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微波技术基础导波的分类及各类导波的特性_版16样版

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微波技术基础导波的分类跟各类导波的特性

微波技术基础导波的分类跟各类导波的特性

2 2 pe e20 ( j )2 Γe ( j ) pe eff ( ) 1 2 2 e0 jΓe ( j )2 Γe ( j ) e20
1.3 实现方法
3. 传输线上加载串联电容和并联电感构成的复合介质
。
z LR z CR
临界（截止）角频率
临界（截止）频率
③ k kc
2
2
2 k 2 kc2 0
j kc2 k 2
Z ( z) Z1ez Z 2ez
这时场的振幅沿z方向呈指数变化而相位不变，它不 再是行波而是衰减场。式中第一项代表沿+z方向衰减的， 第二项代表沿-z方向衰减的场。这种状态称为截止状态或 过截止状态。
kc
2
c 0 2 p g k k k rr rr 这种导行波的相速小于无界媒质中的波速，而波长小于无 界媒质中的波长，这是一种慢波→可用周期结构实现。
2 2 c
0
回旋振荡管
-慢波
特点：发展最早，现在已经比较成熟； 工作频率从厘米波段到亚毫米波段。
3).Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 这种波可视为TE波和TM波的线性叠加。
TM11
1.Ez=0，Hz≠0的波称为横电波(TE波)或磁波(H波)。 2.Ez≠0，Hz=0的波称为横磁波(TM波)或电波(E波)。 3.Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 前两种波，TE波和TM波可以独立存在于金属柱面波 导、圆柱介质波导和无限宽的平板介质波导中。
相速：是没有受到任何调制的单频稳态正弦波的波前 ( 等 相位面)在传播方向上推进的速度＝ω/β。 这种“早就开始振荡和传播，并且持续不断的”波，不载 有任何信息。

微波技术基础知识

微波技术基础知识
准TEM模（电磁场的纵向分量很小） 具有色散持性，这与纯TEM模不同， 而且随着工作频率的升高，这两种模之 间的差别也愈大。
传输媒质为空气和介质的非均匀媒质，微带线的电磁场存 在纵向分量，不能传播纯TEM波。
但是，主模的纵向场分量远小于横向场分量。因此， 主模具有纯TEM相似的特性； 纯TEM的分析方法也对微带线适用。 ———准TEM近似法
明显优点是与有源器件和无源元件连接十分方 便。
工作模式非TEM模传播 →便于MMIC
y
s
w
w
t
x
电力线 磁力线
h
r
z
共面波导
3.6 共面传输线
y
s
w
w
t
x
h
r
z
共面带线
共面波导
Z0
30 re
K (k) K (k )
电力线 磁力线
r
第一类完全椭圆 函数、余函数
3.6 共面传输线
2.共面带线
Z0
120 re
平板波 cTE10
导
的2W最
低Tr
E
模边和缘T修M正模
是TE1 c TE10
0模
、T
r
M20W1模，0.8h
微波集成传输线－微带线
表面波模：具有金属接地板的介质中传播， 存在于导带的两侧。表面波中最低的TE和TM 模分别是TE1模和TM0模。它们的截止波长分别 为：
工作频率上限
TE1模激励频率低，但是相速高，与TEM发 生强耦合的最低模的首先是TM0模。 波导横向谐振模易消除。表面波限制了微 带线的工作频率上限。
工作模式为混 合模，特性参量 计算较为复杂， 采用谱域法等数 值方法。
（a） （b）

电磁场与电磁波-- 规则金属波导讲解

电磁场与电磁波-- 规则金属波导讲解

第4章 规则金属波导微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。

微波传输线的种类很多，比较常用的有平行双线、矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线等。

导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三种波型(或模)：(1) 横磁波(TM 波)，又称电波(E 波)：0,0≠=z z E H (2) 横电波(TE 波)，又称磁波(H 波)：0,0≠=z z H E (3) 横电磁波(TEM 波)：0,0==z z H E其中横电磁波只存在于多导体系统中，而横磁波和横电波一般存在于单导体系统中，它们是色散波。

4-1电磁场理论基础一、导波概念: 1、思想（1） 导波思想：（2） 广义传输线思想：（3）本征模思想2、方法：波导应该采用具体措施（1）坐标匹配（2）分离变量法（3）边界确定常数二、导行波的概念及一般传输特性1、导行波的概念1）导行系统：用以约束或引导电磁波能量定向传输的结构。

其主要功能有二：(1)无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能量从一处传输至另一处，称这为馈线；(2)设计构成各种微波电路元件，如滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等。

导行系统分类：按其上的导行波分为三类：(1)TEM或准TEM传输线，(2)封闭金属波导，(3)表面波波导（或称开波导）。

如书上图1.4-12）规则导行系统：无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺寸，媒质分布情况，结构材料及边界条件沿轴向均不变化。

3）导行波的概念能量的全部或绝大部分受导行系统的导体或介质的边界约束，在有限横截面内沿确定方向（一般为轴向）传输的电磁波。

简单地说就是沿导行系统定向传输的电磁场波，简称为“导波”。

由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。

导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。

导行波可分成以下三种类型：（1）横电磁波（TEM 波）：（Transverse Electronic and magnetic Wave ）各种传输线使电磁能量约束或限制在导体之间空间沿其轴向传播，其导行波是横电磁（TEM ）波或准TEM 波。

微波技术基础导波的分类及各类导波的特性共32页文档

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13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
微波技术基础导波的分类及各 类导波的特性
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)

微波课件绪论

微波课件绪论

3．全球卫星导航定位系统
应用：用以帮助舰船和空中飞行器拟定它们旳位置，
目前已扩展到涉及陆地上及外层空间中一切需要定位旳 物体（如车辆、导弹等）。 工作频段：卫星导航系统需要地面与卫星间旳信息传播， 而微波具有穿透电离层旳特征，所以卫星导航系统都工 作在微波波段。 种类：
(1）GPS全球卫星导航系统（美国） (2）伽利略卫星定位系统（欧盟和中国）
2．微波元器件及整机设备不断向小型化、宽频带方 向发展。
微波元器件经历了从电真空器件向半导体微波器件、 从分离元件到集成电路旳发展过程。整机设备不断向体 积小、重量轻、频带宽、可靠性高旳方向发展。
3．微波系统向自动化、智能化和多功能化方向发展。
各学科间旳相互渗透，促使微波设备、系统和测试 仪表逐渐实现了自动化、智能化和多功能一体化。
卫星通信示意图
（3）移动通信 早期旳移动通信利用短波和超短波。 近年来其工作频率大部分已进入微波旳低频段。如
个人数字蜂窝系统(PDC, Personal Digital Cell )、 个人通信系统(PCS, Personal Communication System)、 数字蜂窝系统(DCS, Digital Cellular System )、 无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network)、 蓝牙技术（Blue Teeth Technique)。
表 0.1.2 常用微波分波段代号
波段代号
频率范围(GHz)
波长范围(cm)
标称波长(cm)
L
1~2
30~15
22
S
2~4
15~7.5
10
C
4~8
7.5~3.75
5
X

(完整word版)微波的技术基础

(完整word版)微波的技术基础

摘要本文主要介绍了微波的基础知识，在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用，在第二章中介绍了微波传输线理论，主要介绍了TE型波的理论和传输特性。

10This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.微波技术基础第一章微波简介1.1 什么是微波微波是频率非常高的电磁波，就现代微波理论的研究和发展而论，微波是指频率从GHz300的电磁波，其相应的波长从1m~0.1mm，这段电磁频谱包~MHz3000括分米波（频率从300MHz~3000MHz），厘米波（频率从3GHz~30GHz），毫米波（频率从30GHz~300GHz）和亚毫米波（频率从300GHz~3000GHz）四个波段。

下图为电磁波谱分布图：1.2微波的基本特点1.似光性和似声性微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多，当微波辐射到这些物体上时，将产生显著地反射、折射，这和光的反射折射一样。

同时微波的传播特性也和几何光学相似，能够像光线一样直线传播和容易集中，即具有似光性。

这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种物体发射或反射的微弱信号，从而确定该物体的方向和距离，这就是雷达及导航技术的基础。

微波技术基础


kc
2 2
PT E
1 2
Z TE

s
2 2
Hz
2
dS
1 2
Z TE

kc

kc
2 2
2 2

s
H 0z
2
dS
PT M
1 2
YT M

kc

s
Ez
2
dS
1 2
YT M

s
E0z
2
dS
1.4.2 导波的能量
单位长导波系统中传播波的电能和磁能可由能量密度时 均值积分求得。
0
k
2

kc k
2

p



c
r r
g
2


0 r r
这种导行波的相速小于无界媒质中的波速，而波长小于无 界媒质中的波长，这是一种慢波→可用周期结构实现。
横纵分离后的麦克斯韦方程
1.3.2 TEM波的特性分析
• 场分量 TEM波无纵向场分量，将 与纵向场的关系式有：
z
H 0t tH 2 kc
j E 0t H 0t a z
j H 0t a z E 0t E 0t tH z az 2 j kc TE波的场分量 E 0 t , H 0 t与传播方向 a z 互相垂直,并
H 0t a z

j
a z E 0t a z

j
E 0t
可得：
j E 0t H 0t a z
TEM波的场分量 E 0 t ,H

微波波段的划分及应用领域

微波波段的划分及应用领域基础知识2010-02-03 15:59:00 阅读467 评论3 字号：大中小订阅微波波段的命名由来皇家海军威尔士亲王号战列舰，其上雷达布置清晰可见迄今为止对雷达波段的定义有两种截然不同的方式。

较老的一种源于二战期间，它基于波长对雷达波段进行划分。

它的定义规则如下：最早用于搜索雷达的电磁波波长为23cm，这一波段被定义为L波段（英语Long的字头），后来这一波段的中心波长变为22cm。

当波长为10cm的电磁波被使用后，其波段被定义为S波段(英语Short的字头，意为比原有波长短的电磁波）。

在主要使用3cm电磁波的火控雷达出现后，3cm波长的电磁波被称为X波段，因为X代表座标上的某点。

为了结合X波段和S波段的优点，逐渐出现了使用中心波长为5cm的雷达，该波段被称为C波段（C即Compromise，英语“结合”一词的字头）。

在英国人之后，德国人也开始独立开发自己的雷达，他们选择1.5cm作为自己雷达的中心波长。

这一波长的电磁波就被称为K波段（K = Kurtz，德语中“短”的字头）。

“不幸”的是，德国人以其日尔曼民族特有的“精确性”选择的波长可以被水蒸气强烈吸收。

结果这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。

战后设计的雷达为了避免这一吸收峰，通常使用比K波段波长略长（Ka，即英语K－above的缩写，意为在K波段之上）和略短（Ku，即英语K－under的缩写，意为在K波段之下）的波段。

最后，由于最早的雷达使用的是米波，这一波段被称为P波段（P为Previous的缩写，即英语“以往”的字头）。

该系统十分繁琐、而且使用不便。

终于被一个以实际波长划分的波分波段系统取代，这两个系统的换算如下。

原P波段= 现A/B 波段原L波段= 现C/D 波段原S波段= 现E/F 波段原C波段= 现G/H 波段原X波段= 现I/J 波段原K波段= 现K 波段我国现用微波分波段代号：米波的频率范围在300 MHz –3GHz,主要用于通讯和电视广播。

微波技术基础


3、微波的主要特性
• 微波和低频的无线电波、可见的和不可见的光波、 X 射线、γ 射线一样，本质上都是随时间和空间变 化的、呈波动状态的电磁波。尽管它们的表现各 不相同，例如可见光可以被人眼所感觉而其他波 段则不能；X 射线、γ 射线具有穿透导体的能力而 其他波段则不具有这种能力；无线电波可以穿又 透浓又厚的云雾而光波则不能等，但它们都是电 磁波。之所以出现这么多不同的表现，归根结底 是因为它们的频率不同即波长不同。
Garage door openers, alarms
Cordless analog phones Baby monitors
~40 MHz
40-50 MHz 49 MHz
System Frequency range Radio controlled airplanes ~72 MHz Radio controlled cars ~75 MHz Remote keyless entry (RKE) systems, 315 or 433 MHz tire pressure monitoring systems (TPMS) RFID UHF 433 MHz UHF television (channels 14-83) 470 to 890 MHz Wildlife tracking collars, bank money dye packs not a frequency you want 215 to 220 MHz to transmit... Personal Locator Beacons and other 406 MHz emergency beacons. 864 to 868 MHz Cordless phones 944 to 948 MHz Industrial, medical & scientific (ISM) 866-870MHz band Europe including RFID Cell phones (GSM) 824 to 960 MHz

微波技术基础 ppt课件


由此两式消去 H t ：
k2 z2 2 E vt z tE zja vz tH z ⑤
同理，由①、③可得：
k2 z2 2 H vt z tH zja vz tE z ⑥
k2 2 →无界媒质中电磁波的传播常数
★重要结论：规则导行系统中，导波场的横向分量可 由纵向分量完全确定。
再由③出发：
结构—两根平行导线； 缺点—随着信号频率升高，导线电阻损耗增大，不能有效引
导微波。
➢ 微波频段导波系统
米波频段结构—改进型双导线即平行双导体线； 分米波～厘米波频段结构—封闭式双导体导波系统即同轴线； 厘米波～毫米波频段结构—柱面金属波导；
毫米波～亚毫米波频段结构—柱面金属波导、介质波导。
导波系统的主要功能 1）、无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能
× H vjE v
× E vj H v
v H0
v E0
采用广义柱坐标系（u，υ，z），设导波沿z向（轴向）传播， 微分算符▽和电场Ε、磁场Η可以表示成：
E v ( u , v t, z ) a v z E /v t ( z u , v , z ) a r z E z ( u , v , z )
H v ( u , v , z ) H v t ( u , v , z ) a v z H z ( u , v , z )
展开后令方程两边的横向分量和纵向分量分别相等
两边乘以
jωμ
v
t× H t j
a v zE v z ①
ta v zH za v z H zt j
v E t②
两边作
★重要结论：规则导行系统中导波场的纵向分量满足标量亥 姆霍兹方程 。
色散关系式
纵向场分量可以表示成横向坐标r和纵向坐标z的函数，即
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sfsf
图1.4
8
三TE波、TM波的特性分析
调幅波的信号是由波包内的波群作为一个整体在传播 方向上运动来传递的，因此波包的传播速度就代表了信号 传递的速度。波包的传播速度很容易用相位恒定条件求出， 即 (1.65) t z 常数 对t求导数可得群速表示式
dz vg dt
有纵向场分量的电磁波，这又细分为以下三种类型



sfsf
→ Ez=0，Hz≠0 横磁波（TM波）或电波（E波） → Ez≠0，Hz=0 混合波（EH波或HE波） → Ez≠0，Hz≠0
横电波（TE波）或磁波(H波)
2
1. 无纵向场分量，即 Ez=Hz=0 的电磁波，这种波只有横电 磁场，故称为横电磁波(TEM波)，电、磁力线位于导波系 统的横截面内。横电磁波只能存在于多导体导波系统中， 如双线、同轴线等这类导波系统中。
相速：是没有受到任何调制的单频稳态正弦波的波前 ( 等 相位面)在传播方向上推进的速度＝ω/β。 这种“早就开始振荡和传播，并且持续不断的”波，不载 有任何信息。
群速：波包中心行进的速度＝ dω/dβ，代表能量或信号的
传播速度。 相速是波包中某个单频的相位移动速度。 光在真空中，群速和相速相等，都等于c。
自由空间波 (TEM波 ) ： Ex 、 Ey、 Hx 、 Hy、Ez＝0、Hz＝0
sfsf
3
2.有纵向场分量的电磁波，这种波又细分为以下三种类型。 1).Ez=0，Hz≠0的波称为横电波(TE波)或磁波(H波)。 其电力线全在导波系统的横截面内，磁力线为空间曲线。 2).Ez≠0，Hz=0的波称为横磁波(TM波)或电波(E波)。 其磁力线全在导波系统的横截面内，电力线为空间曲线。
sfsf 6
三TE波、TM波的特性分析
(2)群速
群速即信号传播速度，用 vg表示。它是指 ω略有不同 的两个或两个以上的正弦平面波，在传播中叠加所产生的 拍频传播速度，即波群的传播速度。之所以这样定义它， 是因为电磁波要传送信号，必须对它进行调制。信号的传 播速度应当是调制波中能反映信号的成分，例如调幅波波 群(或波包)的传播速度。 由两个频率相差甚微，从而相位常数也相差甚微的等 幅波叠加而成的波。设 j ( ) t z (1.63a) E1 Em e
在 0, 0 的极限情况下，上式变为 d d 1 vg d d
sfsf
(1.66)
(1.67)
9
1.1 称谓
双负介质(DNG media：Double-Negative metamtaterials)， 负折射率介质 (NIMs：Negative-Index Materials； NRI：Negative-Refractive-Index)， 左手介质(LHM：Left-Handed Material)， 后向波介质(BW media：Backward-Wave media)， 人工复合材料(CMM：Composite Metamaterial)， 孔金瓯(Kong J A)教授建议其中文名称为“异向介质 光子晶体(PC: Photonic Crystals) 手征介质(Chiral media)
3).Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 这种波可视为TE波和TM波的线性叠加。
sfsf
TM11
4
1.Ez=0，Hz≠0的波称为横电波(TE波)或磁波(H波)。 2.Ez≠0，Hz=0的波称为横磁波(TM波)或电波(E波)。 3.Ez≠0，Hz ≠ 0的波称为混合波(EH波或HE波)。 前两种波，TE波和TM波可以独立存在于金属柱面波 导、圆柱介质波导和无限宽的平板介质波导中。
式中 ， 。合成波为
E E1 E2 2 Em cos t z e
j t z
(1.64)
可见合成场为一调幅波，振幅函数是一个慢变化的波，它 叠加在高频载波上形成合成波的幅度包络线 (或称为合成 波的波包)。合成波的变化规律如图1.4所示。
sfsf 10
实现方法
异向介质介绍
1 金属导线阵列和开路环谐振器 2用Drude介质模型或Lorentz介质模型来等效 3传输线上加载串联电容和并联电感构成的复合介质
sfsf
11
1.2早期研究进展及实现方法
实验制得的左手材料结构
sfsf
左手材料的研制被《科学》杂志评为2003年度 全球十大科学进展。
后一种波(EH波或HE波)则存在于一般开波导和非均 匀波导(如波导横截面尺寸变化，波导填充的介质不均匀 等)中，这是由于单独的TE波或TM波不能满足复杂的边 界条件，必须二者线性叠加方能有合适的解之故。
sfsf 5
三TE波、TM波的特性分析
记一下
相对论：宇宙间任何物体的运动速度，任何信号或能量的 传播速度不可能超过光速。
12
1.3 实现方法
1. 金属导线阵列和开路环谐振器
均匀排列的细金属
开路环谐振器基本结构
单个谐振环基本结构
图2.3 D.R.Smith制作出 sfsf 的微波波段的异向介质
对称环结构 S型 嵌套结构 13 各种结构的开路环谐振器
实现方法
1. 金属导线阵列和开路环谐振器
均匀排列的细金属
金属阵列的等效介电系数将遵循下面的形式：
sfsf
E2 E m e
j ( ) t 三TE波、TM波的特性分析
E1 Em e
j ( ) t z
E2 E m e
j ( ) t z
复习
1. k、γ、kc代表的物理意义及三者之间的关系。 2. 简述金属柱面波导中，导波的三种状态？
sfsf
1
1.3 导波的分类及各类导波的特性
1.3.1 导波的分类


导波的类型是指满足无限长匀直导波系统横截面边界条件， 能独立存在的导波形式。 按导波有无纵向场分量可以分为两大类： 横电磁波（TEM波）→ Ez=Hz=0