矩形波导的损耗共78页
波导的损耗——精选推荐
波导的损耗O八一科技波导的损耗3l波导的损耗梅飞(零八一总厂高频高能室广元628017)摘要:本文介绍了存在表面损耗和介质损耗时波在波导中传播的损耗.并给出了几种模式下衰减常数的计算,可以方便地估算出波在波导中传播的损耗.关键词:损耗传播常数衰减常数微扰表面阻抗1引言波沿波导传播时,由于制成波导金属的阻抗和波导内填充介质的电导率为有限值,将引起损耗.有了损耗,电磁波的幅度将随电磁波传输距离的增大而减小,传播常数也不再是纯虚数而成为复数,即^y=+jp.这样,就必须引入新的边界条件来决定波导内的损耗.2波导壁损耗波导壁上的损耗,是由于实际电导率8为有限值,电流流过时产生焦耳热所引起的. 当波导壁存在损耗时,波导内的场将随着传播距离z的增大而衰减.此时场量可表示为:E=En.eei'H=H.T0e=H.T0e_i(1)电场和磁场的幅度均按照e的规律衰减.因而传输功率是按照e的规律衰减.衰减的大小用衰减常数来衡量.波沿波导单位长度损耗的功率PL可表示为:PL=P(1一e)D变换所得表达式有:e1一(2)P式中,P是无损耗时沿波导传输的功率.n通常波导中填充空气介质,其损耗极小,故可令《1,将e展开为级数,可得管上,D壁衰减常数的关系式:d一兰(3)2P波沿波导单位长度损耗的功率PI_又可表示为:波导的损耗O八一科技Pl=R.fHt?dl=手fIHtIdl(4)由于建立考虑管壁损耗的波导的严格理论非常困难,所以在求解波导管壁的损耗时,可应用"微扰"的概念.即认为波导管壁的电导率不影响波导管内部的场分布,不影响波导内壁表面上的磁场,它的影响仅是在波导内壁上产生了切向电场(由于波导的电导率较大,这样的假设不会引起显着的损差).zs:(1+j),/=(1+j)Rs(5)P=R.(ExH)=Rs【(exHs)xHs】=RsIHsI(6)P一.}(x)～zdS}(7)将式(4),(7)代人式(3),可得由于金属管壁引起的衰减常数:仅一南篱[1-(料坤……仅一嚣南…一0:南(10嘲～南…)O八一科技波导的损耗33姆砜～南空气同轴线盹Mas蠹11以上式中',设波导中介持为甄67矩形波导TE..模的衰减常数与频率的关系如图1所示: 衰减0.160.120.08O.O4(dB/m)^I——一/一=I——,¨\/.,/一一\\一b一,_一——,f—一一—,一口,//._,.一=l,,一5?10152025f(Gl-lz)图1矩形波导TE.模的衰减常数与频率的关系图(12)(13)从损耗的衰减曲线可以看出:在接近于临界频率时,波导的损耗急剧上升,在离临界频率足够远的情况下,波导中的衰减一般是不大的.3介质损耗引起功率损耗的另一个因素是介质损耗,介质损耗是由于波导内填充介质的电导率为有限值而带来的,考虑介质损耗时,麦克斯韦方程:VxH=jtaeE变为VxH=jtaeE+SjE=jtaeE(1+)(14)J∞8式中6是介质的电导率.由lit.--j'~,计算介质损耗时,可以将无介质损耗时的8改为8(1+)j8式k~2=k2+'y成为:k2=We(1+)+-g即:34波导的损耗O八一科技在微波频段,一般《l,因此上式近似为:,/面(1+)u.J'Os应用无损耗时相位常数满足的关系式:jp=,/:广则可表示为:一jp(1+1):+jp.(15)Zl'O8Z'O8其中,实数代表介质有耗时的衰减常数,==tan8cNp,m:_27.3tan8(dB,m)(16)人g式中.tan8是介质的损耗角正切.对于同轴线,上式中的用介质中的波长入代入,如果同轴线内外导体间介质的相对介电常数为8r,d又可写成:d:27一.3tan8:,/tan8^g^o是电磁波在空气中的波长.4结束语从上面的计算和衰减曲线中知道,当矩形波导尺寸固定时,尺寸b愈小,则电磁波在波导中的损耗愈大;波沿波导传播的功率正比于截面的面积(见方程式6),而管壁中的损耗功率在第一次近似上应正比于横截面的周长,因而损耗的相对量值就随着尺寸b的减小而增加.必须指出.波导并不适合于长距离传输功率而且波导连接一般是硬连接,活动性不强.在实际应用中波导的长度为数米或最大不超过数十米.因此,把短波导作为无损耗的传输线是完全合理的.参考文献M.B.列别捷夫.《超高频技术》.高等教育出版社傅君眉,冯恩信.《高等电磁理论》.西安交通人学出版社陈振国.《微波技术基础与应用》.北京邮电人学出版社作者简介梅飞.男.助理工程师,081电子集团科技公司高频高能室,主要从事雷达天馈线设计工作。
浅议矩形波导中的能量传输与损耗
浅议矩形波导中的能量传输与损耗1 引言随着通信技术的发展，电磁波在日常生活和科学技术中的应用越来越广泛。
对于不同频率电磁波的传输，为了减少损耗，降低成本，提高信号传输质量，导波系统从平行双线、同轴传输线发展到空心波导，制作材料由介质、导体发展到光导纤维。
光纤通信技术的发展给通信领域带来一场革命，它不仅重量轻、频带宽、速度高，而且抗电磁干扰、传输损耗低。
利用波导通信，可以随意观看各地的电视节目，开展可视电话和电视教学；通过互联网，用户在自己家中就可以了解各种信息。
但是在接收信号的时候，有时会发生信号失真，这就需要研究波导中电磁波的传输功率问题，以便在设计波导装置时提高信号传输质量。
本文主要研究矩形波导中电磁波的传播特性，通过坡印廷矢量的瞬时值来分析矩形波导中电磁波的传输功率问题。
2 基本原理矩形波导通常是由金属材料制成的、矩形截面的、内充空气介质的规则金属波导，它是微波技术中最常用的传输系统之一。
由于矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。
在目前大中功率的微波系统中常采用矩形波导作为传输线和构成微波元器件。
矩形金属波导中只能存在tm波和te波，下面分别来讨论这两种情况下场的分布。
在直角坐标系中，设角频率为的正弦电磁波沿（+z）方向传播，其电场表达式可表示为：对于正弦电磁波，波动方程为：导波装置中电场和磁场应满足的微分方程：3 矩形波导中的电磁波3.1 tm波选一直角坐标系，矩形波导的形状如图1所示，内壁面为x=0和a，y=0和b，沿z轴传播。
对于tm波，hz=0。
先解出ez：对于随时间和沿z方向的变化规律，可重新在每一场量上引入因子来表示。
对于tm波，m、n中任意一个不能为0，否则场全为0，所以最低波型为tm11。
3.2 te波对于te波，ez=0，各场的场量表示式为：式中（m、n=0，1，2，…），但两者不能同时为0，所以矩形波导中最低阶的te模式是te10或te01波。
标准矩形波导
标准矩形波导
标准矩形波导是一种常见的波导结构，广泛应用于微波通信、雷达系统和微波加热等领域。
它具有较宽的频带、低传输损耗和良好的抗干扰能力，因此备受青睐。
本文将对标准矩形波导的结构特点、工作原理和应用进行介绍。
结构特点。
标准矩形波导由金属矩形管和金属盖板组成，其截面呈矩形。
矩形波导的宽度和高度决定了其工作频率范围，通常采用常见的规格，如WR90、WR75等。
矩形波导内壁通常采用电镀银或金属镀层，以降低传输损耗和提高抗氧化能力。
波导的两端可以通过连接器与其他设备相连，形成封闭的传输通道。
工作原理。
当高频信号进入矩形波导时，会在波导内壁上产生电磁场，这些电磁场沿着波导传播，并在波导的另一端输出。
由于矩形波导内壁的导电性，电磁波会在波导内壁上发生多次反射，从而实现信号的传输。
矩形波导的工作原理类似于光纤，都是利用全反射来传输
信号，但波导的工作频率通常在兆赫至千兆赫的微波范围内。
应用领域。
标准矩形波导在微波通信系统中扮演着重要角色，常用于天线和收发模块之间的信号传输。
此外，矩形波导还被广泛应用于雷达系统中，用于天线阵列、相控阵和波束形成等方面。
在微波加热设备中，矩形波导也被用于传输高频能量，实现对食品和工业原料的加热处理。
总结。
标准矩形波导作为一种重要的微波传输结构，在通信、雷达和加热等领域都有着广泛的应用。
其结构特点、工作原理和应用领域都体现了其独特的优势和价值。
随着微波技术的不断发展，矩形波导将继续发挥重要作用，为各种微波应用提供可靠的传输支持。
标准矩形波导
标准矩形波导标准矩形波导是一种常见的波导类型，广泛应用于微波和毫米波领域。
它具有简单的结构和良好的传输性能，因此在通信、雷达、无线电等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍标准矩形波导的基本结构、工作原理和特点。
1. 基本结构。
标准矩形波导由金属矩形管和金属盖板组成。
矩形管的截面形状通常为矩形，其长宽比通常为1:2或1:1.5。
矩形管内部空间被金属盖板分割成上下两个空间，上空间为TE模式的传输空间，下空间为TM模式的传输空间。
矩形波导的工作频率取决于矩形管的尺寸和材料。
2. 工作原理。
当电磁波进入矩形波导时，会在矩形管内部产生TE和TM模式的传输。
TE模式是指电场垂直于传播方向，而TM模式是指磁场垂直于传播方向。
这两种模式在矩形波导内传播时，具有不同的传输特性，可以实现电磁波的传输和耦合。
3. 特点。
标准矩形波导具有以下特点：（1）低损耗，由于矩形波导内部是由金属构成的空间，因此能够减少电磁波的能量损耗，具有较低的传输损耗。
（2）宽带特性，矩形波导能够传输多种模式的电磁波，因此具有较宽的工作频带。
（3）抗干扰能力强，矩形波导的结构稳定，能够有效抵抗外部干扰，具有较强的抗干扰能力。
（4）易于加工和安装，矩形波导的结构简单，易于加工制造，也易于安装和维护。
4. 应用领域。
标准矩形波导广泛应用于通信、雷达、无线电等领域。
在通信系统中，矩形波导常用于微波信号的传输和耦合；在雷达系统中，矩形波导常用于天线的馈源和接收；在无线电系统中，矩形波导常用于天线的馈源和信号的传输。
5. 结语。
标准矩形波导作为一种常见的波导类型，具有简单的结构、良好的传输性能和广泛的应用前景。
随着无线通信和雷达技术的发展，矩形波导将继续发挥重要作用，并不断得到改进和应用。
希望本文能够对标准矩形波导的理解和应用有所帮助。
矩形波导衰减常数的研究
关于矩形波导衰减常数的研究一、 摘要平常我们经常研究的都是理想条件下的波导，但是在实际条件下波导传输电磁场时会有不同程度的损耗，主要分为介质损耗和导体损耗。
本文通过理论分析和程序仿真研究矩形波导中的导体损耗的影响。
二、 引言在矩形波导中由导壁所引起的衰减是主要的，在此情况下已有的解不再正确，因为边界条件已经改变，现在导体上E 的 切向分量是很小的，而场只是从无损耗的解微有改变，或受到“微扰”，现在可先用无损耗的解求导体上H 的近似值，再求导体内耗散功率的近似值，即用“微扰法”求解。
三、 理论1.微扰法的理论依据：导体的导电率高，趋肤深度小，损耗低，有耗波导中场与理想波导中场差别不大，微扰。
2.求解步骤：(1)理想波导中场--》有耗波导中场;(2)有耗波导中场有指数衰减;(3) 传输功率：(4) 单位长度功率损耗：(5) 衰减常数计算：四、计算：1、矩形波导TE10模的衰减常数计算：（1）无耗波导的场为：（2）单位长度导体损耗:00()z z j zE x E e E e e γαβ---==00()z z j z H x H e H e e γαβ---==z t S t e P ds z H E P α20*ˆRe 21-=⋅⨯=⎰ P dzdPP L α2=-=PP L 2=αzy ea x E E γπ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=sin 0z x e a x E j H γπωμγ-⎪⎭⎫ ⎝⎛=sin 0z c z e a x E j k H γπωμ-⎪⎭⎫ ⎝⎛=cos 02200202121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛===⎰==f f b E R dy H R P P c s b z s a x LC x LC η ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+==⎰==22020022014121f f Z a E R dx H H R P P c s a z x s b y LC y LC η ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+++=====b a f f Z a E R P P P P P cs a x LC x LC b y LC y LC LC 2212202000η(3)单位长度功率:(4)导体衰减常数:2、按上述步骤可求得TM11模的衰减常数为：22332)/(122a b a b f fc ab R P P s LC c ++-==ηα 3、利用Matlab 对TE10和TM11模在不同材料，不同频率，不同尺寸下的计算得到如下结果：1)不同频率fc —3fc ，2)不同材料比较：红绿蓝青线依次表示铝金铜银，电导率依次增大。
标准矩形波导管数据
标准矩形波导管数据标准矩形波导管是一种常见的波导管类型，广泛应用于微波通信、雷达系统、卫星通信等领域。
它具有良好的传输性能和较宽的工作频率范围，因此在工程实践中具有重要的意义。
本文将对标准矩形波导管的一些基本数据进行介绍，以便工程师和研究人员在实际应用中能够更好地理解和使用标准矩形波导管。
1. 波导管的基本结构。
标准矩形波导管通常由金属材料制成，其截面呈矩形形状，具有两个相对的平行金属板和两个相对的垂直金属板构成。
波导管内部空间是一个封闭的金属空腔，能够传输电磁波信号。
波导管的尺寸和材料对其传输特性有着重要影响。
2. 波导管的工作频率范围。
标准矩形波导管的工作频率范围取决于其截面尺寸和材料特性。
一般来说，波导管的工作频率范围越宽，其传输性能越好。
工程师在选择标准矩形波导管时，需要根据实际应用的频率要求来确定合适的波导管尺寸和材料。
3. 波导管的传输损耗。
在实际应用中，波导管的传输损耗是一个重要的性能指标。
传输损耗取决于波导管的材料、尺寸、工作频率等因素。
一般来说，工程师需要在传输损耗和成本之间进行权衡，选择合适的波导管以满足工程需求。
4. 波导管的阻抗特性。
标准矩形波导管的阻抗特性对其在系统中的匹配和传输性能有着重要影响。
工程师需要根据系统的阻抗要求选择合适的波导管，并设计合适的匹配网络以确保波导管的正常工作。
5. 波导管的边界条件。
波导管的边界条件对其传输特性有着重要的影响。
工程师需要在设计和应用中考虑波导管的边界条件，以确保波导管能够正常传输电磁波信号。
总结。
标准矩形波导管作为一种重要的微波传输介质，在工程实践中具有广泛的应用。
工程师和研究人员需要充分理解波导管的基本数据和特性，以便在实际应用中能够更好地选择和使用标准矩形波导管。
希望本文对大家有所帮助，谢谢阅读！。
第2.2节 矩形波导
本节主要内容矩形波导中的场不同模式的场结构GG 场分解为(transverse field)zz t z z t H a H H E a E E G K +=+=横向场(transverse field)和纵向场(longitudinal field)z z z y x H z y x H y x E z y x E ββj 0j 0e),(),,(e),(),,(−−==⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎛∂∂+∂∂−=x E y H k E z z x βωμ2j ⎟⎟⎞⎜⎜⎛∂∂−∂∂=⎝E x H k E z z y βωμ2c j ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎛∂+∂−=⎠⎝y E x H H y z z x ωεβ2c j ⎟⎟⎞⎜⎜⎛∂+∂−=⎝∂∂E H H k z z y ωεβ2c j ⎝k c，系统将不存在任何场。
全为零，系统将不存在任何场。
一般情况下，只要E z 和H z中有一个不为零即可满足边界条件，这时又可分为二种情形：，这时又可分为种情形横电波（TE波）横磁波（TM波）220),(),(=+∇y x H k y x H oz coz t 222∂+∂=∇22t y x ∂∂直角坐标系中，0)y ,x (H )k (oz 2c 2222=+∂∂+∂yx ∂)y (Y )x (X )y ,x (H oz =122222()1()()()cd X x d Y y k X x dx Y y dy−−=0)x (X k )x (X d 2x 22=+222cyxkk k =+令：yx xz++=TE波的纵向场的通解为y|0Zs H ∂=0|H |H b y z0y z =∂=∂==n∂磁场强度法向分量=0yy ∂∂0xk cos A x k sin A ax ,0x x 2x 1=+−==磁场强度法向分量00|xH |x H a x z0x z =∂∂=∂∂==0A 2=am k x π=yk cos B y k sin B by ,0y y 2y 1=+−==0B 2=n πbk y =2cos()sin()j zx mn j n m n E H x y e βωμπππ∞∞−=∑∑k b a a==j zj m m n E H βωμπππ∞∞−−=sin()cos()y mn m n c x y ek a a a ==∑∑n (m i (H m j πππ−∞∞zj mn 0m 0n 2c x e )y acos()x a sin(a k H ββ==∑∑=m j ∞∞zj mn 0m 0n 2cy e)y a n sin()x a m cos(H b k H βπππβ−==∑∑==00(,,)cos()cos()j zz mn m n m n H x y z H x y e a b βππ∞∞−===∑∑矩形波导TE波的截止波数以TE TE mn 表示和n不能同时为零,否则成为恒定磁场.¾最低次波型为TE 10（a>b）,截止频率最低m和n不能同时为零, 否则成为恒定磁场. m ——表示x 方向变化的半周期数n ——表示y 方向变化的半周期数β−⎛z z e)y ,x (E E ,=0TM 波：H z =00,(,)|0oz y y b E x y ===∑∑∞∞∞=∞=−⎞⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝=11j eπsin πsin m n zmn z y b n x a m E E β∑∑∞∞==−−⎟⎠⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=11j 2ceπsin πcos πj m n zmn x y b n x a m E a m k E ββ0,(,)|0oz x x a E x y ===∑∑∞∞==−⎞⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛=11j 2ci eπcos πsin πj m n zmn y E n j y b n x a m E b n k E ββ∑∑∞∞==−−⎟⎠⎜⎝⎛⎟⎠⎞⎜⎝⎛=11j 2c πππeπcos πsin πm n zmn x n m m y bn x a m b k H βωεωε⎞⎛⎞⎛j论TM11模是矩形波导TM波的最低次模，其它均为高模式场的总和。
矩形波导衰减常数的研究
关于矩形波导衰减常数的研究一、 摘要平常我们经常研究的都是理想条件下的波导，但是在实际条件下波导传输电磁场时会有不同程度的损耗，主要分为介质损耗和导体损耗。
本文通过理论分析和程序仿真研究矩形波导中的导体损耗的影响。
二、 引言在矩形波导中由导壁所引起的衰减是主要的，在此情况下已有的解不再正确，因为边界条件已经改变，现在导体上E 的 切向分量是很小的，而场只是从无损耗的解微有改变，或受到“微扰”，现在可先用无损耗的解求导体上H 的近似值，再求导体内耗散功率的近似值，即用“微扰法”求解。
三、 理论1.微扰法的理论依据：导体的导电率高，趋肤深度小，损耗低，有耗波导中场与理想波导中场差别不大，微扰。
2.求解步骤：(1)理想波导中场--》有耗波导中场;(2)有耗波导中场有指数衰减;(3) 传输功率：(4) 单位长度功率损耗：(5) 衰减常数计算：四、计算：1、矩形波导TE10模的衰减常数计算：（1）无耗波导的场为：（2）单位长度导体损耗:00()z z j zE x E e E e e γαβ---==00()z z j z H x H e H e e γαβ---==z t S t e P ds z H E P α20*ˆRe 21-=⋅⨯=⎰ P dzdPP L α2=-=PP L 2=αzy ea x E E γπ-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=sin 0z x e a x E j H γπωμγ-⎪⎭⎫ ⎝⎛=sin 0z c z e a x E j k H γπωμ-⎪⎭⎫ ⎝⎛=cos 02200202121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛===⎰==f f b E R dy H R P P c s b z s a x LC x LC η ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+==⎰==22020022014121f f Z a E R dx H H R P P c s a z x s b y LC y LC η ()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+++=====b a f f Z a E R P P P P P cs a x LC x LC b y LC y LC LC 2212202000η(3)单位长度功率:(4)导体衰减常数:2、按上述步骤可求得TM11模的衰减常数为：22332)/(122a b a b f fc ab R P P s LC c ++-==ηα 3、利用Matlab 对TE10和TM11模在不同材料，不同频率，不同尺寸下的计算得到如下结果：1)不同频率fc —3fc ，2)不同材料比较：红绿蓝青线依次表示铝金铜银，电导率依次增大。