物理電動PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)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(dǎo)導(dǎo) 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(zhì)中絕緣介質(zhì)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): : 所謂波導(dǎo)所謂波導(dǎo)( (或者波導(dǎo)管或者波導(dǎo)管wave guide)wave guide)是利用理想導(dǎo)是利用理想導(dǎo) 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(dǎo)。和圓柱形波導(dǎo)。 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(shù)量級的電磁波）。厘米數(shù)量級的電磁波）。 u特點(diǎn)特點(diǎn): : 這這 就使得波導(dǎo)中的電磁波與無界空間的電磁波在性就使得波導(dǎo)中的電磁波與無界空間的電磁波在性 質(zhì)上有很大的差別質(zhì)上有很大的差別 第5頁/共29頁 直流電：必須將正負(fù)極與用電器連通，采用直流電：必須將正負(fù)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(dǎo)。頻率繼續(xù)提高，同軸電纜演化為波導(dǎo)。 頻率再提高，金屬波導(dǎo)管演化為光纜。頻率再提高，金屬波導(dǎo)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(nèi)的法向單位矢量表示由管壁指向管內(nèi)的法向單位矢量 理想導(dǎo)體中的場量的腳標(biāo)為理想導(dǎo)體中的場量的腳標(biāo)為1 1： 管內(nèi)絕緣介質(zhì)或真空中場量的腳標(biāo)為管內(nèi)絕緣介質(zhì)或真空中場量的腳標(biāo)為2 2 對于理想導(dǎo)體：對于理想

4、導(dǎo)體： 2 0 1 0 1111 HBDE 所以只需討論管內(nèi)電磁場所以只需討論管內(nèi)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(nèi)電磁波的波型或模式稱為管內(nèi)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(dǎo)管內(nèi)能傳播（在波導(dǎo)管內(nèi)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(dǎo)內(nèi)能以的電磁波在波導(dǎo)內(nèi)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(dǎo)內(nèi)不能以的電磁波在波導(dǎo)內(nèi)不能以（m，n）模式的模式的 波模傳播波模傳播 稱為管內(nèi)稱為管內(nèi) 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(shù)波數(shù) ，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(dǎo)內(nèi)能以的電磁波在波導(dǎo)內(nèi)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(dǎo)內(nèi)能以的電磁波在波導(dǎo)內(nèi)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(dǎo)內(nèi)能夠通過的最大波長為因此，在波導(dǎo)內(nèi)能夠通過的最大波長為2maxa,b。 由于波導(dǎo)的幾何尺寸不能做得過大，用波導(dǎo)來傳輸由于波導(dǎo)的幾何尺寸不能做得過大，用波導(dǎo)來傳輸 較長的無線電波是不實(shí)際的。在厘米波段，波導(dǎo)的較長的無線電波是不實(shí)際的。在厘米波段，波導(dǎo)的 應(yīng)用最廣。應(yīng)用最廣。 第25頁/共29頁 例例1:1:矩形真空波導(dǎo)管尺寸為矩形真空波導(dǎo)管尺寸為 , ,試問試問 的電磁波在波導(dǎo)管中的電磁波在波導(dǎo)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