物理電動PPT學習教案

1、會計學1 物理電動物理電動 第四章第五節(jié)第四章第五節(jié) 波波 導導 管管 第1頁/共29頁 第2頁/共29頁 B c)c) ， 0 0 1 E EE BBB b) 與與 同相位，都為：同相位，都為： B E txk 絕緣介質中絕緣介質中平面電磁波傳播的主要特性平面電磁波傳播的主要特性 2 2 2 1 2 1B Eww BE d) （a）服從右手定則、且KBEBE 第3頁/共29頁 k 第4頁/共29頁 u結構結構: : 所謂波導所謂波導( (或者波導管或者波導管wave guide)wave guide)是利用理想導是利用理想導 體制成的體制成的，常見的有截面為矩形，常見的有截面為矩形 和圓形的

2、，分別稱為和圓形的，分別稱為和圓柱形波導。和圓柱形波導。 u作用作用: : 傳輸高頻電磁波傳輸高頻電磁波( (微波微波) )能量能量（主要傳輸波長在（主要傳輸波長在 厘米數量級的電磁波）。厘米數量級的電磁波）。 u特點特點: : 這這 就使得波導中的電磁波與無界空間的電磁波在性就使得波導中的電磁波與無界空間的電磁波在性 質上有很大的差別質上有很大的差別 第5頁/共29頁 直流電：必須將正負極與用電器連通，采用直流電：必須將正負極與用電器連通，采用 隨著頻率的升高，平行雙線演化為同軸電纜。隨著頻率的升高，平行雙線演化為同軸電纜。 交流電：存在多種輸電線路，最簡單的是雙交流電：存在多種輸電線路，最

3、簡單的是雙 頻率繼續(xù)提高，同軸電纜演化為波導。頻率繼續(xù)提高，同軸電纜演化為波導。 頻率再提高，金屬波導管演化為光纜。頻率再提高，金屬波導管演化為光纜。 雙線制。雙線制。 線制。線制。 第6頁/共29頁 第7頁/共29頁 第8頁/共29頁 z by ax ， ， 0 0 x y za b k 第9頁/共29頁 n 1111 ,HBDE 2222 ,HBDE x y za b k ：表示由管壁指向管內的法向單位矢量表示由管壁指向管內的法向單位矢量 理想導體中的場量的腳標為理想導體中的場量的腳標為1 1： 管內絕緣介質或真空中場量的腳標為管內絕緣介質或真空中場量的腳標為2 2 對于理想導體：對于理想

4、導體： 2 0 1 0 1111 HBDE 所以只需討論管內電磁場所以只需討論管內電磁場HBDE , 第10頁/共29頁 )( 1 sincos),( tzki yxx z yekxkAtzyxE a b x y z k E H )( 2 cossin),( tzki yxy z yekxkAtzyxE )( 3 sinsin),( tzki yxz z yekxkAtzyxE )( ),(),( tizikz eyxEtzyxE 第11頁/共29頁 )( 1 sincos tzki yxx z yekxkAE )( 2 cossin tzki yxy z yekxkAE )( 3 sinsi

5、n tzki yxz z yekxkAE .2 , 1 , 0,m a m kx .2 , 1 , 0,n b n ky )( 22 2 yxz kkkk 稱為管內電磁波的波型或模式稱為管內電磁波的波型或模式 第12頁/共29頁 k 第13頁/共29頁 k 第14頁/共29頁 第15頁/共29頁 （2 2）不同的）不同的 ，有不同的，有不同的 ),(nm mnmn TMTE 和 第16頁/共29頁 第17頁/共29頁 第18頁/共29頁 四截止頻率和截止波長四截止頻率和截止波長 1、截止角頻率、截止角頻率 的定義的定義 nm, 在波導管內能傳播（在波導管內能傳播（m，n）模式電磁波的）模式電磁

6、波的 最小角頻率最小角頻率，稱為該模式的截止角頻率，稱為該模式的截止角頻率 nm, ：頻率為：頻率為 的電磁波在波導內能以的電磁波在波導內能以（m，n）模式的模式的 波模傳播波模傳播 nm, ：頻率為：頻率為 的電磁波在波導內不能以的電磁波在波導內不能以（m，n）模式的模式的 波模傳播波模傳播 稱為管內稱為管內 電磁波的波型或模式電磁波的波型或模式 第19頁/共29頁 波數波數 ，由激發(fā)頻率，由激發(fā)頻率 確定；確定； k 2222 () zxy kkkk b n k a m k yx , 22 )()(,: b n a m kk c 即若 ikkk cz 2 2 tiztzki eee z )

7、( 2、截止角頻率、截止角頻率 的計算公式的計算公式 nm, 2 2222 )()( cz kk b n a m kk 對于給定的對于給定的 第20頁/共29頁 22 )()( b n a m 若： tiztzki eee z )( )( ),(),( tzki z eyxEtzyxE zikz e變?yōu)樗p變?yōu)樗p這時傳播因子這時傳播因子因子。因子。 ti ze eyxEtzyxE ),(),( ikkk cz 2 2 第21頁/共29頁 要使管中有波傳播，要使管中有波傳播， 必須使必須使 22 2 yx kkk 22 , )()( b n a m nm 22 )()( b n a m 22

8、, )()( 2 1 b n a m f nm 22 , , )()(2 b n a m f nm nm nm nm ff , , ：頻率為：頻率為 的電磁波在波導內能以的電磁波在波導內能以（m，n） 模式的波模傳播模式的波模傳播 f或 nm, ：波長為：波長為 的電磁波在波導內能以的電磁波在波導內能以（m，n）模式的模式的 波模傳播波模傳播 第22頁/共29頁 22 11 11 ba 22 11 11 2 1 ba f 22 11 ) 1 () 1 (2 ba 第23頁/共29頁 ba 1 , 1 0110 b f a f 1 2 1 , 1 2 1 0110 a2 10 b2 01 第24

9、頁/共29頁 a 10 a2 10 )(ba b 01 b2 01 )(ba 因此，在波導內能夠通過的最大波長為因此，在波導內能夠通過的最大波長為2maxa,b。 由于波導的幾何尺寸不能做得過大，用波導來傳輸由于波導的幾何尺寸不能做得過大，用波導來傳輸 較長的無線電波是不實際的。在厘米波段，波導的較長的無線電波是不實際的。在厘米波段，波導的 應用最廣。應用最廣。 第25頁/共29頁 例例1:1:矩形真空波導管尺寸為矩形真空波導管尺寸為 , ,試問試問 的電磁波在波導管中的電磁波在波導管中 的可能模式？的可能模式？ cmcm6 . 07 . 0 HZf 10 103 2222 00 , )()( 2 )()( 2 1 b n a mc b n a m f nm HZHZ c f 10102 10 103101 . 2) 7 . 0 1 ( 2 HZHZ c f 101022 11 103103 . 3) 6 . 0 1 () 7 . 0 1 ( 2 HZHZ c f 10102 01 103105 . 2) 6 . 0 1 ( 2 第26頁/共29頁 HZHZ c f 10102 20 10310285. 4) 7