量之间的关系 设导波系统的横截面沿Z方向是均匀的，电磁波沿Z方向传播，导行系统内填充的媒质是线性、均匀、各向同性且无耗（ ），导行系统远离波源，没有外源分布，即 ,导波系统内的场量随时间作正弦变化,则导波系统内的电磁场可以表示为 式中 为传播常数。一般情况下， 。下面介绍如何求解 和 ，分别简写为 和 。在直角坐标中， 由麦克斯韦旋度方程 得 （7-3） 由 ，得 （7-4） 根据上述方程，可以求得导波系统中横向场分量 、 、 、 和纵向场分量 、 之间的关系，即 (7-5a) (7-5b) (7-5c) (7-5d) 式中 ， 由式（7-5）可见：如果能够求出导波系统中电磁场的纵向分量，那么导波系统中的其他分量即可由上式得到。电磁场的纵向分量又如何求呢？ 已知波动方程 在直角坐标系下，矢量拉普拉斯算符可分解为与横截面坐标有关的 和与纵坐标有关的 两部分，即 代入波动方程得 即 (7-6) 同理可得磁场的类似方程 (7-7) 因此有 （7-8a） （7-8b） 二、 电磁波沿均匀导波系统传播的一般解 对于沿方向传播的电磁波 (1)如果电磁波在传播方向上没有电场和磁场分量， ， ，即电磁场完全在横截面内，这种电磁波称为横电磁波，简称TEM波； (2)如果电磁波在传播方向上有电场分量，没有磁场分量， ， ，即磁场限制在横截面内，这种电磁波称为横磁波，简称TM波； (3)如果电磁波在传播方向上有磁场分量，没有电场分量， ， ，即电场限制在横截面内，这种电磁波称为横电波，简称TE波。 由式(7-5)可见，当 ， 时， 、 、 、 存在的条件