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微波技术基础第6次课

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1、微波技术基础,詹铭周副教授科研楼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

2、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、 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

4、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,

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