波導的傳輸損耗

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1、電磁場理論2021/7/23電磁場與電磁波1第9章導行電磁波9-4波導傳輸功率和損耗2021/7/232電磁場理論復習9-3矩形波導中的TE10波(1)TE10波電場強度振幅和磁場強度振幅的空間分布2021/7/233電磁場理論TE10波1.電場由兩個平面波疊加而成，傳播方向是和；2.其中的每一個平面波又可以看成一個沿著x(-x)軸和z軸平面波的疊加；3.當時，該均勻平面波在兩個窄壁之間垂直來回反射。因此，無法傳播而被截止。復習9-3矩形波導中的TE10波(2)電磁場理論2021/7/2349-4波

2、導傳輸功率和損耗波導的傳輸功率根據(jù)波導中電場強度和磁場強度的橫向分量，計算出復坡印廷矢量，將其實部沿波導橫截面積分，即可得到波導的傳輸功率。TM波TE波波導的傳輸功率為TM波TE波電磁場理論2021/7/235矩形波導主模TE10傳輸功率復坡印廷矢量能流密度電磁場理論2021/7/236傳輸功率波導橫截面面積矩形波導主模TE10傳輸功率若矩形波導中填充介質(zhì)的擊穿場強為Eb，則TE10波的最大傳輸功率為為安全起見，通常取電磁場理論2021/7/237矩形波導TE10傳輸功率例如，對于填充空氣的矩形波導

3、電磁場理論2021/7/238波導的傳輸損耗1.波導的傳輸損耗(1)波導中填充的介質(zhì)引起的損耗；(2)波導壁不是理想導體產(chǎn)生的損耗。2.對于波導中填充介質(zhì)產(chǎn)生的損耗，可采用如下等效介電常數(shù)結(jié)果包括兩部分：一部分傳輸，另一部分就是介質(zhì)引起的損耗電磁場理論2021/7/2393.下面我們主要計算波導壁不是理想導體產(chǎn)生的損耗(1)非理想導體波導壁引起的衰減，改變了波導中電場和磁場分布，嚴格計算十分復雜。(2)常用的近似處理方法：采用理想導體波導壁情況下的電場和磁場分布，另外引入波導壁的有限電導率σ。也就是

4、說，非理想導體波導壁對電場和磁場的擾動可忽略，僅僅引起電場強度和磁場強度的衰減，從而產(chǎn)生功率損耗。(3)對于非理想導體波導壁，其表面存在面電流。(4)根據(jù)焦耳定律，知道電流和電阻就可以算出能量損耗。電磁場理論2021/7/2310設衰減常數(shù)為α，則沿正z方向傳播的電場強度振幅可表示為功率正比于電場強度振幅的平方，傳輸功率可表示為單位長度波導壁的功率損耗為由此可得衰減常數(shù)的計算公式為衰減常數(shù)可采用兩種單位：奈培每米（Np/m）分貝每米（dB/m）電磁場理論2021/7/2311定義電場強度振幅的衰減系

5、數(shù)如下若用分貝（dB）表示，則有則有兩邊取自然對數(shù)可得由此可得衰減常數(shù)兩種單位之間的換算關系為α的單位：Np/mα的單位：dB/m電磁場理論2021/7/2312zy11?1x?????為了計算波導壁損耗，在寬壁上取一小塊導體，其長度及寬度均為單位長度，深度等于集膚（趨膚）厚度，如圖所示。當電流沿z方向時，表面電阻率趨膚深度縱向長度橫截面積單位寬度且單位長度波導內(nèi)壁的損耗功率內(nèi)壁法線單位矢量內(nèi)壁表面磁場鋁銅銀RS金屬表面電阻率電磁場理論2021/7/2313矩形波導TE10模的單位長度波導壁的時間平

6、均功率損耗波導壁表面的面電流密度為電磁場理論2021/7/2314波導內(nèi)壁表面磁場電磁場理論2021/7/2315電磁場理論2021/7/2316zyx內(nèi)壁電流電磁場理論2021/7/2317TM11如果令衰減常數(shù)與頻率的依賴關系為可見，衰減常數(shù)隨頻率變化存在一個最小值。電磁場理論2021/7/2318由左圖可見，在高頻端，圓波導中TE01波損耗最小。當橫截面的面積相等時，矩形的周長大于圓的周長，因此，圓波導損耗較小。但是TE01波的截止波長并不是最長，若要實現(xiàn)TE01波單模傳輸，必須設法抑制TM0

7、1、TE21及TE11波。電磁場理論2021/7/2319橢圓波導既可避免場型偏轉(zhuǎn)，又可獲得較小的損耗。但是圓波導傳輸TE11波時，其場分布會發(fā)生橫向偏轉(zhuǎn)。為了減少波導壁的損耗，應提高表面的光潔度，可以鍍銀或金。還可在波導中充入干燥的惰性氣體以防止表面氧化。電磁場理論2021/7/2320例題9-4-1對于a=5.0cm，b=2.5cm，長度為0.8m的填充空氣矩形波導，若該波導在工作頻率4.5GHz下，為匹配負載提供1.2kW的微波功率，假定波導的衰減常數(shù)為0.05dB/m，試計算下列各參數(shù)的值。

8、（1）波導所需的平均輸入功率；（2）波導壁的總功率損耗；（3）波導內(nèi)電場強度的最大值。首先分析波導的工作模式最靠近主模的下一個高次模式是TE20波和TE01波，它們具有相同的截止頻率6.0GHz，大于波導的工作頻率4.5GHz，不能在波導中傳播。因此，該波導是在單模TE10波下工作。電磁場理論2021/7/2321（1）平均輸入功率（2）波導壁的總功率損耗（3）波導內(nèi)電場強度的最大值電磁場理論2021/7/2322本節(jié)課小結(jié):波導傳輸功率和損耗波導的傳輸功率（矩形波導