导波场论 第二章规则波导理论(（1) 1
导波场论 第二章 规则波导理论(1) 1
规则波导理论内容 口2.1柱形波导系统中场的求解方法一 纵向场法 口2.2用位函数法求解波导中的电滋扬 ▣2.3电滋波波型的正交性 口2.4波的传播特性与功率流 口2.5波导的损耗 ▣2.6矩形波导、圆形波导 导波场论 2
规则波导理论内容 p 2.1 柱形波导系统中场的求解方法——纵向场法 p 2.2用位函数法求解波导中的电磁场 p 2.3电磁波波型的正交性 p 2.4波的传播特性与功率流 p 2.5波导的损耗 p 2.6矩形波导、圆形波导 导波场论 2
规则波导理论 导行电滋波一 被限制在某一特定区域内传播的电滋波 口导波系统一引导电滋波从一处定向传输到另一处的装置 口常用的导波系统的分类： 光 双导线 同轴线 圆波导 纤 矩形波导 带状线 微 带 导波场论 3
规则波导理论 p 导行电磁波 — 被限制在某一特定区域内传播的电磁波 p 导波系统 — 引导电磁波从一处定向传输到另一处的装置 p 常用的导波系统的分类 ： 带状线 微 带 导波场论 双导线 同轴线 矩形波导 圆波导 介质波导 光 纤 3
规则波导理论 口几种常用导波系统的主要特性 名称 波形 电磁屏蔽 使用波段 双导线 TEM波 差 >3m 同轴线 TEM波 好 >10cm 带状线 TEM波 差 厘米波 微带 准TEM波 差 厘米波 矩形波导 TE或TM波 好 厘米波、毫米波 圆波导 TE或TM波 好 厘米波、毫米波 光纤 TE或TM波 差 光波 导波场论 4
规则波导理论 p 几种常用导波系统的主要特性 导波场论 名 称 波 形 电磁屏蔽 使用波段 双导线 TEM波 差 > 3m 同轴线 TEM波 好 > 10cm 带状线 TEM波 差 厘米波 微 带 准TEM波 差 厘米波 矩形波导 TE或TM波 好 厘米波、毫米波 圆波导 TE或TM波 好 厘米波、毫米波 光 纤 TE或TM波 差 光波 4
为什么要用波导？ 口问题：为什么要用波导？双线传输不好么？ 口因为当其它人或物靠近双导线时会产生較大影响 。这说明：传输线与外界有能量交换，它带来的 直接问题是：能量损失和工作不稳定。究其原因 是开放造成的特点。需要封闭式的结构来降低损 耗和保持稳定。 ▣问题：那么能不能在封闭的空间传输电滋波呢？ 导波场论 5
为什么要用波导？ p 因为当其它人或物靠近双导线时会产生较大影响 。这说明：传输线与外界有能量交换，它带来的 直接问题是：能量损失和工作不稳定。究其原因 是开放造成的特点。需要封闭式的结构来降低损 耗和保持稳定。 导波场论 p 问题：为什么要用波导？双线传输不好么？ p 问题：那么能不能在封闭的空间传输电磁波呢？ 5
历史沿革 口微波工程早期的里程碑之一是发展了用于低耗微波功率的波导和其 他传输线。 1893年，亥维赛考虑过电磁波在封闭的空管中传播的可能性，后来 放弃了，因为他相信必须用两根导体来传输电磁能量。 口1897年，端利爵士在数学上证明了波在波导中传播是可能的，无论 其横截面是圆的还是矩形的。并指出可能有无穷多个TE和TM模式 而且存在截止频率，但没有实验验证。 口随后波导被人遗忘，至1936年AT&T公司的Ge0ge提出了圆波导，并 提供了波传播的实验验证 导波场论 6
历史沿革 p 微波工程早期的里程碑之一是发展了用于低耗微波功率的波导和其 他传输线。 p 1893年，亥维赛考虑过电磁波在封闭的空管中传播的可能性，后来 放弃了，因为他相信必须用两根导体来传输电磁能量。 p 1897年，瑞利爵士在数学上证明了波在波导中传播是可能的，无论 其横截面是圆的还是矩形的。并指出可能有无穷多个TE和TM模式 ，而且存在截止频率，但没有实验验证。 p 随后波导被人遗忘，至1936年AT&T公司的Geoge提出了圆波导，并 提供了波传播的实验验证 导波场论 6
历史沿革 口早期的微波系统依靠波导和同轴线作为传输线媒质。 口波导：高功率容量及低损耗（优点），体积大而且昂贵（缺点） 口同轴线：非常宽的带宽，便于实验应用（优点），制作复杂的 微波元件是困难（缺点）。 口后期(1950年以后)平面传输线（带状线、微带线、槽线、 共面波导及类似结构)才得到了强势发展 口平面传输线：紧凑、低价位、易于与二极管、三极管集成 形成集成电路。 口第一个平面传输线是平面带状同轴线，类似于带线，在二 战中用于制作功率分配网络。 导波场论 7
历史沿革 p 早期的微波系统依靠波导和同轴线作为传输线媒质。 p 波导：高功率容量及低损耗(优点)，体积大而且昂贵(缺点) 。 p 同轴线：非常宽的带宽，便于实验应用(优点)，制作复杂的 微波元件是困难(缺点)。 p 后期（1950年以后）平面传输线(带状线、微带线、槽线、 共面波导及类似结构)才得到了强势发展 p 平面传输线：紧凑、低价位、易于与二极管、三极管集成 形成集成电路。 p 第一个平面传输线是平面带状同轴线，类似于带线，在二 战中用于制作功率分配网络。 导波场论 7
历史沿革 口微带线开发于TT实验室，采用了较厚的电介质基片，它突显了 非TEM波模的行为，以及线上的频率色散。 现在微带线经常是 集成电路的最佳媒质 低频一封闭 66 双导线-开放 光纤-开放 彼导封闭 导波场论 8
历史沿革 p 微带线开发于ITT实验室，采用了较厚的电介质基片，它突显了 非TEM波模的行为，以及线上的频率色散。现在微带线经常是 集成电路的最佳媒质 导波场论 低频-封闭 双导线-开放 光纤-开放 波导-封闭 8
2.1柱形波导系统中场的求解方法 口柱形波导： 1.波导条件：横截面为任意形状，不随传播方向2变化 2理想均匀条件：波导内ε，u均匀，波导内壁o无限大 3.无源条件：理想介质中无源传输，p=0,J=0 4.无限条件：波导无限长 导波场论
2.1柱形波导系统中场的求解方法 导波场论 p 柱形波导： 1.波导条件：横截面为任意形状，不随传播方向z变化 2.理想均匀条件：波导内ε，μ均匀，波导内壁σ无限大 3.无源条件：理想介质中无源传输， ＝0，J ＝0 4.无限条件: 波导无限长 9
2.1柱形波导系统中场的求解方法 ://gcj72972784.cn.gongchang. X 导波场论 10
2.1柱形波导系统中场的求解方法 导波场论 10