1、电磁场理论,2019/7/2,电磁场与电磁波,1,第9章 导行电磁波,9-1导波系统和电磁波模式,电场磁场,磁场,2019/7/2,2,电磁场理论,恒定磁场,电磁感应,静电场,恒定电流场,静电场边值,电磁场与电磁波,电磁场与电磁波,2019/7/2,3,9-1 TEM波、TE波及TM波9-2 矩形波导的传输特性9-3 矩形波导中TE10波9-4 *电磁波的群速9-5 *圆波导传播特性9-6 波导传输功率和损耗9-7 谐振腔9-8同轴线,电磁场与电磁波,2019/7/2,4,9-1 导波系统和电磁波模式,导波系统：将电磁波沿一定的路径传播到某处的系统。,电磁场与电磁波,2019/7/2,5,带状
2、线,微带,电磁场与电磁波,2019/7/2,6,传输线和波导举例,金属波导一般采用铜材料制作，要求很高时需进行镀金处理。,双导线,同轴线,矩形波导,光纤,矩形波导,2019/7/2,假设电磁波 (坡印廷矢量方向)沿 +z 方向传播,电磁波模式：根据电场和磁场方向与传播方向的关系 可以将电磁场分为TEM波、TE波和TM波。,无论在哪一种模式中，电场总是垂直于磁场。,电磁场与电磁波,7,电磁场与电磁波,2019/7/2,8,几种常用导波系统的主要特性,1. 可以证明，能够建立静电场的导波系统必然能够传输 TEM 波。2. 传输 TEM 波的导波系统，习惯上称为传输线，包括：双导线、同轴线、带状线、
3、微带等。,电磁场与电磁波,2019/7/2,9,基本假设：1. 单个中空金属导体。2. 在 z 方向（纵向）是均匀的，在与 z 方向垂直的横截面上（横向）具有不同的形状。3. 波导边界为理想电导体。4. 波导内部可填充不同的均匀介质（可存在损耗）。5. 电磁波沿z 方向以行波方式传播。,导波的基本方程,电磁场与电磁波,2019/7/2,10,导波的电场强度和磁场强度可写成如下形式：,(1),电磁场与电磁波,2019/7/2,11,如果把电场强度和磁场强度的振幅分解为横向分量与纵向分量之和，则有,电场强度和磁场强度振幅的横向分量满足如下矢量亥姆霍兹方程,电场强度和磁场强度振幅的纵向分量满足如下标
4、量亥姆霍兹方程,电磁场与电磁波,2019/7/2,12,求解这个方程需要结合电磁场的边界条件。在理想介质(导电率为零)中，无源区麦克斯韦的旋度方程：,电磁场与电磁波,2019/7/2,13,同理，按照相同的方法我们可以把电场和磁场三个方向的方程都求出来，得到如下所示的方程组,电磁场与电磁波,2019/7/2,14,同理，导波系统中电场强度和磁场强度横向分量的一般表达式：,给定波导具体结构，即可求解 Ez0 和 Hz0 。,电磁场与电磁波,2019/7/2,15,前面我们推导出了导行电磁波的电场和磁场满足的一般方程，下面我们将就TEM波、TE波和TM波进行具体讨论。,TE波,电磁场与电磁波,20
5、19/7/2,16,TM波,电磁场与电磁波,2019/7/2,17,TEM波,电磁场与电磁波,2019/7/2,18,双导线、同轴线及带状线能够建立静电场，因此它们也能传播TEM波。无限长的金属波导可以看成封闭的无外源金属空腔，由于静电屏蔽效应（2-6），其中不可能存在静电场，因此金属波导不能传播TEM波。传输TEM波必须是理想导电体。实际导波系统经常采用镀银、镀金等良导体提高导波系统的导电率。如要传播 TEM 波，至少需要 2 个理想导体。,一些有用的结论,电磁场与电磁波,2019/7/2,19,思考题1 中空金属波导中能够传播的电磁波是,（A） 均匀平面波（B） 非均匀平面波（C） 非平面
6、波,2. 中空金属波导：不能传输TEM波，只能传输TE波或者TM波；3. 平面波：等相位面为平面的电磁波称为平面波；4. TEM波与平面波的关系：（8-2）均匀平面波是TEM波，只有非均匀平面波才可以形成非TEM波，但是TEM波也可以是非均匀平面波。,（B）,1. 波导管传播电场的一般方程：,电磁场与电磁波,2019/7/2,20,思考题2 下面哪种横截面理想导体组成的导波系统能够传播TEM波？,（A）,（B）,（C）,（D）,1. 理想导电体：导电率无限大的导体，导体表面都是等势面，导体内部不存在电场；2. 至少要2个理想导电体才能传播TEM波；,（D）,电磁场与电磁波,2019/7/2,21,本节课小结,1. 导波系统；2. TEM波、TE波和TM波；3. 导波系统中电场和磁场满足的方程。,
