波導(dǎo)傳輸線理論課件

波導(dǎo)傳輸線理論課件波導(dǎo)傳輸線基本概念規(guī)則波導(dǎo)傳輸特性分析微帶線和帶狀線傳輸特性分析不規(guī)則截面波導(dǎo)傳輸特性分析方法論述典型應(yīng)用案例：天線、濾波器、功分器等設(shè)計(jì)實(shí)踐測(cè)量技術(shù)與儀器在波導(dǎo)傳輸線中應(yīng)用介紹01波導(dǎo)傳輸線基本概念用于傳輸電磁波的空心金屬管，其橫截面形狀可以是矩形、圓形等。波導(dǎo)定義按照橫截面形狀可分為矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)等；按照工作模式可分為TE波、TM波等。波導(dǎo)分類波導(dǎo)定義與分類描述電磁波在波導(dǎo)中傳輸?shù)幕痉匠?，包括波?dòng)方程、傳輸線方程等。分離變量法、有限差分法、有限元法等。傳輸線方程及解析解析方法傳輸線方程邊界條件波導(dǎo)端口處的電磁場(chǎng)分布應(yīng)滿足一定的邊界條件，如電場(chǎng)切向分量連續(xù)、磁場(chǎng)法向分量連續(xù)等。激勵(lì)源用于產(chǎn)生電磁波的裝置或設(shè)備，如天線、微波源等。在波導(dǎo)中傳輸?shù)碾姶挪ㄐ枰杉?lì)源產(chǎn)生，并通過(guò)波導(dǎo)端口輸入到波導(dǎo)中進(jìn)行傳輸。邊界條件與激勵(lì)源02規(guī)則波導(dǎo)傳輸特性分析矩形波導(dǎo)主要傳輸TE和TM模式，其中TE10模是主模。傳輸模式TE10模的電場(chǎng)主要集中在波導(dǎo)寬邊中心附近，磁場(chǎng)主要集中在波導(dǎo)窄邊中心附近。場(chǎng)分布對(duì)于給定尺寸的矩形波導(dǎo)，存在截止波長(zhǎng)，只有工作波長(zhǎng)小于截止波長(zhǎng)的電磁波才能在波導(dǎo)中傳播。截止波長(zhǎng)矩形波導(dǎo)的衰減較小，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。衰減特性矩形波導(dǎo)圓形波導(dǎo)可以傳輸多種模式，如TE、TM、HE和EH模式等。傳輸模式場(chǎng)分布截止波長(zhǎng)衰減特性各種模式的場(chǎng)分布在圓形截面內(nèi)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)，如TM01模的電場(chǎng)沿徑向分布，磁場(chǎng)呈環(huán)形分布。對(duì)于給定尺寸的圓形波導(dǎo)，各種模式都有相應(yīng)的截止波長(zhǎng)。圓形波導(dǎo)的衰減也較小，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。圓形波導(dǎo)傳輸模式場(chǎng)分布截止波長(zhǎng)衰減特性同軸線及其高次模01020304同軸線主要傳輸TEM模，也可以傳輸高次模如TE和TM模。TEM模的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在同軸線的橫截面上呈環(huán)形分布，高次模的場(chǎng)分布則更為復(fù)雜。同軸線的截止波長(zhǎng)取決于內(nèi)外導(dǎo)體之間的尺寸差異，差異越大，截止波長(zhǎng)越短。同軸線的衰減隨著頻率的升高而增大，因此適用于中短距離傳輸。03微帶線和帶狀線傳輸特性分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)微帶線由一根寬度遠(yuǎn)小于介質(zhì)基片厚度的中心導(dǎo)體帶和兩側(cè)接地平板構(gòu)成，中心導(dǎo)體帶和接地平板之間填充介質(zhì)材料。主模特性微帶線的主模是準(zhǔn)TEM模，其電磁場(chǎng)分布與TEM模相似，但存在縱向場(chǎng)分量。微帶線的特性阻抗和有效介電常數(shù)與導(dǎo)體帶寬度、介質(zhì)基片厚度和介電常數(shù)有關(guān)。微帶線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主模特性帶狀線由兩根平行且等寬的導(dǎo)體帶和兩側(cè)接地平板構(gòu)成，導(dǎo)體帶和接地平板之間填充介質(zhì)材料。兩側(cè)接地平板可以是有限寬度的，也可以是無(wú)限寬度的。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)帶狀線的主模是TEM模，其電磁場(chǎng)分布與平行雙導(dǎo)線中的TEM模相似。帶狀線的特性阻抗和有效介電常數(shù)與導(dǎo)體帶寬度、介質(zhì)基片厚度和介電常數(shù)有關(guān)，同時(shí)還受到兩側(cè)接地平板寬度的影響。主模特性帶狀線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主模特性耦合微帶線當(dāng)兩根微帶線靠得很近時(shí)，它們之間會(huì)發(fā)生電磁耦合，形成耦合微帶線。耦合微帶線的電磁場(chǎng)分布和傳輸特性與單根微帶線有所不同，可以用于實(shí)現(xiàn)定向耦合器等微波元件。耦合帶狀線當(dāng)兩根帶狀線靠得很近時(shí)，它們之間也會(huì)發(fā)生電磁耦合，形成耦合帶狀線。與耦合微帶線類似，耦合帶狀線的電磁場(chǎng)分布和傳輸特性也與單根帶狀線有所不同，可以用于實(shí)現(xiàn)濾波器、功分器等微波元件。耦合微帶線和帶狀線分析04不規(guī)則截面波導(dǎo)傳輸特性分析方法論述將連續(xù)問(wèn)題離散化，用差分方程近似微分方程，求解波導(dǎo)傳輸特性?；驹砗?jiǎn)單直觀，易于編程實(shí)現(xiàn)，適用于規(guī)則截面波導(dǎo)。優(yōu)點(diǎn)對(duì)于不規(guī)則截面波導(dǎo)，差分方程的建立和求解較為復(fù)雜，精度受到影響。缺點(diǎn)有限差分法將連續(xù)問(wèn)題離散化為有限個(gè)小單元，對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行分析，再將結(jié)果組合起來(lái)得到整體解?；驹韮?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用于各種不規(guī)則截面波導(dǎo)，精度高，可以分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的傳輸特性。計(jì)算量大，需要高性能計(jì)算機(jī)和專業(yè)的有限元分析軟件。030201有限元法只在波導(dǎo)的邊界上劃分單元，建立邊界積分方程，通過(guò)求解邊界上的未知量得到波導(dǎo)傳輸特性?；驹硐鄬?duì)于有限元法，計(jì)算量較小，精度也較高，特別適用于開域問(wèn)題和無(wú)限域問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)對(duì)于復(fù)雜截面波導(dǎo)，建立邊界積分方程的過(guò)程較為復(fù)雜，需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。缺點(diǎn)邊界元法05典型應(yīng)用案例：天線、濾波器、功分器等設(shè)計(jì)實(shí)踐微帶天線設(shè)計(jì)通過(guò)微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天線的小型化，利用波導(dǎo)傳輸線理論分析微帶天線的輻射效率和帶寬特性。偶極子天線設(shè)計(jì)利用波導(dǎo)傳輸線理論，分析偶極子天線的輻射特性，實(shí)現(xiàn)定向輻射和高增益效果。陣列天線設(shè)計(jì)將多個(gè)天線單元組成陣列，利用波導(dǎo)傳輸線理論優(yōu)化陣列天線的輻射特性和波束指向性，提高天線系統(tǒng)的性能。天線設(shè)計(jì)實(shí)踐案例利用波導(dǎo)傳輸線理論分析波導(dǎo)濾波器的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)特定頻段的濾波效果，具有高Q值和低插入損耗的特點(diǎn)。波導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)采用微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波器的小型化，利用波導(dǎo)傳輸線理論優(yōu)化濾波器的帶寬和阻帶特性，提高濾波性能。微帶濾波器設(shè)計(jì)濾波器設(shè)計(jì)實(shí)踐案例VS基于波導(dǎo)傳輸線理論，分析威爾金森功分器的功率分配特性，實(shí)現(xiàn)等功分或不等功分的功率分配效果，具有低損耗和良好端口匹配的特點(diǎn)。定向耦合器設(shè)計(jì)利用波導(dǎo)傳輸線理論分析定向耦合器的耦合特性，實(shí)現(xiàn)主路與耦合路的功率分配和隔離效果，適用于多種通信系統(tǒng)。威爾金森功分器設(shè)計(jì)功分器設(shè)計(jì)實(shí)踐案例06測(cè)量技術(shù)與儀器在波導(dǎo)傳輸線中應(yīng)用介紹網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種能在寬頻帶內(nèi)進(jìn)行掃描測(cè)量以確定網(wǎng)絡(luò)參量的綜合性微波測(cè)量?jī)x器，其原理主要是基于散射參量S參數(shù)的測(cè)量。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)，需要注意校準(zhǔn)、連接和設(shè)置等技巧。例如，在進(jìn)行測(cè)量前必須進(jìn)行校準(zhǔn)以消除系統(tǒng)誤差，選擇合適的連接器和電纜以減小測(cè)量誤差，設(shè)置合適的掃描參數(shù)和平均次數(shù)以提高測(cè)量精度。網(wǎng)絡(luò)分析儀原理使用技巧分享網(wǎng)絡(luò)分析儀原理及使用技巧分享矢量信號(hào)發(fā)生器原理01矢量信號(hào)發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生高精度、高分辨率的復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的儀器，其原理主要是基于I/Q調(diào)制技術(shù)。頻譜儀原理02頻譜儀是一種能夠測(cè)量信號(hào)頻譜的儀器，其原理主要是基于外差式接收機(jī)技術(shù)。聯(lián)合測(cè)試方法03聯(lián)合使用矢量信號(hào)發(fā)生器和頻譜儀進(jìn)行測(cè)試，可以產(chǎn)生和測(cè)量各種復(fù)雜調(diào)制信號(hào)，并分析其頻譜特性。這種方法廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域。矢量信號(hào)發(fā)生器與頻譜儀聯(lián)合測(cè)試方法論述噪聲系數(shù)定義噪聲系數(shù)是衡量系統(tǒng)噪聲性能的一個(gè)重要指標(biāo)，定義為輸入信噪比與輸出信噪比之比。測(cè)試方法噪聲系數(shù)測(cè)試方法主要有冷源法、Y因子法和直接法等。其中，冷