導(dǎo)行電磁波電磁場(chǎng)理論課件

電磁場(chǎng)理論2022/11/23電磁場(chǎng)與電磁波1第9章導(dǎo)行電磁波9-3矩形波導(dǎo)中的TE10波電磁場(chǎng)理論2022/11/22電磁場(chǎng)與電磁波1第9章導(dǎo)行電2022/11/232電磁場(chǎng)理論復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(1)azyxb,矩形波導(dǎo)截止頻率：能夠傳輸?shù)淖畹皖l率頻率大于截止頻率的電磁波才能在矩形波導(dǎo)中傳輸。主模頻率范圍填充空氣的矩形波導(dǎo)中TM波和TE波的截止頻率分布2022/11/222電磁場(chǎng)理論復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性2022/11/233電磁場(chǎng)理論azyxb,矩形波導(dǎo)截止波長(zhǎng)：能夠傳輸?shù)淖畲蟛ㄩL(zhǎng)波長(zhǎng)小于截止波長(zhǎng)的電磁波才能在矩形波導(dǎo)中傳輸。截止區(qū)主模區(qū)全部模式被截止。

只有TE10波存在，其它模式均被截止。其它模式開始出現(xiàn)，呈現(xiàn)多模式。對(duì)于的矩形波導(dǎo)復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(2)2022/11/223電磁場(chǎng)理論azyxb,矩形波導(dǎo)截電磁場(chǎng)理論2022/11/234azyxb,矩形波導(dǎo)中TE波電磁場(chǎng)分布情況復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(3)電磁場(chǎng)理論2022/11/224azyxb,矩形波導(dǎo)中電磁場(chǎng)理論2022/11/2359-3矩形波導(dǎo)中的TE10波TE10

波的電磁場(chǎng)表達(dá)式電磁場(chǎng)理論2022/11/2259-3矩形波導(dǎo)中的TE10電磁場(chǎng)理論2022/11/236TE10

波的電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)表達(dá)式其余分量為零gHzHxEyzyt=0yHxEyHzxat=0沿x方向?yàn)轳v波，沿z方向?yàn)樾胁?。Hz的振輻沿x按余弦分布，Hx及Ez的振幅沿x按正弦分布，但是其振幅均與y無關(guān)。電磁場(chǎng)理論2022/11/226TE10波的電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)理論2022/11/237TE10

波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅的空間分布（分開）電磁場(chǎng)理論2022/11/227TE10波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁電磁場(chǎng)理論2022/11/238xzyxyzgba磁場(chǎng)線電場(chǎng)線gHzHxEyzyyHxEyHzxa俯視圖橫截面視圖側(cè)面視圖TE10

波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅的空間分布(電場(chǎng)和磁場(chǎng)合在一起）傳播方向垂直于電場(chǎng)方向電場(chǎng)方向垂直于磁場(chǎng)方向電磁場(chǎng)理論2022/11/228xzyxyzgba磁場(chǎng)線電電磁場(chǎng)理論2022/11/239幾種高次模的場(chǎng)分布TE10TE11TE20TE21TM21TM11磁場(chǎng)線電場(chǎng)線電磁場(chǎng)理論2022/11/229幾種高次模的場(chǎng)分布TE10T電磁場(chǎng)理論2022/11/2310

了解TE10

波的電磁場(chǎng)分布的目的：1.有效地使用波導(dǎo)作為傳輸線；2.知道了波導(dǎo)中場(chǎng)的分布，才能合理的設(shè)計(jì)波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合裝置。3.波導(dǎo)的內(nèi)壁電流分布對(duì)于設(shè)計(jì)微波儀表及波導(dǎo)裂縫天線十分重要。（1）波導(dǎo)測(cè)量線中的槽線不允許切割內(nèi)壁電流，以免破壞波導(dǎo)中的波分布，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)；（2）波導(dǎo)天線必須切割內(nèi)壁電流，以激勵(lì)天線向外輻射電磁波。電磁場(chǎng)理論2022/11/2210了解TE10波的電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)理論2022/11/2311TE10模在波導(dǎo)壁上激勵(lì)的面電流密度分布xyabzyx內(nèi)壁電流電磁場(chǎng)理論2022/11/2211TE10模在波導(dǎo)壁上激勵(lì)的電磁場(chǎng)理論2022/11/2312TE10波的主要傳播特性參數(shù)截止頻率截止波長(zhǎng)縱向波矢波導(dǎo)波波長(zhǎng)TE波阻抗相速度群速度電磁場(chǎng)理論2022/11/2212TE10波的主要傳播特性參電磁場(chǎng)理論2022/11/2313TE10波的合成電磁場(chǎng)理論2022/11/2213TE10波的合成電磁場(chǎng)理論2022/11/2314TE10

波1.電場(chǎng)由兩個(gè)平面波疊加而成，傳播方向是和；2.其中的每一個(gè)平面波又可以看成一個(gè)沿著x(-x)軸和z軸平面波的疊加；3.當(dāng)時(shí)，該均勻平面波在兩個(gè)窄壁之間垂直來回反射。因此，無法傳播而被截止。電磁場(chǎng)理論2022/11/2214TE10波1.電場(chǎng)由兩電磁場(chǎng)理論2022/11/2315

矩形波導(dǎo)的窄壁可看成x=0和x=a的理想導(dǎo)體邊界，均勻平面波的入射角為

因此

考慮到波導(dǎo)波長(zhǎng)為

因此，波導(dǎo)波長(zhǎng)的幾何解釋為

相速度的幾何解釋為電磁場(chǎng)理論2022/11/2215矩形波導(dǎo)的電磁場(chǎng)理論2022/11/2316波面波面兩波疊加相互抵消沿+z方向的能速群速度電磁場(chǎng)理論2022/11/2216波面波面兩波疊加相互抵消沿電磁場(chǎng)理論2022/11/2317TE10波的能量傳輸特性坡印廷矢量能量沿z軸單向傳播能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間交換電磁場(chǎng)理論2022/11/2217TE10波的能量傳輸特性坡電磁場(chǎng)理論2022/11/2318TE10坡印廷矢量平均值TE10波能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2218TE10坡印廷矢量平均值T電磁場(chǎng)理論2022/11/2319TE10能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2219TE10能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2320具體化簡(jiǎn)過程電磁場(chǎng)理論2022/11/2220具體化簡(jiǎn)過程電磁場(chǎng)理論2022/11/2321群速度等于能速！電磁場(chǎng)理論2022/11/2221群速度等于能速！電磁場(chǎng)理論2022/11/2322矩形波導(dǎo)三角形波導(dǎo)尺寸工作頻率傳輸模式電磁場(chǎng)理論2022/11/2222矩形波導(dǎo)三角形波導(dǎo)尺寸工作電磁場(chǎng)理論2022/11/2323例題9-3-1對(duì)于a=1.5cm，b=0.6cm的矩形波導(dǎo)，其中充以相對(duì)介電常數(shù)為2.25的非磁性介質(zhì)，波導(dǎo)工作在TE10

模式，工作頻率為10GHz，試求TE10

波的相位常數(shù)、相速度、波導(dǎo)波長(zhǎng)和波阻抗。介質(zhì)中的波長(zhǎng)(注意統(tǒng)一單位)電磁場(chǎng)理論2022/11/2223例題9-3-1對(duì)于電磁場(chǎng)理論2022/11/2324例題9-3-4設(shè)填充空氣的矩形金屬波導(dǎo)橫截面尺寸滿足關(guān)系式λ<a<2λ，電磁波的工作頻率f=3GHz。如果要求工作頻率至少高于主模TE10

波截止頻率的20%，且至少低于TE01

波截止頻率的20%。試求（1）該矩形波導(dǎo)的尺寸a和b。（2）根據(jù)所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)，計(jì)算TE10

波的相速度、波導(dǎo)波長(zhǎng)和波阻抗。TE01波的截止波長(zhǎng)和截止頻率分別為根據(jù)題意可得：可?。?1)TE10

波的截止波長(zhǎng)和截止頻率分別為電磁場(chǎng)理論2022/11/2224例題9-3-4設(shè)填充電磁場(chǎng)理論2022/11/2325(2)電磁場(chǎng)理論2022/11/2225(2)電磁場(chǎng)理論2022/11/2326本節(jié)課小結(jié)：矩形波導(dǎo)中的TE10波矩形波導(dǎo)TE10波的場(chǎng)分布形式；矩形波導(dǎo)TE10波導(dǎo)壁上激勵(lì)的面電流密度分布；矩形波導(dǎo)TE10群速度、相速度、波導(dǎo)波長(zhǎng)、波導(dǎo)波阻抗這些概念；下一節(jié)課：9-4波導(dǎo)傳輸功率和損耗在本節(jié)課的基礎(chǔ)上繼續(xù)學(xué)習(xí)矩形波導(dǎo)功率傳輸過程以及在傳輸過程中的損耗問題。電磁場(chǎng)理論2022/11/2226本節(jié)課小結(jié)：矩形波導(dǎo)中的T電磁場(chǎng)理論2022/11/23電磁場(chǎng)與電磁波27第9章導(dǎo)行電磁波9-3矩形波導(dǎo)中的TE10波電磁場(chǎng)理論2022/11/22電磁場(chǎng)與電磁波1第9章導(dǎo)行電2022/11/2328電磁場(chǎng)理論復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(1)azyxb,矩形波導(dǎo)截止頻率：能夠傳輸?shù)淖畹皖l率頻率大于截止頻率的電磁波才能在矩形波導(dǎo)中傳輸。主模頻率范圍填充空氣的矩形波導(dǎo)中TM波和TE波的截止頻率分布2022/11/222電磁場(chǎng)理論復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性2022/11/2329電磁場(chǎng)理論azyxb,矩形波導(dǎo)截止波長(zhǎng)：能夠傳輸?shù)淖畲蟛ㄩL(zhǎng)波長(zhǎng)小于截止波長(zhǎng)的電磁波才能在矩形波導(dǎo)中傳輸。截止區(qū)主模區(qū)全部模式被截止。

只有TE10波存在，其它模式均被截止。其它模式開始出現(xiàn)，呈現(xiàn)多模式。對(duì)于的矩形波導(dǎo)復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(2)2022/11/223電磁場(chǎng)理論azyxb,矩形波導(dǎo)截電磁場(chǎng)理論2022/11/2330azyxb,矩形波導(dǎo)中TE波電磁場(chǎng)分布情況復(fù)習(xí)9-2矩形波導(dǎo)的傳播特性(3)電磁場(chǎng)理論2022/11/224azyxb,矩形波導(dǎo)中電磁場(chǎng)理論2022/11/23319-3矩形波導(dǎo)中的TE10波TE10

波的電磁場(chǎng)表達(dá)式電磁場(chǎng)理論2022/11/2259-3矩形波導(dǎo)中的TE10電磁場(chǎng)理論2022/11/2332TE10

波的電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)表達(dá)式其余分量為零gHzHxEyzyt=0yHxEyHzxat=0沿x方向?yàn)轳v波，沿z方向?yàn)樾胁āz的振輻沿x按余弦分布，Hx及Ez的振幅沿x按正弦分布，但是其振幅均與y無關(guān)。電磁場(chǎng)理論2022/11/226TE10波的電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)理論2022/11/2333TE10

波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅的空間分布（分開）電磁場(chǎng)理論2022/11/227TE10波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁電磁場(chǎng)理論2022/11/2334xzyxyzgba磁場(chǎng)線電場(chǎng)線gHzHxEyzyyHxEyHzxa俯視圖橫截面視圖側(cè)面視圖TE10

波電場(chǎng)強(qiáng)度振幅和磁場(chǎng)強(qiáng)度振幅的空間分布(電場(chǎng)和磁場(chǎng)合在一起）傳播方向垂直于電場(chǎng)方向電場(chǎng)方向垂直于磁場(chǎng)方向電磁場(chǎng)理論2022/11/228xzyxyzgba磁場(chǎng)線電電磁場(chǎng)理論2022/11/2335幾種高次模的場(chǎng)分布TE10TE11TE20TE21TM21TM11磁場(chǎng)線電場(chǎng)線電磁場(chǎng)理論2022/11/229幾種高次模的場(chǎng)分布TE10T電磁場(chǎng)理論2022/11/2336

了解TE10

波的電磁場(chǎng)分布的目的：1.有效地使用波導(dǎo)作為傳輸線；2.知道了波導(dǎo)中場(chǎng)的分布，才能合理的設(shè)計(jì)波導(dǎo)的激勵(lì)和耦合裝置。3.波導(dǎo)的內(nèi)壁電流分布對(duì)于設(shè)計(jì)微波儀表及波導(dǎo)裂縫天線十分重要。（1）波導(dǎo)測(cè)量線中的槽線不允許切割內(nèi)壁電流，以免破壞波導(dǎo)中的波分布，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)；（2）波導(dǎo)天線必須切割內(nèi)壁電流，以激勵(lì)天線向外輻射電磁波。電磁場(chǎng)理論2022/11/2210了解TE10波的電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)理論2022/11/2337TE10模在波導(dǎo)壁上激勵(lì)的面電流密度分布xyabzyx內(nèi)壁電流電磁場(chǎng)理論2022/11/2211TE10模在波導(dǎo)壁上激勵(lì)的電磁場(chǎng)理論2022/11/2338TE10波的主要傳播特性參數(shù)截止頻率截止波長(zhǎng)縱向波矢波導(dǎo)波波長(zhǎng)TE波阻抗相速度群速度電磁場(chǎng)理論2022/11/2212TE10波的主要傳播特性參電磁場(chǎng)理論2022/11/2339TE10波的合成電磁場(chǎng)理論2022/11/2213TE10波的合成電磁場(chǎng)理論2022/11/2340TE10

波1.電場(chǎng)由兩個(gè)平面波疊加而成，傳播方向是和；2.其中的每一個(gè)平面波又可以看成一個(gè)沿著x(-x)軸和z軸平面波的疊加；3.當(dāng)時(shí)，該均勻平面波在兩個(gè)窄壁之間垂直來回反射。因此，無法傳播而被截止。電磁場(chǎng)理論2022/11/2214TE10波1.電場(chǎng)由兩電磁場(chǎng)理論2022/11/2341

矩形波導(dǎo)的窄壁可看成x=0和x=a的理想導(dǎo)體邊界，均勻平面波的入射角為

因此

考慮到波導(dǎo)波長(zhǎng)為

因此，波導(dǎo)波長(zhǎng)的幾何解釋為

相速度的幾何解釋為電磁場(chǎng)理論2022/11/2215矩形波導(dǎo)的電磁場(chǎng)理論2022/11/2342波面波面兩波疊加相互抵消沿+z方向的能速群速度電磁場(chǎng)理論2022/11/2216波面波面兩波疊加相互抵消沿電磁場(chǎng)理論2022/11/2343TE10波的能量傳輸特性坡印廷矢量能量沿z軸單向傳播能量在電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間交換電磁場(chǎng)理論2022/11/2217TE10波的能量傳輸特性坡電磁場(chǎng)理論2022/11/2344TE10坡印廷矢量平均值TE10波能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2218TE10坡印廷矢量平均值T電磁場(chǎng)理論2022/11/2345TE10能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2219TE10能量密度平均值電磁場(chǎng)理論2022/11/2346具體化簡(jiǎn)過程電磁場(chǎng)理論2022/11/2220具體化簡(jiǎn)過程電磁場(chǎng)理論2022/11/2347群速度等于能速！電磁場(chǎng)理論2022/11/2221群速度等于能速！電磁場(chǎng)理論2022/11/2348矩形波導(dǎo)三角形波導(dǎo)尺寸工作頻率傳輸模式電磁場(chǎng)理論2022/11/2222矩形波導(dǎo)三角形波導(dǎo)尺寸工作電磁場(chǎng)理論2022/11/2349例題9-3-1對(duì)于a=1.5cm，b=0.6cm的矩形波導(dǎo)，其中充以相對(duì)介電常數(shù)為2.25的非磁性