微波技術(shù)微波技術(shù)第三章(6)課件

1、1. 傳輸條件與截止特性(1) 傳輸條件為傳輸狀態(tài)。 (2) 截止特性截止， a 為衰減常數(shù)。相位常數(shù)二、圓波導(dǎo)中導(dǎo)行波的傳輸特性截止波數(shù)截止波長截止頻率(3) 部分 的截止波長及其分布圖的根 可查P86表3-3，用于求 波的 的根 可查P89 表3-4，用于求 波的 圓波導(dǎo)中若干模式的截止波長可查 P89 表3-5。E 波 (TM 波)H 波 (TE 波)模式lc模式lc2.62a1.64a1.14a0.90a0.72a0.62a1.64a3.41a0.90a1.18a0.62a0.74a1.22a2.06a0.75a0.94a表3-5 圓波導(dǎo)中若干模式的截止波長圖3-27 圓波導(dǎo)中各模式截

2、止波長的分布3.41aa02a3a4al全 部截止區(qū)圓波導(dǎo)中, 各模式的截止波長 ( lc )n i 的分布如 圖3-27，由于 lc 只與a /vn i ( TE波) 或 a /un i ( TM波) 有關(guān)，故該分布圖對任意半徑的圓波導(dǎo)都適用。使用方法和矩形波導(dǎo)的圖3-8一樣 。(1) 相位常數(shù)(2) 波阻抗2. 傳輸參量 ( 波導(dǎo)內(nèi)為空氣 )上兩式中，上、下符號分別對應(yīng)于沿z方向傳播的行波。(3) 其他傳輸參量(4) 傳輸功率(5) 導(dǎo)體損耗引起的衰減 acpL 為單位長度波導(dǎo)的功率損耗。3. 圓波導(dǎo)的簡并圓波導(dǎo)有兩種簡并:(1) EH簡并 不同模式對應(yīng)于相同的本征值 kc ，稱作模式簡并

3、。依Bessel 函數(shù)的性質(zhì)，有恒等式也就是 模式簡并。即對同一 n、i 而言，場沿 j 方向(圓周方向)分別存在著sinnj (奇函數(shù)) 和cosnj (偶函數(shù)) 兩個線性無關(guān)的獨立成分，但其 lc 相同，傳播特性相同, 只是極化面旋轉(zhuǎn)了90， 這種簡并稱為極化簡并。三、圓波導(dǎo)中的三個常用模式(2) 極化簡并當(dāng) n 時， 當(dāng) n=0 時，sinnj = 0, 其模式在 j 方向(圓周方向)無變化。 故而，在圓波導(dǎo)中，除 TE0 i 、TM0 i 模外，其余模都存在極化簡并。這種簡并在圓波導(dǎo)中很難避免，給實際應(yīng)用帶來一些困難。 n=i=1, v11=1.841(表3-4)代入式(3-108)，

4、令 ，整理后得沿+z方向傳播的 模的場方程式，有五個分量。 的場分布如圖3-31 所示。圖3-31 圓波導(dǎo)中H11模式的場分布 壁電流分布圓波導(dǎo)中H11模式的壁電流分布波型的特點及應(yīng)用(1) 是圓波導(dǎo)的最低模式 (一般取a =l/3)時，可保證圓波導(dǎo)中只有 模式傳輸，但不能保證波導(dǎo)單模工作。a)b) c) 圖3-32 圓波導(dǎo) H11 模式的極化a) 水平極化； b) 垂直極化；c) 同時并存時極化面的旋轉(zhuǎn) 在圖3-32中， 水平極化和垂直極化是兩種不同的模式，但因為它們的c相同，故傳播特性完全一樣。 單模傳輸要求只能利用其中的一個，但是另一個不可能利用選擇波導(dǎo)尺寸的方法除去；而且，(2) 易發(fā)

5、生極化簡并模式的場不是圓周對稱的, 易發(fā)生極化簡并。 存在著場型相同而極化方向互相垂直的兩種波型，分別稱為水平極化 模和垂直極化 模。圖3-32a)、b)給出它們的場分布。由于極化簡并, 利用其極化簡并特性，可制成極化衰減器、極化變換器、微波鐵氧體環(huán)形器等微波元件; 此外, 在多路通信系統(tǒng)中, 收、發(fā)共用一付天線時, 將互相垂直的兩個極化波分別用于收、發(fā)，以避免二者間的耦合。即使在激勵時只激起其中之一，但其極化面很不穩(wěn)定，在傳輸過程中, 當(dāng)遇到不均勻性時, 極化面偏轉(zhuǎn)而分解為兩個極化方向互相垂直的 波 ; 所以，它雖是最低模式，但不是理想模式。故一般不用它作為傳輸模式 ( 或只能用于短距離傳輸

6、 )。狀逐漸變?yōu)閳A形時，波導(dǎo)中的 模就逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?模。根據(jù) 模與 模的場結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)矩形波導(dǎo)橫截面的幾何形這種波形變換原理可制成矩形 - 圓形波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器。 n = 0 , i = 1 , v01 = 3.832 , 又J0(x)= - J1(x) , 代入式(3-108) , 令 , 可得 波沿 +z方向傳輸?shù)膱龇匠淌綖閏 =2p a /3.832 1.64 a 。場分布如圖3-28 所示。 E H 簡并。(1) n =0，場沿j 方向無變化, 軸對稱，無極化簡并；但與壁電流無縱向分量 Jz ，損耗小。圖 3-28 (2) 圓電模式, 電場只有 Ej 分量，電力線在橫截面內(nèi)形成同心圓。圖3-2

7、9 直徑為30毫米的銅波導(dǎo)中的 、 、 模式的衰減系數(shù)與頻率的理論曲線常作為高Q 諧振腔和遠(yuǎn)距離毫米波傳輸線的工作模式。但要實現(xiàn)單模傳輸，需抑制其它高次模和簡并模。如圖3-30，采用疊片波導(dǎo)或螺旋波導(dǎo)。介質(zhì)吸收材料吸收材料銅片漆包線a）b）圖3-30 兩種能抑制其他模式的H01 波導(dǎo)a）疊片波導(dǎo) b）螺旋波導(dǎo)而其他干擾模式都有縱向電流，環(huán)形縫成了強輻射縫，干擾模式的能量大量輻射出去，被外層的吸收物質(zhì)吸收,最終被全部“濾掉”， 曾有用 H01 實現(xiàn)毫米波遠(yuǎn)距離傳輸?shù)难芯扛叱?，由于工程上的困難以及光纖傳輸?shù)呐d起而終止。疊片、螺旋波導(dǎo)相當(dāng)于在波導(dǎo)壁上開許多環(huán)形窄縫。H01模在波導(dǎo)壁上的高頻電流只有j

8、 向分量,不會被切斷。 只剩下 H10 模式。 Hz =0 , n =0 , i =1 , u01=2.405, 代入式 (3-107)。 令Ezm= E0(2.405/a)2cos0 , 并有J0 (x)= J1(x), 得該模式波沿 +z方向傳輸?shù)膱龇至勘磉_(dá)式模式的截止波長為P93 圖3-33為 的場分布圖。圖3-33(2) 圓磁模式，導(dǎo)內(nèi)壁電流只有縱向分量,磁力線是橫截面上的一簇同心圓: (1) n =0 , 場沿 j 向無變化，軸對稱，無簡并。適于作為天線掃描裝置的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) (鉸鏈) 的工作模式。(3) 在軸線上( r =0 ) 具有較強的 Ez 分量可有效地與軸向運動的電子流交換能量，該模式可作為直線型電子加速器的工作模式。 此外， 模式與 模配合還可作為衛(wèi)星地面站系統(tǒng)的跟蹤模式。免H11模的干擾。不過，TM01不是圓波導(dǎo)中的最低模式，使用時必須設(shè)法避例題：P240, 2-16 圓波導(dǎo)的直徑為5cm，求： (1) 等模的lC ；(2) 若l0=7cm、6cm、3cm時，