矩形法 矩形波導 微波技術基礎複習筆記 四

2021-10-10 21:52:44 字數 1261 閱讀 9621

矩形波導為單導體波導,其中無法傳輸tem波,只能傳輸te或tm波。其結構說白了就是乙個矩形截面的金屬管,只是跟一般的金屬管不同,因為傳輸電磁波的需要,其尺寸有一些要求。

矩形波導

在波導方程-微波技術基礎複習筆記(二)的結尾,我們將電磁波的場量表示形式的求解分解為三個步驟,先求

波沒有縱向的電場分量,即

,因此第一步是求

。首先分解

的縱向變數:

隨後代入波導方程中

滿足的推導方程:

該方程可以使用分離變數法求解,即令

, ,得到:

最終求得:

第二步是求

,將上一步求得的

代入波導方程一節中得到的

的表示式:

其中:最後一步是代入邊界條件:

求得:這是該方程的乙個特解,一般解為:

截止波數

,只有

的波才能傳播,因此每一組

對應一組模式,記為

。 的物理意義是場量沿著x軸出現的半駐波個數,

的物理意義是場量沿著y軸出現的半駐波個數。

最小的

對應的模式稱為主模,對於

波來說,由於

和 不能同時取

(否則

,無法傳輸能量和資訊),因此其主模為:

模的場量表示式為:

其場量沿著y軸方向均勻分布,電場只有y軸方向的分量,磁場只有x軸和z軸方向的分量。

te10波的場結構

波的求解與te波的求解如出一轍,因此無需贅述。求解得到的

,形式略有區別:

這時 和

均不能取

,因此其主模為

模。和

模式的截止波數的表示形式一樣,均為

可以求得相應的截止頻率:

只要工作波長小於截止波長,即工作頻率大於截止頻率,該電磁波即可在波導中傳播,我們將不滿足該條件的模式稱為消失模或者截止模。觀察

的表示式,我們可以發現,不同模式的波可以擁有相同的

,這一現象稱為模式簡併。

模式簡併是在使用波導的時候需要避免的,在矩形波導中,非簡併模式有

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