第三章 微波传输线
1. 定义：微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。
2. 分类：
TEM模传输线——双导线传输线
平行双线：由于高频信号的趋肤效应和辐射，平行双线损耗大，用于
300MHz以下。
同轴线： 封闭形式的同轴线消除辐射消耗，但传输TEM模在频率更高
时，要求横截面尺寸小，导致导体损耗增加，故用于厘米波段。
微带线： 在高频介质基片上一面是导电板，一面是带状导电条。在介质
基片中传送准TEM波，体积小重量轻，易于集成，功率容量
小，加工精度难。
带状线： 与同轴线类似。
TE模和TM模传输线——如矩形波导、圆波导、椭圆波导、脊波导等金属波导线；
（避免导体损耗和辐射损耗，广泛用于大功率微波信号传送。
横截面尺寸与工作波长有关。
体积大，质量重，不易小型化集成化。沿传播方向有电场或者磁场分量。）
表面波传输线——如介质波导、介质镜像线等。（传输模式一般为混合模） 3. 麦克斯韦方程和边界条件决定导行电磁波的电磁场分布规律和传播特性。
1. 主模： TEM模
2. 特性阻抗：
L11 Z,,0CvC1p1
3. 特点： 结构对称；
,辐射损耗较小；（D>3-6w，b<<） 2
适合制作高性能微波元件如滤波器、定向耦合器、谐振器。不适合作有源器件。
,min 4. 尺寸要求：（中心导带宽度w、接地板间距b均应小于）——保证只传输主模 2,r
, 主模： 准TEM模 （双导线系统）
Z01, 特性阻抗： Z,0,re
, 特点： 结构简单加工方便；便于与微波固体器件连成整体；容易实现小型化集成化。
0.95Z0 色散特性：频率较高时，传输混合模。临界频率——f(GHz) ,01h4(1),,r
, 尺寸要求： ， ， ,,2w,,,2h,,,4h,,1minrminrminr
, 定义：两对传输线互相靠近时，产生电磁耦合，称为耦合传输线。 , 分析方法：奇偶模参量法
, 应用：高性能，高Q值的传输元件——定向耦合器，滤波器。
1. TE模和TH模在与传播方向相垂直的横截面内场强分布不能满足二维拉普拉斯方程。即不可能与恒
定场有相同的场分布。
, 特点：封闭——避免外界干扰和辐射损耗。没有内导体——导体损耗低，功率容量大。 =0）、TE模（E=0）—— zz, 传输模式及场分布： , 场分布沿着z方向为行波，在横截面上呈驻波分布；
TM模（H, m、n表示场在x和y方向的半驻波数。TE模的最低模式为TE 或TE，TM模的最低模1001
式为TM。 11
, 能否在波导内传输取决于工作频率、波导尺寸和激励方式。 , 传输模式的纵向传输特性：
, 截止特性：
1）波数
22,,k,k c
22,,mn,,,,截止波数：= k,，2,f,,,,,,ccab,,,,
2）截止波长
2,2v,,, =， c22fkccmn,,,,，,,,,ab,,,,
3）截止频率
22mn,,,,，,,,,abkk,,,,cc,fv ,,c2,2,,2,,,
简并模，最低模式，高次模。
, 相速度和相波长
,dz相速度：电磁波的等相位面沿着轴向传播的速度。v,, pdt,
2,v相波长：,,,,, pf,,,
对于TE模和TM模：
v, ——色散波 v,,v,,,,pp22，，，，,,,,1,,1cc
, 群速度：能速，能量传播的速度。
d,1,22 ，，，，v,,,v1,kk,v1,,,gcc22d,,,,，kc
2 与相速、光速的关系： v,v,vpg
, 波阻抗 ，，,,,k,kcc
,,, Z,,,,TEMk,
,k,,,,1,22， ，，，，Z,,1,kk,,1,,,Z,,,TMccTE22,,,,,k，，，，1,kk1,,,cc
, 传输模式的场结构：
1）TE模 10
电场在横截面内分布，沿传播方向无分量；
磁场在空间自成闭合曲线。
2）TM模 11
磁力线在横截面内自成闭合曲线。
场分布沿着宽壁a和窄壁b都有一个半驻波分布。
传输模式的结论：
, 波导壁上只有电场的法向分量与磁场的切向分量。
, 电力线和磁力线相互垂直。
, 磁力线是闭合曲线。
, 电力线与磁力线和波的传播方向满足右手螺旋法则。
, 传输模式的管壁电流：
定义：波导内传输电磁波时，波导壁上感应的高频电流。
特点：存在于波导内表面。
应用：开槽——不切割管壁电流——不影响传输特性，不产生向外的能量辐射。
, 传输功率和功率容量：
传输功率：ab11ab22sin，，（TE） ,,,PExadxdyE1000,,0024ZZTETE1010
2abE2br功率容量：，，P,1,,2a（行波状态下的TE模） 10br0480,
, 尺寸的设计考虑：
1）原则：
, 在工作频带内只传输一种模式
, 损耗尽量小
, 功率容量尽量大
, 尺寸尽量小
, 制造尽量简单 1.05,(),,,0.8(,) 1.05a,,,1.6acTEcTE20102）工作波长
3）脊波导
, 增加宽边长度——单模工作频带加宽
, 等效阻抗低
, 功率容量降低，损耗增加
1、特点：损耗小，双极化——远距离传输。
EE 2、截止波长：E,E,,,,rr ,,,,,,,,ZZTMTEHH,,HH,,r,r
3、三个模式：
TE：与矩形波导TE类似。 1110
TE：电场只存在E分量——高Q谐振腔，远距离毫米波的传输。 01,
TM：磁场只有H分量。01 ,
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