第3完整版本.2章圓形波導(dǎo)_第1頁
第3完整版本.2章圓形波導(dǎo)_第2頁
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文檔簡介

廣泛用于各種諧振器、波長計。返回§3.2圓形波導(dǎo)常用模式特點損耗小雙極化加工方便TE11TE01TM011.圓波導(dǎo)的導(dǎo)模:電磁場的橫縱向場關(guān)系式。見P78(3.2.-1a)圓波導(dǎo)中,其場的縱向分量滿足二維亥姆霍茲方程:邊界條件:1)TE模Ez=0,則用分離變量法,令代入方程并分離可得:上面第二式為貝塞爾方程。注意解在φ方向應(yīng)具有2π的周期性(單值條件),故必須為整數(shù)m第一式解為:由于圓波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有軸對稱性,場的極化方向具有不確定性,使導(dǎo)波場在φ方向存在兩種可能的分布。它們獨立存在,相互正交(兩個線性無關(guān)的獨立成份),截止波長相同,構(gòu)成同一波導(dǎo)的極化簡并模。式中為m階貝塞爾函數(shù),為m階諾曼函數(shù)(第二貝塞爾函數(shù))。R(貝塞爾方程)的解為貝塞爾函數(shù)諾伊曼函數(shù)∵而場在r

=0處應(yīng)為有限∴A2=0基本解為:則得一般解:式中為的根,其中n的意義:為滿足邊界條件,n為縱向電場沿徑向出現(xiàn)最大值的次數(shù)。求得解后代入邊界條件可得本征值:各場分量為(P79)場沿半徑按貝塞爾函數(shù)或按其導(dǎo)數(shù)的規(guī)律變化,波型指數(shù)n表示場沿半徑分布的最大值個數(shù);場沿圓周方向按正弦或余弦函數(shù)形式變化,波型指數(shù)m表示場沿圓周分布的整波數(shù)。TEmn導(dǎo)模的各參數(shù):波阻抗:傳播常數(shù):截止波長:截止頻率:TE11模對應(yīng)本征值為最小值圓波導(dǎo)最常用的導(dǎo)模(最低模)TE01模2)TM模Hz

=0,式中為的根。利用分離變量法求得解后代入邊界條件可得本征值則基本解為:則得一般解:各場分量為:場沿半徑按貝塞爾函數(shù)或按其導(dǎo)數(shù)的規(guī)律變化,波型指數(shù)n表示場沿半徑分布的最大值個數(shù);場沿圓周方向按正弦或余弦函數(shù)形式變化,波型指數(shù)m表示場沿圓周分布的整波數(shù)。TMmn導(dǎo)模的各參數(shù):波阻抗:傳播常數(shù):截止波長:截止頻率:TM01模最小值存在兩種簡并:極化簡并:一種是m≠0的TEmn或TMmn模式的。模式簡并:TE0n模與TM1n模簡并(這是由Bessel函數(shù)的特性所決定)圓波導(dǎo)的主模是TE11模,;

TM01模為次主模圓波導(dǎo)中的傳輸特性:l圓波導(dǎo)中傳輸條件2.主模TE11模場結(jié)構(gòu)場結(jié)構(gòu)與矩形波導(dǎo)的TE10模場結(jié)構(gòu)相似。實用中圓波導(dǎo)TE11模是由矩形波導(dǎo)TE10模來激勵;自然過渡。P94注意:TE11模存在極化簡并,垂直極化和水平極化具有相同的截止波長,因此利用波導(dǎo)尺寸不能實現(xiàn)單模傳輸,可利用激勵來實現(xiàn);在傳輸過程中,當圓波導(dǎo)出現(xiàn)不均勻性時或有橢圓度時,就會分裂出模。利用圓波導(dǎo)TE11模的極化簡并特性可以構(gòu)成一些雙極化元件,如極化分離器、極化衰減器等。結(jié)論:通常不采用圓波導(dǎo)來傳輸微波能量和信號。TE11是最低模,但不是理想工作模式。雖然極化簡并模式不利于微波能量的傳輸,但在通信中常利用極化模傳輸兩路信號,使在有限的頻帶內(nèi)傳輸更多的信號。①電磁場沿方向不變化,場具有軸對稱性;l常用的還有(1)圓對稱TM01模②電場集中在中心線附近;磁場集中在波導(dǎo)附近;③磁場只有分量,因此產(chǎn)生;---適用于作天線掃描裝置的旋轉(zhuǎn)鉸鏈的工作模式。(2)低損耗TE01模①電磁場沿方向不變化,場具有軸對稱性;②只有分量,在r=0及r

=a處,;③在時,只有分量,故圓波導(dǎo)壁上只有分量;此模式下,當f增高時,損耗下降,此模式常用作毫米波長距離傳輸、高Q圓柱諧振器TE11、TM01、TE01導(dǎo)模場§3.3同軸線同軸線傳輸TEM模式的波,但當同軸線的橫向尺寸可與工作波長相比擬的時,會出現(xiàn)TE模和TM模(同軸線的高次模)。主要研究TEM模。即有:故頻帶很寬.TEM波中:導(dǎo)波場的求解方法:電位滿足拉普拉斯方程求解柱坐標下的拉普拉斯方程的解。具有對稱性由于具有軸對稱性:邊界條件:求解,對上式進行積分移項:再積分:代入可得求解可得代入并整理可得解為式中為傳播常數(shù)。求得電場為:傳輸特性:特性阻抗:其介質(zhì)衰減常數(shù):(Np/m)其導(dǎo)體衰減常數(shù):(Np/m)同軸線導(dǎo)體損耗最小的尺寸條件為:對應(yīng)空氣阻抗為76.71Ω;空氣同

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