Ch14-矩形波導(dǎo)中的簡(jiǎn)正波.ppt

第14章,矩形波導(dǎo)中的簡(jiǎn)正波,EigenModesinRectangularWaveguide,矩形波導(dǎo)的求解是典型的微分方程法，通解表明：在z方向它有廣義傳輸線功能，即是入射波和反射波的迭加；在xy方向由于邊界條件限制形成很多分立的TEmn波(Ez=0)和TMmn波(Hz=0)。在物理上稱之為離散譜。有限邊界構(gòu)成離散譜。mx方向變化的半周期數(shù)；ny方向變化的半周期數(shù)。矩形波導(dǎo)中TE波和TM波的全部集體構(gòu)成簡(jiǎn)正波。,一、簡(jiǎn)正模理論,簡(jiǎn)正模(或簡(jiǎn)正波)理論包含三個(gè)方面：1.完備性矩形波導(dǎo)中不論放置什么障礙物和邊界條件，它們里邊存在的是TEmn和TMmn模式，而且，它們也只能存在TEmn和TMmn模式，具體情況所不同的僅僅是各種模式的比例與組合。,一、簡(jiǎn)正模理論,2.正交性簡(jiǎn)正模中各個(gè)模式是相互正交的，也就是說，它們之間沒有功率和能量交換，即各模式相互獨(dú)立，在Fourier分析中表明,這就保證了每一模的獨(dú)立性。,(14-1),一、簡(jiǎn)正模理論,3.傳輸模和雕落模由于頻率的選擇，每一種模都有可能成為傳輸?；虻衤淠?。,一、簡(jiǎn)正模理論,注意到雕落模(也稱截止模)，它是一種快速衰減的振蕩模式。也就是說，在不同的z處，有同一相位。當(dāng)然，雕落模式?jīng)]有功率和能量傳播。當(dāng)模式不同，但卻有相同的kc，我們稱為簡(jiǎn)并模式。最后顯示的是TEmn和TMmn是簡(jiǎn)并(Degeneration)的。,一、簡(jiǎn)正模理論,二、TE10波單模存在條件,當(dāng)bc。,(14-9),三、高次模,高次波相當(dāng)流體中的渦旋。渦旋是不流的，但是，它對(duì)流體的流動(dòng)卻起到十分重要的作用，渦旋也經(jīng)常出現(xiàn)在障礙物的周圍。請(qǐng)注意到渦旋在有些場(chǎng)合有利于流體流動(dòng)，而在有些場(chǎng)合卻阻礙流體流動(dòng)。波導(dǎo)中的高次模對(duì)于主模TE10波的作用相當(dāng)于一個(gè)電抗。它在有的場(chǎng)合有利于傳輸，而有的場(chǎng)合不利于傳輸。,三、高次模,圖14-3流體中的渦旋,圖14-4不均性中高次模對(duì)于主模相當(dāng)于jB。,三、高次模,a.諧振窗高次模有利于傳輸,b.喇叭高次模造成反射,三、高次模,上面所討論的是高次模對(duì)于主模傳輸產(chǎn)生的作用。實(shí)際上高次模本身還可起很大作用：當(dāng)若干高次模傳輸時(shí)構(gòu)成多模喇叭，多模傳輸線和多模諧振腔等等。當(dāng)使主模不傳輸時(shí)，則構(gòu)成截止衰減器它是絕對(duì)定標(biāo)的。,四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),任何工程設(shè)計(jì)都是處理若干個(gè)矛盾因素，矩形波導(dǎo)有關(guān)的矛盾因素是：?jiǎn)文鬏?，功率容量，衰減，材料，加工方便，牢固等幾個(gè)因素。1.功率容量要求,從上面公式可知Pmax，要求a盡量大，b盡量大且,四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),2.衰減要求,從衰減角度希望b盡量大。,四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),3.單模傳輸要求為了傳輸TE10單模，最適范圍是為了加寬頻帶在工作模式圖中即m動(dòng)態(tài)曲線的左方,圖14-5,四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),4.材料要求為了節(jié)約材料，a、b盡量小，為了提高性能最好鍍銀、銅，如果要節(jié)約成本和輕，則最好用鋁Al或不銹鋼(Al是Cu重量的)。5.為了加工方便和牢固從牢固的角度波導(dǎo)壁要厚一些；而從成本角度則要薄一些。為了加工方便光潔度公差希望松一些。最后，可綜合列出下表。,四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),矩形波導(dǎo)工程設(shè)計(jì),四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),所以，一般選擇例2國(guó)前10cm標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ32，f2.60，3.95Gc中心頻率3.2Gc，ab=72.1434.04mm2檢驗(yàn)是否符合波導(dǎo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?解BJ-32波導(dǎo)如圖所示。=115.29875.893mm,(14-10),四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),圖14-6BJ-32Waveguide,也即,(14-11),四、矩形波導(dǎo)的工程設(shè)計(jì),顯然取b=34.04mm也符合此不等式壁厚t=2mm,顯然，a=72.14mm符合上式不等式范圍,這時(shí),a0.770,同時(shí)，,