圓波導、同軸線、帶狀線、微帶線簡介

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1、1、1圓波導若將同軸線的內(nèi)導體抽走,則在一定條件下,由外導體所包圍的圓形空間也能傳輸電磁能量,這就是圓形波導,簡稱圓波導。圓波導中的場與矩形波導一樣,圓波導也只能傳輸TE和TM波型。設(shè)圓形波導外導體內(nèi)徑為a,并建立如下圖所示的圓柱坐標。①TE波此時Ez=0,Hz=Hoz(ρ,φ)e-jβz≠0,且滿足：圓波導圓波導及其坐標系圓波導即二維拉普拉斯方程，利用分離變量法和邊界條件求解，可得：其中，ρ是圓截面徑向方向位置；Jm是m階貝塞爾函數(shù)；設(shè)是m階貝塞爾函數(shù)的一階導數(shù)的第n個根，則對于TE波，有：即圓波導且故可得：則確定Hz分量后，在柱坐標下就可求出其它各場分量。②

2、TM波通過與TE波相同的分析，可得：同樣，ρ是圓截面徑向方向位置；Jm是m階貝塞爾圓波導函數(shù)；設(shè)是m階貝塞爾函數(shù)的第n個根則對于TM波，有：即圓波導的傳輸特性且故可得：則確定Ez后，在柱坐標下就可求出其它各場分量。與矩形波導不同,圓波導的TE波和TM波的傳輸特性各不相同。圓波導①截止波長由前面分析,圓波導TEmn模、TMmn模的截止波數(shù)分別為式中,和分別為m階貝塞爾函數(shù)及其一階導數(shù)的第n個根。于是,各模式的截止波長分別為:圓波導在所有的模式中,TE11模截止波長最長,其次為TM01模,三種典型模式的截止波長分別為：λcTE11=3.4126aλcTM01=2.6

3、127aλcTE01=1.6398a下圖給出了圓波導中各模式截止波長的分布圖。②簡并模圓波導中的“簡并”有兩種：一種是由于λc相同導致的模式簡并，例如λcTE0n=λcTM1n,從而形成了圓波導圓波導中各模式截止波長的分布圖圓波導TE0n模和TM1n模的簡并；再一種是由場分量沿φ的分布存在cosmφ和sinmφ兩種可能導致的極化簡并，即對同一組m，n，有兩種場結(jié)構(gòu)完全一樣，只是極化面相互旋轉(zhuǎn)了90°。只有軸對稱的TE0n和TM0n波才沒有這種簡并現(xiàn)象。圓波導中的幾種常用波形主模TE11波主模TE11模的截止波長最長,是圓波導中的最低次模,也是主模。它的場結(jié)構(gòu)分布

4、圖如下圖所示圓波導圓波導TE11場結(jié)構(gòu)分布圖圓波導將m=1，n=1代入TE波的各分量表達式，得到：圓波導TE01模由上圖所見，圓波導中TE11模的場分布與矩形波導的TE10模的場分布很相似,因此工程上容易通過矩形波導的橫截面逐漸過渡變?yōu)閳A波導,從而構(gòu)成方圓波導變換器。將m=0，n=1代入TE波的各分量表達式中，可得：圓波導它只有Eφ、Hr和Hz三個分量，其橫截面場分布如下圖所示。由圖可知，其場分布具有對稱性；波導壁上（ρ=a）只有Hz分量，所以只存在φ方向的管壁電流，無縱向電流。因此,當傳輸功率一定時,隨著頻率升高,管壁的熱損耗將單調(diào)下降,故其損耗相對其它模式來

5、說是低的。因此可將工作在TE01模的圓波導用于毫米波的遠距離傳輸或制作高Q值的諧振腔。圓波導圓波導TE01場結(jié)構(gòu)分布圖圓波導TM01模將m=0，n=1代入TM波的各分量表達式中，可得：它只有Hφ、Er和Ez三個分量，其橫截面場分布如下圖所示。由圖可知，其場分布具有軸對稱性；磁場只有Hφ分量，故只存在縱向管壁電流；電場Ez在軸圓波導圓波導TM01場結(jié)構(gòu)分布圖圓波導線（ρ＝0）附近最強。根據(jù)上述特點，它可以有效地和軸向流動的電子流交換能量,由此將其應用于微波電子管中的諧振腔及直線電子加速器中的工作模式。1、2同軸線簡介同軸線的概念同軸線是一種典型的雙導體傳輸系統(tǒng)

6、,它由內(nèi)、外同軸的兩導體柱構(gòu)成,中間為支撐介質(zhì)。其中,內(nèi)、外半徑分別為a和b,填充介質(zhì)的磁導率和介電常數(shù)分別為μ和ε。同軸線是微波技術(shù)中最常見的TEM模傳輸線，它既能支持TEM波傳輸，也能支持TE、TM波傳播。同時，同軸線是一種寬頻帶微波傳輸線，因此它得到廣泛的應用。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。同軸線簡介同軸線結(jié)構(gòu)圖同軸線簡介同軸線的場方程求解同軸線中的TEM波各場量，就是在柱坐標系下求解橫向分布函數(shù)φ所滿足的拉普拉斯方程。求得的同軸線中TEM波的橫向場分量為：其中，E0是振幅常數(shù)，η＝120π/是TEM波的波阻抗。同軸線簡介同軸線的傳輸參數(shù)相移常數(shù)特性阻抗相速相波長式中

7、，εr為同軸線中填充介質(zhì)的相對介電常數(shù)同軸線簡介同軸線的傳輸功率與衰減傳輸功率同軸線傳輸TEM波的平均功率為：同軸線的功率容量為：同軸線簡介其中Ubr為擊穿電壓，由擊穿電場Ebr決定。由擊穿電壓和擊穿電場的關(guān)系，可得到功率容量的計算式：衰減同軸線的衰減由兩部分構(gòu)成，一部分是由導體損耗引起的，用αc表示；再一部分是由介質(zhì)損耗引起的，用αd表示，其計算公式為：同軸線簡介同軸線中的高次模若同軸線的尺寸與波長相比足夠大時，傳輸線上有可能傳輸TM或TE波。式中，是導體的表面電阻，tanσ是同軸線中填充介質(zhì)的損耗角正切。同軸線簡介①對TM波最低波形為②在m≠0，n=1時，對

8、TE波最低波形為在m=0