矩形波導(dǎo)復(fù)習(xí)資料0604

1、第八章 矩形波導(dǎo)1. 波導(dǎo)中的傳播條件：f>fc或<c2. 矩形波導(dǎo)能傳輸TM波和TE波，不能傳輸TEM波。3. 矩形波導(dǎo)中：TEmn模：m和n皆可取0，但又不能同時為0TMmn模。顯然，m,n皆不可能為0，故最低階模為TM11其中：m表示電磁場沿波導(dǎo)寬邊a分布的半波數(shù)的個數(shù)，n表示電磁場沿波導(dǎo)窄邊b分布的半波數(shù)的個數(shù)。當(dāng)m和n取非零值時，TMmn模和TEmn模具有相同的截止參數(shù)，這種現(xiàn)象稱為模式簡并，相應(yīng)的模式稱為簡并模式。例如，TM21模和TE21模是簡并模式。4. 波長工作波長：定義：微波振蕩源所產(chǎn)生的電磁波的波長。 若填充空氣，則 若填充的介質(zhì)，則波導(dǎo)波長g：在波導(dǎo)內(nèi)，合成

2、波沿的等相位面在一個周期內(nèi)所走過的路程定義為波導(dǎo)波長g。 截止波長c：電磁波處于能傳輸與不能傳輸?shù)呐R介狀態(tài)，此時對應(yīng)的波長稱為截止波長，對應(yīng)的頻率叫截止頻率,fc.(或定義為：導(dǎo)行波不能在波導(dǎo)中傳輸時所對應(yīng)的最低頻率稱為截止頻率，該頻率確定的波長稱為截止波長。) 5.傳播速度若填充空氣，則 ，若填充的介質(zhì)，則相速度vp：定義 或 群速度vg：群速度（能速）就是電磁波所攜帶的能量沿波導(dǎo)縱軸方向（z軸）的傳播速度。 6.色散現(xiàn)象：傳播速度與頻率有關(guān)的現(xiàn)象時延失真：波導(dǎo)傳輸頻帶內(nèi)各不同頻率的信號傳輸時間不等，造成信號失真，這種失真稱為時延失真。7. 波阻抗：波導(dǎo)中某種波型的阻抗簡稱為波阻抗。定義為波

3、導(dǎo)橫截面上該波型的電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的比值。TM波的：TE波: 無界空間中的波阻抗: 空氣中： 介質(zhì)中 ：8.什么是模式簡并？9. 場結(jié)構(gòu)的定義：用電力線（實(shí)線）和磁力線（虛線）來表示場強(qiáng)空間變化規(guī)律的圖形。10.波導(dǎo)內(nèi)的場結(jié)構(gòu)圖必須遵守哪些規(guī)則？并畫出波導(dǎo)中橫截面的電場結(jié)構(gòu)圖？波導(dǎo)內(nèi)的場結(jié)構(gòu)圖必須遵守下列規(guī)則:（1）波導(dǎo)壁上只有電場的法向分量和磁場的切向分量;（2）電力線和磁力線一定相互垂直，二者的方向和波的傳播方向一定滿足右手螺旋法則;（3）磁力線一定是閉合曲線; 11. 管壁電流：理想導(dǎo)體管壁上形成了表面電流。導(dǎo)體表面的電流密度：。TE10 模的管壁電流 作為波導(dǎo)測量線：（a圖）why?

4、作為輻射器：（b圖）why?12. 主模（最低階模）：截止波長最大的模式稱為主模矩形波導(dǎo)的主模：TE10模。圓波導(dǎo)的主模：TE11模同軸線的主模：TEM模13.矩形波導(dǎo)中單模傳輸條件是什么？14.矩形波導(dǎo)中進(jìn)行單模傳輸，只能傳輸TE10模。原因在于：（1）當(dāng)波導(dǎo)尺寸一定時，TE10模的截止波長最長，因此只要工作波長選擇合適，就可保證只傳輸TE10模。（2）當(dāng)工作波長一定時，TE10模所需要的波導(dǎo)尺寸最小。（3）TE10波的截止波長與波導(dǎo)的b邊無關(guān)，可通過控制b邊來抑制其他型波，也可改變體積和功率容量（4）采用TE10波傳輸頻帶最寬（5）TE10波場結(jié)構(gòu)簡單，便于激勵和耦合。15.極限傳輸功率（

5、功率容量）：在不發(fā)生擊穿的情況下所允許的最大傳輸功率。16.允許傳輸功率一般為行波功率容量的20%-30%.17.既保證單模傳輸，又得到最大傳輸功率，工作波長選在的范圍。18.波導(dǎo)的激勵在波導(dǎo)中產(chǎn)生導(dǎo)行波。波導(dǎo)的耦合從波導(dǎo)特定模式場中提取能量19. 3種激勵方法：電場激勵；磁場激勵；電流（窗口）激勵（1）電場激勵具體實(shí)現(xiàn)方法：將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體延伸一小段沿電場方向插入矩形波導(dǎo)內(nèi)構(gòu)成探針激勵，由于這種激勵類似于電偶極子的輻射，故稱電激勵。 （2）磁場激勵具體實(shí)現(xiàn)方法：將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體延伸一小段后彎成環(huán)形，將其端部焊在外導(dǎo)體上，然后插入波導(dǎo)中所需激勵模式的磁場最強(qiáng)處，由于這種激勵類似于磁偶極子輻射，

6、稱為磁激勵。 （3）電流激勵具體實(shí)現(xiàn)方法：在兩個波導(dǎo)的公共壁上開孔或縫，使一部分能量輻射到另一波導(dǎo)去，以此建立所要的傳輸模式。20 圓波導(dǎo)：波導(dǎo)截面為圓形的波導(dǎo)稱為圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)中TMni模與TEni模（其中下標(biāo)n=0,1,2,表示場沿半圓周方向的半波數(shù)的個數(shù);下標(biāo)i=1,2,表示場沿半徑方向的半波數(shù)的個數(shù)）（i不能為0 ）所以，圓波導(dǎo)中不存在TEn0和TMn0圓波導(dǎo)中最常用的三個主要模式為TE11、TE01和TM01模。其中主模為： TE11模(c=3.41R) 要保證單模傳輸（只傳輸TE11模）則工作波長取值范圍：2.62 R <<3.41R21.同軸線：即可傳輸無色散的TEM波

7、，也可能存在有色散的TE和TM波。同軸線傳輸主模TEM模.同軸線主要適用于頻率為2500MHz以下的電磁波的傳輸。22. 同軸線尺寸選擇 （1）單模(TEM)傳輸：最小工作波長應(yīng)滿足：（2）衰減常數(shù)最小： 。相應(yīng)于同軸線特性阻抗為76.71歐（3）功率容量Pbr最大。相應(yīng)于同軸線特性阻抗為30歐綜合上述尺寸選擇影響因素，通常采取折衷尺寸 。相應(yīng)于同軸線特性阻抗為50歐歷年真題1.矩形波導(dǎo)只能傳輸_ _模和_ _模的電磁波。2.在傳播方向上有磁場分量，但沒有電場分量，這種模式的電磁波稱為_ 波，簡稱為_波。3.求解矩形波導(dǎo)中電磁波的各分量，是以_方程和波導(dǎo)壁理想導(dǎo)體表面上_所滿足的邊界條件為理論

8、依據(jù)的。4.波導(dǎo)中，TM 波的波阻抗 _；TE 波的波阻抗 _。5. 矩形波導(dǎo)可以工作在多模狀態(tài)，也可以工作在單模狀態(tài)，而單模的傳輸模式通常是_模，這時要求波導(dǎo)尺寸a、b 滿足關(guān)系_。6.矩形波導(dǎo)的尺寸為 ，填充空氣，工作模式為模，設(shè)頻率為f，此時的波阻抗的定義為_。計(jì)算公式為_。7.在矩形波導(dǎo)中，若 ，則波導(dǎo)中的主模是_ ；若 ，則波導(dǎo)中的主模是_。8.在導(dǎo)電媒質(zhì)中，電磁波的相速隨頻率改變的現(xiàn)象稱為_，這樣的媒質(zhì)又稱為_。2.106-4 矩形波導(dǎo)的橫截面尺寸為a=23mm，b=10mm，傳輸頻率為10GHz的TE10波，試求（1）截止波長C、波導(dǎo)波長g、相速vp和波阻抗ZTE。（2）能傳輸那

9、幾種模式？2、當(dāng)工作頻率接近于截止頻阿率時會產(chǎn)生極大的衰減。所以取工作頻率下限是截止頻率的1.25倍，工作頻率范圍是4.8GHz7.2GHz，要滿足矩形波導(dǎo)的單模傳輸。求：1、矩形波導(dǎo)的尺寸？（a=2b） 2、若f=10GHz，在該波導(dǎo)中能否傳輸？為什么？若能傳輸，波導(dǎo)中可能有哪些波型？6-5 矩形波導(dǎo)的尺寸為a´b=23´10 mm2，工作中心頻率為fo=9375MHz，求單模工作的頻率范圍fminfmax及中心頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長g和相速vp? 6-6 下列二矩形波導(dǎo)具有相同的工作波長，試比較它們工作在TM11模式的截止頻率。(1) a´b=23´1

10、0 mm2 (2) a´b=16.5´16.5 mm26-12 用BJ-32波導(dǎo)作饋線：(1)工作波長為6cm時，波導(dǎo)中能傳輸哪些波型?(2)用測量線測得波導(dǎo)中傳輸TE10波時兩波節(jié)之間的距離為10.9cm，求g和。(3)波導(dǎo)中傳輸H10波時，設(shè)=10cm，求vp和g和c。答：BJ-32波導(dǎo)其工作頻率范圍為2.63.95GHz, ，何謂TEM波、TE波和TM波?矩形波導(dǎo)的波阻抗和自由空間波阻抗有什么關(guān)系?試設(shè)計(jì)=10cm的矩形波導(dǎo)，材料用紫銅，內(nèi)充空氣，并且要求TE10波的工作頻率至少有30的安全因子，即0.7fc2 f 1.3fc1，此處fc1和fc2分別表示TE10波和

11、相鄰高階模式截止頻率。尺寸為a´b=23´10 mm2的矩形波導(dǎo)傳輸線，波長為2cm、3cm、5cm的信號能否在其中傳播?可能出現(xiàn)哪些傳輸波型?波導(dǎo)中不同的波型具有相同的截止波長的現(xiàn)象稱為波型簡并或模式簡并欲在圓波導(dǎo)中得到單模傳輸，應(yīng)選擇哪一種波型?單模傳輸?shù)臈l件是什么?已知工作波長=5cm，要求單模傳輸，試確定圓波導(dǎo)的半徑，并指出是那種模式。1、矩形波導(dǎo)，填充空氣，設(shè)信號頻率。（1）求波導(dǎo)中可傳輸波的傳輸模式及最低傳輸模式的截止頻率、相位常數(shù)、波導(dǎo)波長、相速、波阻抗。（2）若填充的無耗介質(zhì)，則時，波導(dǎo)中可傳輸波的傳輸模式。（3）對于的波導(dǎo)，若只傳輸TE10波，則重新確定波導(dǎo)尺寸或重新確定其單模傳輸頻帶。2、用BJ100型矩形波導(dǎo)（）傳輸TE01波，終端負(fù)載與波導(dǎo)不匹配，測得波導(dǎo)中相鄰兩個電場波節(jié)點(diǎn)之間的距離為19.88mm，求工作波長。3. 用BJ100型矩形波導(dǎo)（）填