微波技术基础第6次课
微波技术基础,詹铭周 副教授 mzzhanuetsc.edu.cn 科研楼C305：61831021,2.2.4 矩形波导的传输功率、能量和衰减,已经有了波导内TE和TM场的一般表达式，现在可以去分析矩形波导内，传输功率、能量和衰减的具体表达式，对波导内电磁场的传播特性进一步分析。 传输功率：电磁场流经某个面的功率恒定的 能量：电场的能量与磁场的能量在单位体积内体现交替变化的。,矩形波导的传输功率表达式归纳,应用格林第一恒等式 1.4-9,应用格林第一恒等式,包含了：定义，几种等价表达式重要,求解TEmn波的功率,诺埃曼系数,求解TMmn波的功率,TE波和TM波的能量,电能和磁能可通过电磁场能量的时均值求积分得到，积分面为导波系统的截面S,TE波和TM波的能量,注意积分部分的关系，利用已经求解过的功率中的积分结果,求解目标,其物理意义? 能速度？,衰减常数功率损耗法谢坤洛夫提出的近似方法,在非理想导体的情况下，波导中场按 衰减，功率流按照 衰减，某一点处的功率为 ，经过一段距离后，功率为 ，则导体的非导电性引起的损耗为： 损耗的来源：在非理想导体中，进入导体的场的损失 导体的表面阻抗：,L为波导横截面的周界,在什么地方做了近似？,以理想导体边沿的场替代非理想导体。波导金属必须也是良导体，虽然不是无限大，但是也一定要很大,频率,导体与介质损耗,1.,2.,等效为均匀平面波,2.2.4 矩形波导传输特性,这四个式的共同点：,公式复杂不精确，但是实际使用不需要如此精确。 造成了估计频率和波导尺寸的变化对衰减常数的影响。 首先寻求最佳波导宽窄比 然后确定最佳工作频率 最后，考虑什么？,模式的存在性？会不会造成多模？,增加导电率表面涂镀：金、银 波导表面不光滑等效于表面积增加，因此损耗还要大光洁度高 频率升高时，损耗是迅速增加的无可避免的,2. 介质衰减常数（介质集成波导SIW中会有用热点）,式1.4-44,工程上，总是从已知损耗的角度去求介质的损耗角正切，然后作为材料的参数使用,矩形波导的主模TE10模的传播特性 沿+z方向传播的TE10模场分量，三个,最常用的模式，研究非常必要 并且要记住重要结论,其参量为,2.2.4 矩形波导传输特性,TE10模的场结构及电流分布图,2.2.4 矩形波导传输特性,1、磁力线围绕电力线，电场（位移电流）可以看成是磁场的场源； 2、电场始终分布于上下波导壁上的动态表面电荷上； 3、电荷在轴向和横向振荡，形成轴向和横向的传到电流，与电场代表的位移电流形成闭合可看成通过该环的磁通量产生 4、形成电磁场之间相互作用。,传输功率、能量与衰减 由前面的公式可知： 而TE10模的电场表达式为： 可以看出，最大电场应在x=a/2处 代入 解出A10,2.2.4 矩形波导传输特性,可得： 若电场Ey采用 则 当上述最大场强达到击穿程度时，,2.2.4 矩形波导传输特性,可见：矩形波导主模的击穿功率或功率容量与波导内填 充的介质及其击穿场强有关，还与波导截面尺寸及工作 波长有关，通常波导中填充空气，这样有： 此式表明击穿功率仅与波导截面尺寸及工作波长有关。,2.2.4 矩形波导传输特性,考虑到既传输较大功率，又不致出现高次模，通常将矩 形波导TE10模的工作区选在0.50/2a0.9范围内。,2.2.4 矩形波导传输特性,单位长矩形波导中TE10模电能平均值 导体壁损耗引起TE10模的衰减常数 介质衰减常数,或,2.2.4 矩形波导传输特性,TE10模的等效特性阻抗是什么？,前面讲过波阻抗横向电场、横向磁场模值之比场的概念。 等效特性阻抗电压、电流确定的电路的概念。,为什么要提出等效特性阻抗？,原因1、不同尺寸的波导相连，波阻抗相同，但是波会反射，不能正常传输。在电路理论中，阻抗相同则不会反射。 原因2、：1930年代，关于传输线的理论很成熟，大量采用正向波、反向波、行波驻波、匹配等概念。在微波领域，也借用了这种简单便捷的方法来描述微波电路第一步就是要定义出“电压”和“电流”只是一种抽象的概念而已！1944年，谢坤诺夫,TE10模的等效特性阻抗 矩形波导为单导体导波系统，不存在单值电压波和单值 电流波，因而也不存在单值的特性阻抗。 通常人为地依照同轴线定义电压和电流的方法来得到波 导的等效电压和等效电流，进而定义出等效特性阻抗。 等效电压：波导横截面上两宽边中点之间电场的线积分。,2.2.4 矩形波导传输特性,等效电流 ：取一个宽边上的总纵向电流 于是, TE10模的等效特性阻抗: 还可从功率和等效电压或功率和等效电流来定义等效特 性阻抗 。它们为,2.2.4 矩形波导传输特性,为简便起见，常去掉前面的数字系数，一般取三种定义的 共同部分作TE10模的等效特性阻抗：,2.2.4 矩形波导传输特性,当然，只要说明前提，取任何一种都是可以的。,思考：,为什么三种定义的特性阻抗不相同？ 波导中电压、电流是抽象概念只是一种等效电压、电流的定义是独立不相关的。 应用时： 1、关心相对值； 2、工程上，采用同一种定义会沟通,
