微波技术基础第3次课
41页1、微波技术基础,詹铭周 副教授 科研楼C305:61831021,第3课,1.31.5节,P11P27 内容: 1、导波的分类; 按有无纵向场划分(Ez,Hz); 按截止波数来分(Kc,Vp); 2、不同类型的场分量、波阻抗、传播特性; 3、导波的传输功率、能量和衰减; 4、导波系统中的截止场(电能与磁能的关系)。,1.3导波的分类及各类导波的特性,1.3.1 导波的分类 (对导模分类) 导波的类型是指满足无限长匀直导波系统横截面边界条件,能独立存在的导波形式。 按导波有无纵向场分量可以分为两大类: 横电磁波(TEM波) Ez=Hz=0 有纵向场分量的电磁波 Ez0或/和Hz0,有纵向场分量的导波,又细分为以下三种类型: 横电波(TE波)或磁波(H波) Ez=0,但Hz0 横磁波(TM波)或电波(E波) Ez0,但Hz=0 混合波(EH波或HE波) Ez0,且Hz0,规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥姆霍兹方程 。,这三种类型是特定边界下,标量亥姆赫兹方程的三种特解形式,可同时存在又可单独存在,每种存在的形式又都包含无穷个导模。,预先说明一下三个速度,相速度 群速度 能速度(信号
2、速度) 这三个参数容易混淆!,相速度 是指波的相位在空间中传递的速度,换句话说,波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递。可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰),则此处会以相速度前行。相速度可借由波的频率f与波导波长,或者是角频率与相位常数的关系式表示:,群速度: 是指波幅度外形上的变化(称为波的“调制”或“波包”)在空间中所传递的速度。 许多不同频率的正弦电磁波的合成信号在介质中传播的速度。不同频率正弦波的振幅和相位不同,在色散介质中,相速不同,故在不同的空间位置上的合成信号形状会发生变化。 群速度常被认为是能量或信息顺着波动传播的速度。多数情况下这是正确的,也因此群速度可被视为波形所带有的信号速度。,注意到波的相速度不必然与波的群速度相同,相速是波包中某一单频波的相位移动速度;群速度代表的是“振幅变化”(或说波包)的传递速度,表示一段波包的包络面上具有某特性(如幅值最大或最小)的点的传播速度。 电磁辐射的相速度可能超过真空中光速,但这不表示任何超光速的信息或者是能量移转。物理学家阿诺索末菲与里昂布里于因(Lon Brillouin)对此皆有理论性描述。,里昂布里渊(Lon B
3、rillouin)波传递与群速度(Wave Propagation and Group Velocity) Academic Press Inc., New York (1960年) ISBN 0-1213-4968-3。,导行波分 为 , 和 三类 这时 , , 。 导行波的传播特性与均匀平面波相同,是TEM波。 由k与kc的不同关系,这种导行波又可分为以下三种状态: ,相位速度,群速度,波导波长,特点:是相速大于平面波速,即大于该媒质中的光速,而群 速则小于该媒质中的光速,同时导波波长大于空间波长。这 是一种快波。 ,临界状态 沿z方向没有波的传播过程,k称为临界(截止)波数。,临界(截止)角频率,临界(截止)频率,临界(截止)波长,这时场的振幅沿z方向呈指数变化而相位不变,它不再是行波而是衰减场。式中第一项代表沿+z方向衰减的,第二项代表沿-z方向衰减的场。这种状态称为截止状态或过截止状态。,这种导行波的相速小于无界媒质中的波速,而波长小于无 界媒质中的波长,这是一种慢波可用周期结构实现。,1.3.2 TEM波的特性分析 场分量 TEM波无纵向场分量,将 代入横向场 与纵向场的关
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