微波技術(shù)基礎(chǔ)1

1、微波技術(shù)基礎(chǔ),平時(shí)成績(jī)：20%（作業(yè)及考勤） 期末考試：80% 考試方式：筆試、閉卷,學(xué)時(shí)數(shù)：56學(xué)時(shí),2013年9月2013年12月,開(kāi)課時(shí)間：,微波技術(shù)基礎(chǔ),先修課程：電磁場(chǎng)與波 后續(xù)課程：微波網(wǎng)絡(luò) 微波集成電路 微波固態(tài)電路 微波測(cè)量 天線原理與設(shè)計(jì) 電波傳播 ,緒 論,微波及其特點(diǎn)：屬于電磁波，占其中一段,緒論,電磁波波段劃分,微波常用波段代號(hào),緒論,（續(xù)后）,(續(xù)前）,緒論 微波常用波段代號(hào),家用電器頻段,緒論 微波常用波段代號(hào),移動(dòng)通信頻段,緒論 微波常用波段代號(hào),微波的主要特性,1.微波的頻率高且波長(zhǎng)很短，與幾何光學(xué)相似，即似光性。,似光性和似聲性,2.微波的波長(zhǎng)與物體的尺寸具有

2、相同的量級(jí)，使得微波的 特點(diǎn)又與聲波相近，即似聲性。,直線傳播、反射、折射、衍射等。雷達(dá)利用此特性工作。,緒論,緒論 微波的主要特性,穿透性好,物質(zhì)內(nèi)部：微波探傷 電離層：衛(wèi)星通信 雨霧、雨、植被、積雪和地表層：微波遙感 生物體：醫(yī)學(xué)透熱療法 等離子體：遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、航天器實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)和通信,緒論 微波的主要特性,微波的量子能量還不夠大，不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子間的鍵。,非電離性,為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段,利用這一特性和原理，可研制許多適用于微波波段的器件和儀器,信息性,緒論 微波的主要特性,微波的頻率很高，所以在不太大的相對(duì)帶寬下，其可用的頻帶很寬，這意味著微

3、波的信息容量大。,電磁波是人類用來(lái)傳遞信息的重要資源,緒論 微波的主要特性,渡越時(shí)間效應(yīng)及傳播延時(shí)效應(yīng),延時(shí)效應(yīng)可以不考慮，電路采用集總參數(shù)計(jì)算,電路中各點(diǎn)相位不一致，表現(xiàn)為分布參數(shù),計(jì)算方法：場(chǎng)（電磁場(chǎng)分析方法） 路（等效電路，如傳輸線法）,緒論 微波的主要特性,微波的大氣傳播特性 1.氧氣和水蒸氣對(duì)微波頻率會(huì)產(chǎn)生選擇性的吸收和散射， 在毫米波頻段尤為突出； 2.氧氣分子諧振引起的吸收峰 出現(xiàn)在60GHz和120GHz附近， 而由水蒸氣諧振引起的吸收 峰在22GHz和183GHz附近。,緒論 微波的主要特性,3.四個(gè)傳播衰減相對(duì)較小的 “窗口”，其中心頻率分別 在35、94、140和220G

4、Hz， 相應(yīng)波長(zhǎng)分別為8.6、3.2、 2.1和1.4mm； 4.隨著電磁波的工作頻率升 高，總的衰減呈上升趨勢(shì)。,緒論 微波的主要特性,微波的應(yīng)用,緒 論,微波的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)?shù)貜V泛，特別是近60年里微波應(yīng)用發(fā)展很快。微波除了軍事用途外，還涉及并滲透到科學(xué)研究和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多部門(mén)。微波除廣泛應(yīng)用于軍事目的各種大型和小型雷達(dá)外，還運(yùn)用于民用的如導(dǎo)航、空中交通管制、氣象預(yù)報(bào)、微波遙感、汽車防撞、公安檢測(cè)、防盜等，還可用于加熱、殺菌等。,緒論 微波的應(yīng)用,傳遞信息的媒介 科學(xué)研究的手段 微波能應(yīng)用,可歸納為：,緒論 微波的應(yīng)用,傳遞信息的媒介,電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、空天一體化作戰(zhàn)體系,以F-22為代表

5、的美軍隱形飛機(jī)一項(xiàng)是美國(guó)擴(kuò)張、侵略的有力工具，美國(guó)人已經(jīng)將隱形飛機(jī)描繪成“戰(zhàn)無(wú)不勝”的象征，似乎隱形飛機(jī)真到了無(wú)懈可擊的地步。誠(chéng)然，由于自身獨(dú)特的氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)和大量使用特種材料，美軍隱形飛機(jī)確實(shí)很難被對(duì)方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。即使在探測(cè)手段已經(jīng)相當(dāng)成熟的今天對(duì)隱形飛機(jī)的探測(cè)依然是各國(guó)面對(duì)的一道難題。而即便能探測(cè)到，目前大量裝備的地空導(dǎo)彈的制導(dǎo)雷達(dá)和戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載雷達(dá)也無(wú)法有效探測(cè)到隱形飛機(jī)，這就給攻擊造成很大困難。,F22,隱身與反隱身,B2,美軍B-2隱形轟炸機(jī)投彈,F35,J20,J20,殲-20是成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)為中國(guó)人民解放軍空軍研制的中國(guó)第四代（歐美標(biāo)準(zhǔn)，俄標(biāo)準(zhǔn)為第五代）雙發(fā)重型隱形戰(zhàn)機(jī)。采用了單座

6、、雙發(fā)、全動(dòng)雙垂尾、DSI鼓包式進(jìn)氣道、上反鴨翼帶尖拱邊條的鴨式氣動(dòng)布局。殲-20的機(jī)頭、機(jī)身呈菱形，垂直尾翼向外傾斜，起落架艙門(mén)采用鋸齒邊設(shè)計(jì)，機(jī)身深墨綠色涂裝，遠(yuǎn)觀近似于黑色。2011年1月11日12時(shí)50分，殲20在成都實(shí)現(xiàn)首飛，歷時(shí)18分鐘。,緒論 微波的應(yīng)用,通信,微波具有頻率高、頻帶寬、信息量大的特點(diǎn) 應(yīng)用業(yè)務(wù)包括：微波多路通信、微波中繼通信、無(wú)線局域網(wǎng)、散射通信、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信、物聯(lián)網(wǎng)等；,緒論 微波的應(yīng)用,科學(xué)研究的手段,利用微波技術(shù) 建立的新學(xué)科,高能微波（高能微波加速器）：高能物理 微波波譜學(xué)：利用物質(zhì)吸收譜研究物質(zhì)結(jié)構(gòu) 微波天文學(xué)：由微波輻射研究天體 微波氣象學(xué) 遙感

7、、全息術(shù) 測(cè)量：弱功率應(yīng)用的電量和非電量測(cè)量。不接觸測(cè)量對(duì)象,緒論 微波的應(yīng)用,微波能應(yīng)用,加熱：特點(diǎn)是均勻、高效、迅速，便于控制 殺菌：除蟲(chóng)、育種、刺激植物生長(zhǎng) 生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用：對(duì)生物體選擇性加熱，治療各種疾病 輸能：傳輸電能、太陽(yáng)能,微波武器,微波武器:,THz應(yīng)用,太赫茲技術(shù),被美國(guó)評(píng)為“改變未來(lái)世界的十大技術(shù)之一”,被日本列為“國(guó)家支柱十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”之首,世界各國(guó)太赫茲技術(shù)研究 如火如荼,（1）THz 脈沖的典型脈寬在皮秒量級(jí)，不但可以方便地進(jìn)行時(shí)間分辯的研究，而且通過(guò)取樣測(cè)量技術(shù)，能夠有效地抑制遠(yuǎn)紅外背景噪聲的干擾。,（2）THz 脈沖源通常只包含若干個(gè)周期的電磁振蕩，單個(gè)脈沖的頻

8、帶可以覆蓋從GHz 直至幾十THz 的范圍，許多生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，電介質(zhì)、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、薄膜材料等的聲子振動(dòng)能級(jí)落在THz 波段范圍。因此THz 時(shí)域光譜技術(shù)作為探測(cè)材料在THz 波段信息的一種有效的手段，非常適合于測(cè)量材料吸收光譜，可用于進(jìn)行定性鑒別的工作。,太赫茲技術(shù)應(yīng)用,特點(diǎn)：,（3）THz 光子的能量低，只有幾毫電子伏特，因此不容易破壞被檢測(cè)物質(zhì)。,（4）許多的非金屬非極性材料對(duì)THz 射線的吸收較小，因此結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)，使得探測(cè)材料內(nèi)部信息成為可能。,太赫茲技術(shù)應(yīng)用,太赫茲的獨(dú)特性能給通信（寬帶通信）、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電磁武器、天文學(xué)、醫(yī)學(xué)成像（無(wú)標(biāo)記的基因檢查、細(xì)

9、胞水平的成像）、無(wú)損檢測(cè)、安全檢查（生化物的檢查）等領(lǐng)域帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。 太赫茲成像技術(shù)和太赫茲波譜技術(shù)由此構(gòu)成了太赫茲應(yīng)用的兩個(gè)主要關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí)，由于太赫茲能量很小，不會(huì)對(duì)物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，所以與X射線相比更具有優(yōu)勢(shì)。另外，由于生物大分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在糧食選種，優(yōu)良菌種的選擇等農(nóng)業(yè)和食品加工行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。,太赫茲技術(shù)應(yīng)用,目前已經(jīng)初步應(yīng)用于檢查郵件、識(shí)別炸藥及無(wú)損探傷等安全領(lǐng)域。 太赫茲的應(yīng)用仍然在不斷的開(kāi)發(fā)研究當(dāng)中，其廣袤的科學(xué)前景為世界所公認(rèn)。,太赫茲技術(shù)應(yīng)用,太赫茲成像 遠(yuǎn)距離穿墻、探測(cè)隱蔽目標(biāo) 太赫茲雷達(dá) 高精度寬頻帶，隱身目標(biāo)無(wú)

10、所遁形 太赫茲通信 開(kāi)辟通信新領(lǐng)域,中國(guó)在1979年制定的微波輻射暫行衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定： 1）一天八小時(shí)連續(xù)輻射時(shí)，其劑量不應(yīng)超過(guò)38 W/cm2； 2)短時(shí)間間斷輻射及一天超過(guò)八小時(shí)照射時(shí)，一天總劑量不超過(guò)300 Wh/cm2； 3）特殊情況需要在輻射劑量大于1mW/cm2環(huán)境中工作時(shí)，必須使用個(gè)人防護(hù)用品，但日劑量不得超過(guò)300Wh/cm2，一般不容許在劑量超過(guò)5mW/cm2的輻射環(huán)境下工作。,應(yīng)注意：長(zhǎng)時(shí)間、大劑量的微波輻射也會(huì)傷害人體，還應(yīng)注意對(duì)環(huán)境的污染。,緒論 微波的應(yīng)用,緒 論,本書(shū)內(nèi)容框圖及學(xué)習(xí)要點(diǎn),均勻傳輸線和 波導(dǎo)理論基礎(chǔ),規(guī)則金屬波導(dǎo),傳輸線理論,微波集成傳輸線,介質(zhì)波導(dǎo)與

11、光波導(dǎo),微波電路元件 理論基礎(chǔ),微波網(wǎng)絡(luò)理論,微波諧振器,微波元件,（全書(shū)共分8章）,研究微波在有限區(qū)域（即導(dǎo)行波系統(tǒng)）內(nèi)的傳輸問(wèn)題,第1章 導(dǎo)波的一般特性,定義 導(dǎo)波 在含有不同媒質(zhì)邊界的空間傳播或能夠沿導(dǎo)行系統(tǒng)定向傳輸?shù)碾姶挪ǎ?導(dǎo)波系統(tǒng) 構(gòu)成不同媒質(zhì)邊界的裝置。它的作用是束縛并 引導(dǎo)電磁波傳播。 不同頻段和用途的導(dǎo)波系統(tǒng) 1）低頻段導(dǎo)波系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 兩根平行導(dǎo)線； 缺點(diǎn) 隨著信號(hào)頻率升高，導(dǎo)線電阻損耗增大，不能有效引導(dǎo)微波。,導(dǎo)波和導(dǎo)波系統(tǒng),2）微波頻段導(dǎo)波系統(tǒng) 米波頻段結(jié)構(gòu) 改進(jìn)型雙導(dǎo)線即平行雙導(dǎo)體線； 分米波厘米波頻段結(jié)構(gòu) 封閉式雙導(dǎo)體導(dǎo)波系統(tǒng)即同軸線； 厘米波毫米波頻段結(jié)構(gòu) 柱面金屬

12、波導(dǎo)； 毫米波亞毫米波頻段結(jié)構(gòu) 介質(zhì)波導(dǎo)。 導(dǎo)波系統(tǒng)的主要功能 1）無(wú)輻射損耗地引導(dǎo)電磁波沿其軸向行進(jìn)而將能量從一處傳輸至另一處，稱之為饋線;,導(dǎo)波的一般特性,2）設(shè)計(jì)構(gòu)成各種微波電路元件，如濾波器、阻抗變換器、定向耦合器等。 導(dǎo)波系統(tǒng)按導(dǎo)行波分類 1）橫電磁TEM或準(zhǔn)TEM傳輸線,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波和導(dǎo)波系統(tǒng),平行雙線頻率低 米波,同軸線 分米波、厘米波或毫米波,帶狀線，功率低 厘米波或毫米波,微帶線，功率低 厘米波或毫米波,2）封閉金屬波導(dǎo) 3）表面波波導(dǎo)（或稱開(kāi)波導(dǎo)）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波和導(dǎo)波系統(tǒng),矩形波導(dǎo),圓波導(dǎo),脊波導(dǎo),橢圓波導(dǎo),介質(zhì)圓波導(dǎo),介質(zhì)帶線,鏡像線,導(dǎo)模導(dǎo)行波的模式,導(dǎo)

13、波的一般特性 導(dǎo)波和導(dǎo)波系統(tǒng),電磁場(chǎng)在橫向以駐波分布 導(dǎo)模離散性 正交性、對(duì)稱性、完備性 截止性：每個(gè)模式截止頻率不一樣,規(guī)則導(dǎo)行系統(tǒng) 定義：無(wú)限長(zhǎng)的筆直導(dǎo)行系統(tǒng)，其截面形狀和尺寸、媒質(zhì)分布情況、結(jié)構(gòu)材料及邊界條件沿軸向均不變化。,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波和導(dǎo)波系統(tǒng),導(dǎo)波的場(chǎng)分析方法,導(dǎo)波的一般特性,理論基礎(chǔ)：麥克斯韋方程組 研究方法：場(chǎng)解法,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)分析,導(dǎo)波系統(tǒng)中，求解場(chǎng)就是求解電磁場(chǎng)的矢量波動(dòng)方程或稱矢量亥姆霍茲方程，從而可知道系統(tǒng)中任一點(diǎn)的電磁場(chǎng)。,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)分析,導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,采用廣義柱坐標(biāo)系（u，z，），設(shè)導(dǎo)波沿z 向（軸向）傳播，則：,令,導(dǎo)波

14、的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,再令,分離變量法 基本思想,將（1.2）式代入（1.1）式，有,注：下標(biāo)“0”代表橫向分布函數(shù),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,（1.3a）變成：,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,令,式左、式右坐標(biāo)不相關(guān)，因此共同等于一常數(shù),（1.4）,（1.5）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,坐標(biāo)系確定后，該 兩方程可求解,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,討論,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,場(chǎng)振幅沿z軸方向無(wú)變化；相位沿z變化,場(chǎng)振幅、相位沿z軸方向均有變化,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,(

15、2) 導(dǎo)波場(chǎng)傳播、截止條件, 稱為傳播常數(shù),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,傳播方程,從而,(1.15),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,（1.14）,因此,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,傳播、截止條件,（無(wú)耗 屬理想傳輸情況）,（1.16）,（1.18）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,這時(shí)傳播情況為場(chǎng)的振幅沿z軸方向指數(shù)衰減，無(wú)相移。沒(méi)有沿z軸傳播的波，稱導(dǎo)波的截止?fàn)顟B(tài)。,（1.19）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,傳播常數(shù)為零，稱傳播的臨界狀態(tài)，屬截止情形,因此,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分布和橫向分布,結(jié)論,傳播狀態(tài)的波

16、稱傳播波或傳播模 截止?fàn)顟B(tài)的波（場(chǎng)）稱截止?；蚪刂箞?chǎng),判斷傳播波 條 件,導(dǎo)波的一般特性,導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,代入時(shí)諧場(chǎng)滿足的麥克斯韋方程組中,展開(kāi)后令方程兩邊的橫向分量和縱向分量分別相等,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,由、可得：,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,同理，由、還可得：,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,再由出發(fā)：,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,左,整理得,即,同理，由可得,重要結(jié)論：導(dǎo)波的橫向場(chǎng)滿足矢量亥姆霍茲（Helmholtz） 的方程。它只有在正交坐標(biāo)系中才能分解為兩個(gè)標(biāo)量亥姆霍茲方程。,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向

17、分量和縱向分量,再由出發(fā),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,整理得,即,重要結(jié)論：規(guī)則導(dǎo)行系統(tǒng)中導(dǎo)波場(chǎng)的縱向分量滿足標(biāo)量亥 姆霍茲方程 。,同理，由可得,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,橫-縱向場(chǎng)關(guān)系式,把 ， 代入到橫向場(chǎng)、 的表達(dá)式中，并 整理得到：,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,橫-縱向場(chǎng)關(guān)系式,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,（1.2-38）,（1.2-39）,（1.2-40、41）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波場(chǎng)的橫向分量和縱向分量,或,重要公式！,（同學(xué)們下去自己推導(dǎo)、證明一下）,導(dǎo)波的一般特性,導(dǎo)波的分類及各類導(dǎo)波的特性,傳輸媒質(zhì),橫電磁波

18、（TEM波）： Ez=Hz=0 有縱向場(chǎng)分量的電磁波，這又細(xì)分為以下三種類型： (1)橫電波（TE波）或磁波(H波) : Ez=0，Hz0 (2)橫磁波（TM波）或電波（E波）: Ez0，Hz=0 (3)混合波（EH波或HE波）: Ez0，Hz0,導(dǎo)波的一般特性,按導(dǎo)波有無(wú)縱向場(chǎng)分量可以分為兩大類,導(dǎo)行波討論: , 和 三情形,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的分類,這時(shí),導(dǎo)行波的傳播特性與均勻平面波相同，是TEM波。,2）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的分類,由k與kc的不同關(guān)系，這種導(dǎo)行波又可分為以下三種狀態(tài)：,特點(diǎn):是相速大于平面波速，即大于該媒質(zhì)中的光速，而群 速則小于該媒質(zhì)中的光速，同時(shí)導(dǎo)波波長(zhǎng)大于空間

19、波長(zhǎng)。這 是一種快波。 , 臨界狀態(tài) 沿z方向沒(méi)有波的傳播過(guò)程，k稱為臨界波數(shù)。,臨界(截止)角頻率,臨界(截止)頻率,臨界(截止)波長(zhǎng),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的分類,這時(shí)場(chǎng)的振幅沿z方向呈指數(shù)變化而相位不變，它不再是行波而是衰減場(chǎng)。式中第一項(xiàng)代表沿+z方向衰減的場(chǎng)，第二項(xiàng)代表沿-z方向衰減的場(chǎng)。這種狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)或過(guò)截止?fàn)顟B(tài)。,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的分類,3,這種導(dǎo)行波的相速小于無(wú)界媒質(zhì)中的波速，而波長(zhǎng)小于無(wú)界媒質(zhì)中的波長(zhǎng)，這是一種慢波,3),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的分類,本書(shū)第八章將會(huì)有討論,導(dǎo)波的特性分析 （1）TEM波場(chǎng)分量,導(dǎo)波的一般特性,考慮算子,（同學(xué)們下去推導(dǎo)一下）,（1.3-5

20、a）,（1.3-5b）,導(dǎo)波的一般特性 TEM波的場(chǎng)分量,（1.3-5b）左,TEM波的場(chǎng)分量 , 與傳播方向 互相垂直,并按 成右手螺旋關(guān)系。,TEM波場(chǎng)沿橫向分布的特點(diǎn) TEM波的場(chǎng)在導(dǎo)波系統(tǒng)橫截面上的分布與邊界條件相同的二維靜場(chǎng)完全一致，求TEM波的橫向分布函數(shù)，可以采用求靜態(tài)場(chǎng)完全類似的方法。,導(dǎo)波的一般特性 TEM波的場(chǎng)分量,(具體內(nèi)容在第二章中介紹),由TEM波場(chǎng)在橫平面的分布與靜態(tài)場(chǎng)相同這一點(diǎn)，可判斷具體的導(dǎo)波系統(tǒng)能否傳輸TEM波。例如空心金屬柱面波導(dǎo)，因其橫截面內(nèi)無(wú)法建立起靜態(tài)場(chǎng)（導(dǎo)體表面上存在異性電荷時(shí)不可能有靜止?fàn)顟B(tài)）。并且任意位置電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向必須垂直，磁力線必須閉合。所

21、以空心波導(dǎo)中不存在TEM波，而同軸線則可建立起靜態(tài)場(chǎng)，故可存在TEM波。 因此，TEM波只能存在于多導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)波系統(tǒng)中。,導(dǎo)波的一般特性 TEM波的場(chǎng)分量,空心金屬波導(dǎo)不能傳輸TEM波,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波特性分析,（2）TEM波的波阻抗,定義：導(dǎo)模橫向電場(chǎng)和橫向磁場(chǎng)之比為波阻抗,利用,于是 傳播特性 由橫-縱場(chǎng)關(guān)系可知，當(dāng) 時(shí)，要使等式左端 的場(chǎng)不為零（橫場(chǎng)若為零，則TEM波不存在）,則,或,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波特性分析,說(shuō)明TEM波無(wú)低頻截止，即雙線、同軸線等傳輸線，理論上可以傳播任意低頻率的電磁波。,導(dǎo)波的一般特性 TEM波的場(chǎng)分量,由傳播方程,得,無(wú)耗時(shí),此式表明導(dǎo)波中TEM波的傳播

22、常數(shù)與無(wú)界均勻媒質(zhì)電磁波的傳播常數(shù)相同。,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,（3）相速度和群速度(各波型),相速度定義：,導(dǎo)模（或?qū)Рǎ┑认辔幻嬉苿?dòng)的速度,(1.3-14),（1.3-47）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的場(chǎng)分量,群速度的解釋,（1.3-45）,（1.3-47）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,且,（群速與能速相等，能速定義見(jiàn)p17）,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,TEM波,無(wú)色散，且,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,（4）波長(zhǎng)（各波型）,截止波長(zhǎng),(1.3-52),導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,三個(gè)波長(zhǎng)之間的關(guān)系,（1.3-57）,（下去自己證明一下）,場(chǎng)分量和波阻抗 （1）TE/

23、TM波的場(chǎng)分量,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,（5）TE、TM波的特性分析,組成右螺旋關(guān)系,TE波,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,TE波波阻抗,(1.3-25),TE波電磁場(chǎng)完整表達(dá)式,無(wú)耗時(shí),TM波,TM波與TE波處理方法類似，可得,導(dǎo)波的一般特性 導(dǎo)波的特性分析,TM波總場(chǎng),無(wú)耗時(shí),導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減 傳輸功率 設(shè)導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面為S，則導(dǎo)波的傳輸功率為：,導(dǎo)波的一般特性,TEM波,（1.4-1）,（1.4-4）,無(wú)耗時(shí),導(dǎo)波的一般特性導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減,TE/TM波,無(wú)耗時(shí),存在縱向場(chǎng)的TE波和TM波，由于它們的橫向場(chǎng)可由縱向 場(chǎng)表出，因此傳輸功率也可由縱向場(chǎng)來(lái)表示：,導(dǎo)波的一般特性導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減,（證明見(jiàn)p21）,導(dǎo)波的能量 單位長(zhǎng)導(dǎo)波系統(tǒng)中傳播波的電能和磁能可由能量密度時(shí) 均值積分求得。,導(dǎo)波的一般特性導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減,TEM波,TE/TM波,導(dǎo)波的一般特性導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減,導(dǎo)波的一般特性導(dǎo)波的傳輸功率、能量及衰減,當(dāng)傳輸系統(tǒng)無(wú)耗時(shí),即是說(shuō)，在無(wú)耗導(dǎo)波系統(tǒng)中，傳播波的電能時(shí)均值與磁能時(shí)均值彼此相等,（證明請(qǐng)參見(jiàn)p22。利用了復(fù)數(shù)坡印廷矢量定理）,導(dǎo)波的衰