chap2 15尺寸選擇 其他傳輸

1.什么叫模式簡并？矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)中分別存在哪些簡并？矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)中模式簡并有何異同？2.圓波導(dǎo)的主模特點及應(yīng)用。3.圓波導(dǎo)TE01模特點及應(yīng)用。4.圓波導(dǎo)TM01模特點及應(yīng)用。5圓波導(dǎo)TEnm下標(biāo)n,m代表的物理意義?復(fù)習(xí)1.8傳輸TEM波的導(dǎo)波系統(tǒng)，若工作頻率為3GHz，填充介質(zhì)為聚四氟乙烯(εr=2.1，ε’’/ε=0.00015)，試求αd1.3書上p13有詳細(xì)的證明。解：第一章作業(yè)講解σ是介質(zhì)的電導(dǎo)率，這里填充的是聚四氟乙烯，故σ＝0第一章作業(yè)講解2.3第二章部分作業(yè)講解2.4第二章部分作業(yè)講解2.8(1)1.5cm出現(xiàn)TE10、TE20、TE01、TE11、TM11、TE30、TE21、TM21;工作波長30mm:TE10;工作波長50mm:不能傳播。2.7第二章部分作業(yè)講解2.9第二章部分作業(yè)講解2.92.152.11n,m的物理意義，TE12，TM12的橫截面場結(jié)構(gòu)圖第二章部分作業(yè)講解2.18磁力線就畫一根，如何代表大小？要不就是沒有方向。計算結(jié)果要有單位TM2110月29日期中考試一

同軸線中的TE波和TM波

二

同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇2.3同軸線、矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)的尺寸選擇三其他形式的金屬柱面波導(dǎo)簡介

2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖圖2.32雙脊波導(dǎo)和單脊波導(dǎo)橫截面形狀及主場分布。脊波導(dǎo)三其他形式的金屬柱面波導(dǎo)簡介

三其他形式的金屬柱面波導(dǎo)簡介

三其他形式的金屬柱面波導(dǎo)簡介

應(yīng)用，如:寬帶脊波導(dǎo)濾波器、寬帶定向耦合器、雙工器、變頻器、移相器、脊波導(dǎo)縫隙天線陣等等。補充非對稱雙脊波導(dǎo)圓形對稱脊波導(dǎo)異形波導(dǎo)：橢圓波導(dǎo)、半圓波導(dǎo)、扇形波導(dǎo)三其他形式的金屬柱面波導(dǎo)簡介

2.3同軸線、矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)的尺寸選擇一

同軸線中的TE波和TM波

－縱向場法一

同軸線中的TE波和TM波

TEM波的求解先求標(biāo)量位函數(shù)Φ

電磁和磁場

代入(1.44)

解得(2.108a)(2.108b)一

同軸線中的TE波和TM波

無量綱同軸線不包括r=0這一點。求kc，利用導(dǎo)波系統(tǒng)的邊界條件。圓波導(dǎo)(2.109a)(2.109b)對于TE波，將(2.108a)代入(2.109a)可得一

同軸線中的TE波和TM波

式(2.110)是關(guān)于的線性方程組，有解的條件是其系數(shù)行列式等于零，即得(2.110a)(2.110b)(2.111a)式(2.111a)為TE波的本征值方程。一

同軸線中的TE波和TM波

式(2.111a)

、(2.111b)均屬于超越方程，可用數(shù)值解求得各模的，從而求出相應(yīng)的。(2.111b)TM波的本征值方程為一

同軸線中的TE波和TM波

圖2.37一

同軸線中的TE波和TM波

TE11TM01TE01(2.112a)假定式中均較大，由大宗量貝塞爾函數(shù)的漸近式(見附錄VI)可得TE波，當(dāng)n=0時，由式(2.111a)得代入關(guān)系可得(2.112b)一

同軸線中的TE波和TM波

(2.111a)有一

同軸線中的TE波和TM波

(2.112b)由式(2.113b)可得TE0m模的截止波長(2.113a)(2.113b)(2.115)(2.114)一

同軸線中的TE波和TM波

圖2.38一

同軸線中的TE波和TM波

TE11TE20(2.116)TM波由式(2.111b)

，也假定均較大，利用貝塞爾函數(shù)大宗量漸近式可得從而(2.117)最低TM模是TM01模，其截止波長近似為(2.118)(2.111b)根據(jù)上面分析，同軸線的第一個高次模是模。一

同軸線中的TE波和TM波

由(2.114)知二同軸線應(yīng)用補充同軸線的一些典型衰減值

普通低耗同軸線的衰減高級低耗同軸線的衰減二同軸線應(yīng)用補充傳輸線損耗功率損耗系統(tǒng)中常常用到傳輸線以及插入損耗，對于傳輸線而言，就是該段傳輸線的總衰減(以dB表示)。例1對于SYV-50-7電纜，使用電纜的長度為2m，工作頻率為900MHz，則該電纜的插入損耗為：L=23.8×2/100=0.476(dB)相應(yīng)的功率通過率為即100W的射頻(900MHz)功率通過該電纜時，通過功率為89.6W，損耗功率達(dá)10.4W。ZL功率傳輸例2某GMS基站(工作頻率900MHz頻段)，天線離機房約68m。如采用SYV-50-9電纜，則插入損耗為：L=23.8×68/100=13.67(dB)相應(yīng)的功率通過率為即100W的射頻功率通過該電纜時，通過功率僅為4.3W，損耗功率達(dá)95.7W。相應(yīng)的功率通過率為即100W的射頻功率通過該電纜時，通過功率為21.9W，損耗功率為78.1W。如采用NOKIA12D-FB電纜，插入損耗為L=9.7×68/100=6.6(dB)∴在GMS基站實際工作中，人們總是采用進(jìn)口的低損耗電纜進(jìn)行功率傳輸。3元/m

50元/m

全球移動通信系統(tǒng)GlobalSystemforMobileCommunications用于傳輸能量的導(dǎo)體系統(tǒng)，確定橫向尺寸一般遵循以下原則：(2)擊穿功率(即功率容量)盡可能大。

二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇(1)保證單模工作，且頻帶盡可能寬；(3)損耗或衰減盡量小。二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

為安全起見常取根據(jù)(1)在給定工作波長范圍內(nèi)只傳輸主模－TEM模，應(yīng)該滿足同軸線(2.119a)或(2.119b)(2.119c)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

(2.120)(2.121)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

(2.23)(2.25)功率容量二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

衰減常折衷取b/a＝2.3空氣填充硬同軸線的阻抗標(biāo)準(zhǔn)值常采用50(Ω)和75(Ω)

。為了保證只傳輸主模TE10模，工作波長一方面應(yīng)滿足矩形波導(dǎo)尺寸選擇

(2.122)此為通過條件。另一方面應(yīng)滿足(2.123)此為抑制條件。

二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

為了抑制TE20模，應(yīng)滿足為了抑制TE01模，應(yīng)滿足(2.48)為使單模工作區(qū)頻帶盡可能寬，應(yīng)取。綜合上述考慮，由第一原則得到a

、b的范圍為二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

(2.124)(2.125)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

兼顧三方面要求，a

、b一般選取(2.126)從衰減最小考慮，由式(2.70)可知b應(yīng)盡量大。(2.70)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

(2.109a)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

10公分波導(dǎo)BJ-32，，公分＝cm5公分波導(dǎo)BJ-70，，3公分波導(dǎo)BJ-100，。圓波導(dǎo)(2.128)一般可選傳輸主模時應(yīng)滿足可得(2.129)二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

取得解由得例2.6空氣填充同軸線，單模傳輸?shù)淖罡吖ぷ黝l率為3GHz，同軸線特性阻抗，求內(nèi)導(dǎo)體外徑d和外導(dǎo)體內(nèi)徑

D。二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

故二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

例2.7

某雷達(dá)發(fā)射機的輸出功率P=500kW，工作頻率f=6GHz。發(fā)射機到天線之間需用9m長銅制矩形波導(dǎo)作饋線。試合理選用該矩形波導(dǎo)。解二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下：二同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)的截面尺寸選擇

2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

下面將介紹幾種毫米波傳輸線。毫米波，亞毫米波傳輸線基本要求

·頻帶寬·低損耗(傳輸損耗和輻射損耗)·便于集成·制造簡便主要是介質(zhì)波導(dǎo)，懸置帶線，鰭線等，這里將討論——圓柱介質(zhì)波導(dǎo)。

2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

光纖(OpticalFiber)即光導(dǎo)纖維，我們討論通信所用的階躍光纖。2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

圓柱介質(zhì)波導(dǎo)圓柱介質(zhì)波導(dǎo)屬于開波導(dǎo)系統(tǒng)(OpenWaveguideSystem)，因而求解區(qū)域自然是全空間(fullspace)2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

介質(zhì)波導(dǎo)的本征模包括：1表面波(表面波，傳輸波)；2輻射波；3消失波(凋落模、截止模)；4泄漏波2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

模式概述簡諧變化指數(shù)衰減指數(shù)衰減纖芯n1包層n2包層n22.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

圓波導(dǎo)的模式理論

在受光角之內(nèi)入射的光在光纖中激勵出特定的模式。所謂模式是指電磁場的不同分布形式，它可以分為以下幾種類型：1.橫電模(TE)：z方向上的電場分量為0，或電場分量垂直于z2.橫磁模(TM)：z方向上的磁場分量為0，或磁場分量垂直于z3.混合模(HEorEH)：z方向上的電場和磁場都不為0HE(Ez>Hz)相反EH(Ez<Hz)

介質(zhì)波導(dǎo)中可能存在四種導(dǎo)模：TE0m、TM0m、EHnm、HEnm圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)的主模是HE11模，截止頻率為0。其余均屬于高次模)。最靠近主模的是TM01和TE01模，其截止頻率為2.4介質(zhì)波導(dǎo)和光纖

目前光纖的種類繁多，但就其