第八章矩形波导复习资料0604.docx
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第八章矩形波导复习资料0604
第八章矩形波导
1.波导中的传播条件：
f>fc或入<入c
2.矩形波导能传输TM波和TE波，不能传输TEM波。
3.矩形波导中：
TEmn模：
m和n皆可取0,但又不能同时为0
TMmn模。
显然，m,n皆不可能为0，故最低阶模为TM11
其中：
m表示电磁场沿波导宽边a分布的半波数的个数，n表示电磁场沿波导窄边b分布的半波数的个数。
当m和n取非零值时，TMmn模和TEmn模具有相同的截止参数，这种现象称为模式简
并，相应的模式称为简并模式。
例如，TM21模和TE21模是简并模式。
4.波长
1工作波长入：
定义：
微波振荡源所产生的电磁波的波长。
若填充空气，则vc310m/s
J00
2波导波长入g：
在波导内，合成波沿的等相位面在一个周期内所走过的路程定义为波导波长入g。
3截止波长入C：
电磁波处于能传输与不能传输的临介状态，此时对应的波长称为截止波长，对应的频率叫截止频率，fc.（或定义为：
导行波不能在波导中传输时所对应的最低频率
称为截止频率，该频率确定的波长称为截止波长。
）
（m）2
5•传播速度
v
f；
①相速度vp：
定义
速度。
2
6•色散现象：
传播速度与频率有关的现象
时延失真：
波导传输频带内各不同频率的信号传输时间不等，造成信号失真，这种失真称为时延失真。
7.波阻抗：
波导中某种波型的阻抗简称为波阻抗。
定义为波导横截面上该波型的电场强
度与磁场强度的比值。
TE波：
Zte
无界空间中的波阻抗：
...一
介质r中
空气中：
0120377
8•什么是模式简并？
9.场结构的定义：
用电力线（实线）和磁力线（虚线）来表示场强空间变化规律的图形。
10•波导内的场结构图必须遵守哪些规则？
并画出波导中横截面的电场结构图？
波导内的场结构图必须遵守下列规则:
（1）波导壁上只有电场的法向分量和磁场的切向分量；
（2）电力线和磁力线一定相互垂直，二者的方向和波的传播方向一定满足右手螺旋法则；（3）磁力线一定是闭合曲线；
11.管壁电流：
理想导体管壁上形成了表面电流。
uurm
导体表面的电流密度：
JsnH。
TE10模的管壁电流
3^管要电流
作为波导测量线：
（a图）why?
作为辐射器：
（b图）why?
12.主模（最低阶模）：
截止波长最大的模式称为主模
圆波导的主模：
TE11模
同轴线的主模：
TEM模
13•矩形波导中单模传输条件是什么?
14•矩形波导中进行单模传输，只能传输
TE10模。
原因在于:
（1）当波导尺寸一定时，TE10模的截止波长最长，因此只要工作波长选择合适，就可
保证只传输TE10模。
（2）当工作波长一定时，TE10模所需要的波导尺寸最小。
（3）TE10波的截止波长与波导的b边无关，可通过控制b边来抑制其他型波，也可改变体积和功率容量
（4）采用TE10波传输频带最宽
（5）TE10波场结构简单，便于激励和耦合。
15•极限传输功率（功率容量）：
在不发生击穿的情况下所允许的最大传输功率。
16•允许传输功率一般为行波功率容量的20%-30%.
17•既保证单模传输，又得到最大传输功率，工作波长选在0.5—0.9的范围。
c
18•波导的激励——在波导中产生导行波。
波导的耦合一一从波导特定模式场中提取能量
19.3种激励方法：
电场激励；磁场激励；电流（窗口）激励
（1）电场激励具体实现方法：
将同轴线的内导体延伸一小段沿电场方向插入矩形波导内
构成探针激励，由于这种激励类似于电偶极子的辐射，故称电激励。
IT
（2）磁场激励具体实现方法：
将同轴线的内导体延伸一小段后弯成环形，将其端部焊在
外导体上，然后插入波导中所需激励模式的磁场最强处，由于这种激励类似于磁偶极子辐射，称为磁激励。
（3）电流激励具体实现方法：
在两个波导的公共壁上开孔或缝，使一部分能量辐射到另一波导去，以此建立所要的传输模式。
20圆波导：
波导截面为圆形的波导称为圆波导
圆波导中TMni模与TEni模（其中下标n=0,1,2,…，表示场沿半圆周方向的半波数的个数下标i=1,2，…，表示场沿半径方向的半波数的个数）
（i不能为0）所以，圆波导中不存在TEn0和TMn0
圆波导中最常用的三个主要模式为TE、TE和TM模。
110101
其中主模为：
TE11模（入c=3.41R）
要保证单模传输（只传输TE11模）则工作波长取值范围：
2.62R＜入＜3.41R
21•同轴线：
即可传输无色散的TEM波，也可能存在有色散的TE和TM波。
同轴线传输主模一TEM模.
同轴线主要适用于频率为2500MHz以下的电磁波的传输。
22.同轴线尺寸选择
（1）单模（TEM）传输：
最小工作波长应满足：
ab
（2）衰减常数最小：
ba3.591。
相应于同轴线特性阻抗为76.71欧
（3）功率容量Pbr最大ba1.649。
相应于同轴线特性阻抗为30欧
综合上述尺寸选择影响因素，通常采取折衷尺寸ba2.3°3。
相应于同轴线特性阻抗
为50欧
历年真题
1.矩形波导只能传输模和模的电磁波。
2.在传播方向上有磁场分量，但没有电场分量，这种模式的电磁波称为波，
简称为波。
3.求解矩形波导中电磁波的各分量，是以方程和波导壁
理想导体表面上所满足的边界条件为理论依据的。
4.波导中，TM波的波阻抗；TE波的波阻抗。
5.矩形波导可以工作在多模状态，也可以工作在单模状态，而单模的传输模式通常是
模，这时要求波导尺寸a、b满足关系。
6.矩形波导的尺寸为ab，填充空气，工作模式为TE10模，设频率为f,此时的波阻抗的定义为。
计算公式为。
7.在矩形波导中，若ab，则波导中的主模是；若a2b，则波导
中的主模是。
8.在导电媒质中，电磁波的相速随频率改变的现象称为，这样的媒质又称
为。
2.3矩形液导截面尺寸为哎x占=23肋wdO枷和波导内充涵空气，佶号源频率为
WGH.,试求*
（1＞波导中可以传播的模式；
（2）该模式的截止波长久「相移常数/K波导波长丿.厂相速.•
2io矩形波导截面尺寸为沙&=23mmstLGwrrn»试求*
（1）传输模的单模工作頻带；
（2）在命h不变的情况下"如何才能获得更宽的频带?
6-4矩形波导的横截面尺寸为a=23mm,b=10mm,传输频率为1OGHz的TEio波，试求
（1）截止波长沧、波导波长鸟、相速Vp和波阻抗Zte。
（2）能传输那几种模式？
2、当工作频率接近于截止频阿率时会产生极大的衰减。
所以取工作频率下限是截止频率的1.25倍，工作频率范围是4.8GHz~7.2GHz,要满足矩形波导的单模传输。
求：
1、矩形波导的尺寸？
（a=2b）
2、若f=10GHz,在该波导中能否传输？
为什么？
若能传输，波导中可能有哪些波型?
6-5矩形波导的尺寸为ab=2310mm2,工作中心频率为率氾围fmin~fmax及中心频率所对应的波导波长为和相速Vp?
fo=9375MHz，求单模工作的频
6-6下列二矩形波导具有相同的工作波长，试比较它们工作在
（1）ab=2310mm2
（2）ab=16.516.5mm2
TM11模式的截止频率。
6-12用BJ-32波导作馈线：
（1）工作波长为6cm时，波导中能传输哪些波型？
（2）用测量线测得波导中传输TE10波时两波节之间的距离为
10.9cm，求乃和入。
⑶波导中传输Hio波时，设入=0cm，求vp和甌和沧。
答：
BJ-32波导其工作频率范围为2.6~3.95GHz,ab7.2143.04cm2，
何谓TEM波、TE波和TM波？
矩形波导的波阻抗和自由空间波阻抗有什么关系
试设计Q10cm的矩形波导，材料用紫铜，内充空气，并且要求TEio波的工作频率至少有
30%的安全因子，即0.7fc2》f>1.3ci，此处fci和fc2分别表示TEio波和相邻高阶模式截止频率。
尺寸为ab=2310mm2的矩形波导传输线，波长为2cm、3cm、5cm的信号能否在其中传播?
可能出现哪些传输波型?
波导中不同的波型具有相同的截止波长的现象称为波型简并或模式简并欲在圆波导中得到单模传输，应选择哪一种波型?
单模传输的条件是什么?
已知工作波长/=5cm，要求单模传输，试确定圆波导的半径，并指出是那种模式。
1矩形波导ab23mm10mm，填充空气，设信号频率f10GHz。
（1）求波导中可传输波的传输模式及最低传输模式的截止频率、相位常数、波导波长、
相速、波阻抗。
（2）若填充r4的无耗介质，则f10GHz时，波导中可传输波的传输模式。
（3）对于r4的波导，若只传输TE10波，则重新确定波导尺寸或重新确定其单模传
输频带。
2、用BJ100型矩形波导（ab22.86mm10.16mm）传输TE01波，终端负载与波
导不匹配，测得波导中相邻两个电场波节点之间的距离为19.88mm,求工作波长。
2.1的
3.用BJ100型矩形波导（ab22.86mm10.16mm）填充相对介电常数介质，信号频率f10GHz，求TE10波的相速和群速。
4.发射机的工作波长范围是7.1~11.8cm，用矩形波导馈电，计算波导的尺寸和相对频带宽度。
5.用BJ-32矩形波导（ab72.14mm34.04mm）做馈线，试问：
（1）当工作波长为6cm，波导中能传输哪些波形？
（2）传输主模时。
测得相邻两波节距离为10.9cm，求工作波长和波导波长
（3）若工作波长为10cm,贝UTE10模工作时c、g、vp、vg、ZTE
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