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矩形波导中的模式传输及其工程应用

2017-04-09 20:55阅读:
1.本征模
以矩形波导为例,在z方向它们只可能是入射波和反射波的叠加,但由于横向边界条件的约束,它们由TE_mn和TM_mn模组成并且只能由正两种模式组成,矩形波导中的这些模的完备集合就称为本征模。
其中,m表示x方向变化的半周期数,n表示y方向上的半周期数。
2.TE_10模
在矩形波导主模 中TE_10模是矩形波导中最重要的模式, 这种模式具有极化方向固定且稳定的特点。且场只与坐标 x 有关,与坐标Y无关,即与窄边尺寸b无关,因而可以通过缩小 b 来节省材料,降低重量;TE_10 模为
矩形波导中的最低模,也称为主模,具有最低的截止频率 , 可以通过波导尺寸的设计实现单模传输。在同一截止频率下, 传输TE_10。模所要求的矩形波导宽边尺寸 a最小,实际应用中矩形波导都工作在TE_10模。因此通过仿真与分析矩形波导主模TE_10,有助于电磁方面的设计。
3.矩形波导中的TE_10模的传输与分析
3.1 TE_10模的截止特性
在工程设计中,常常要满足2π/λ>π/a 即λ<2a
为此定义k_c=2π/λ_c ,其中k_c是对应的截止波数,这样我们可以把波导看成一个高通滤波器,低频信号 是无法通过的。
3.2 波导中的波长
波导中的波长λ_g定义为λ_g=λ/√(1-(〖1/2a)〗^2 ) 由此公式可以看出,波导中的波长是大于自由空中的波长的,设传播常数为β=2π/λ_g ,则有β^2=(〖2π/λ)〗^2-〖(2π/λ_c )〗^2=〖(2π/λ_g )〗^2 可以推导出波导中的波长
4.TE_10模单模存在的条件
TE_10模称为矩形波导中的主模,在绝大多数传输场合都希望只传输TE_10模,而其他模式就称为掉落模或者高次模,这些模不是传输模,也不起传输作用。
TE_10模单模存在的条件是
λ_cmn<λ<λ_c10
其中λ_c10=2a,阶次最大的λ_cmn与a/b的比值有关
对于标准波导来说
a/b=2.2
λ_cm
n=2a/√(m^2+〖4.84〗^2 )
其中m和n都取正整数
5. 单模TE_10传输的要求
最适合的范围a<λ<2a
为增加带宽,使得λ/b>=2(λ/a)
6.馈电端口设计
矩形波导中的模式传输及其工程应用 图1 馈电端口
矩形波导中的模式传输及其工程应用
图2 天线下半部分
将波导口对准天线馈电端口,通过天线内部进行耦合而产生辐射,具体方案不便于透露,但是此天线要解决多重矛盾,一个是功率矛盾,第二个是极化方式之间的矛盾,所以对波导的设计要求还是比较严格的。

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