【正文】 導(dǎo)波的分類及各類導(dǎo)波的特性 一 .導(dǎo)波的分類 二 .TEM波的特性分析 三 .TE波 、 TM波的特性分析 導(dǎo)波的分類及各類導(dǎo)波的特性 一 .導(dǎo)波的分類 導(dǎo)波的類型是指滿足 無限長(zhǎng)勻直 導(dǎo)波系統(tǒng)邊界條件 ，能 獨(dú)立 存在的導(dǎo)波 形 式 。 通常是按導(dǎo)波 有無縱向場(chǎng)分量 來分類 ， 這樣導(dǎo)波可以分兩大類 。 ， 即 Ez=Hz=0的電磁波 ， 這種波只有橫電磁場(chǎng) ， 故稱為 橫電磁波 (TEM波 )， 電 、 磁力線位于導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面內(nèi) 。 橫電磁波只能存在于 多導(dǎo)體 導(dǎo)波系統(tǒng) 中 ，如雙線 、 同軸線等這類導(dǎo)波系統(tǒng)中 。 一導(dǎo)波的分類 自由空間波 (TEM波 )： Ex、 Ey、 Hx、Hy、 Ez＝ 0、 Hz＝ 0 ， 這種波又細(xì)分為以下三種類型 。 1).Ez=0， Hz≠0的波稱為 橫電波 (TE波 )或 磁 波 (H波 )。 其電力線全在導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面內(nèi)，磁力線為空間曲線。 2).Ez≠0， Hz=0的波稱為橫磁波 (TM波 )或電波 (E波 )。 其磁力線全在導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面內(nèi)，電力線為空間曲線。 3).Ez≠0， Hz ≠ 0的波稱為混合波 (EH波或 HE波 )。 這種波可視為 TE波和 TM波的線性疊加。 一導(dǎo)波的分類 TE10 TM11 ， 這種波又細(xì)分為以下三種類型 。 =0， Hz≠0的波稱為 橫電波 (TE波 )或 磁 波 (H波 )。 其電力線全在導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面內(nèi)，磁力線為空間曲線。 ≠0， Hz=0的波稱為橫磁波 (TM波 )或電波 (E波 )。 其磁力線全在導(dǎo)波系統(tǒng)的橫截面內(nèi)，電力線為空間曲線。 ≠0， Hz ≠ 0的波稱為混合波 (EH波或 HE波 )。 這種波可視為 TE波和 TM波的線性疊加。 前兩種波， TE波和 TM波可以 獨(dú)立 存在于金屬柱面波導(dǎo)、圓柱介質(zhì)波導(dǎo)和無限寬的平板介質(zhì)波導(dǎo)中。 后一種波 (EH波或 HE波 )則存在于一般 開波導(dǎo)和非均勻波導(dǎo) (如波導(dǎo)橫截面尺寸變化，波導(dǎo)填充的介質(zhì)不均勻等 )中，這是由于單獨(dú)的 TE波或 TM波不能滿足復(fù)雜的 邊界條件 ，必須二者線性疊加方能有合適的解之故。 一導(dǎo)波的分類 二 .TEM波的特性分析 ( Ez=0， Hz=0) 二 .TEM波的特性分析 (一 ).場(chǎng)分量 (二 ).傳播特性 (三 ).TEM波場(chǎng)沿橫向分布的特點(diǎn) 若 Ez=0， Hz=0， 即 ez=0， hz=0， 代入式 ()和 ()得 二 .TEM波的特性分析 ( Ez=0， Hz=0) (一 ).場(chǎng)分量 tt z z te a e j h? ? ?? ? ? ? ? ?() ztt z th a h j e? ? ?? ? ? ? ?() ttze h aj?????t zth a ej?????() () 看出 (1) ttze h a?? (2)按 成右手螺旋關(guān)系 。 ttze h a??二 .TEM波的特性分析 橫 向 電 場(chǎng) 的 幅 度波 阻 抗 =橫 向 磁 場(chǎng) 的 幅 度() () 將 () 得 t zth a ej?????za? tzt je h a????? () ttze h aj?????() 由式 ()和 ()可得 TEM波的波阻抗和波導(dǎo)納 為 () T E MZ ?T EMY ?j???? j???T E M1Z? j??? ?j???二 .TEM波的特性分析 t z z t z th a a e a ejj???? ??? ? ? ?() () () () 場(chǎng)的完整表達(dá)式為 T E M ttze Z h a??T E Mt zth Y a e??j t ztE e e???j t ztH h e ????于是式 ()又可寫成 二 .TEM波的特性分析 由式 ()和 ()可見 ， 當(dāng) 時(shí) ， 要使等式左端的場(chǎng)不為零 (橫場(chǎng)若為零 ， 則 TEM波不存在 )， 只有 kc等于零 ， 即 TEM波有 由 可得 () () (二 ).傳播特性 22t t z t z zccje e h akk? ? ?? ? ? ? ? ?22t t z t z zccjh h e akk? ? ?? ? ? ? ? ?() 0zzeh??0ck ?0cf ?c? ??2c c ck ? ? ? ? ???() 此式說明 TEM波 無低頻截止 ， 即雙線 、 同軸線等傳輸線 ，理論上可以傳播任意低頻率的電磁波 。 二 .TEM波的特性分析 將 kc代入式 ()可得 () 或 jk? ?2k ?????此式表明導(dǎo)波中 TEM波的傳播常數(shù)與無界均勻媒質(zhì)中電磁波的傳播常數(shù)相同 ， 事實(shí)上電磁波在無界空間傳播時(shí)其電場(chǎng)和磁場(chǎng)也處于與傳播方向相垂直的橫平面內(nèi) ， 也是一種 TEM波 。 二 .TEM波的特性分析 22221 2 1 1ccckfkf ??? ? ? ?????????? ? ? ? ? ??????????? ??() 二 .TEM波的特性分析 由式 ()可得 TEM波的波阻抗為 () T E MZ ?j???? j??? 由式 ()容易求得 TEM波的相速 vp和波長(zhǎng)，習(xí)慣上常將導(dǎo)波的波長(zhǎng)稱作波導(dǎo)波長(zhǎng)，用 λg表示。 波的相位速度定義為波的等相位面向前移動(dòng)的速度，可由相位恒定求出。例如對(duì) TEM波的正向波，可使式()中 T E MZ k? ? ????并對(duì) t求導(dǎo)得 tz???? 常 數(shù)1pdzvvd t k??? ??? ? ? ? ?() () j t ztE e e??? j t ztH h e ????() 二 .TEM波的特性分析 波導(dǎo)波長(zhǎng) λg定義為波在一周期時(shí)間內(nèi)沿導(dǎo)波系統(tǒng)傳播的距離。即 以上三式的結(jié)果表明，導(dǎo)波中的 TEM波的波阻抗、相速和波導(dǎo)波長(zhǎng)也與無界均勻媒質(zhì)空間電磁波的阻抗、速度和波長(zhǎng)相同。因?yàn)槎叩膫鞑コ?shù)相同，這樣的結(jié)果是自然的。 波的相速與頻率無關(guān) ，這種特性稱為無色散 (波的速度隨頻率變化而變化的現(xiàn)象稱為色散 )TEM波為 無色散波。 pgpvvTf??? ? ?() 將 ez=hz=0代入式 ()和 ()有 () 的橫向旋度為零 ,不僅如此 。 由于 TEM波沒有縱向磁通 , 在橫平面上的環(huán)量也為零； 的橫向旋度為零 (應(yīng)該說在沒有體電流處是這樣 ),但由于傳播 TEM波的導(dǎo)波系統(tǒng)可以存在縱向電流 ， 因此 在橫平面上的環(huán)量不一定為零 。 這說明 TEM波場(chǎng)在導(dǎo)波系統(tǒng)在 截面上的分布 與邊界條件相同的二維靜場(chǎng)完全一致 。 () (三 ).TEM波場(chǎng)沿橫向分布的特點(diǎn) 0tte? ? ? 0tt h? ? ?tetethth二 .TEM波的特性分析 ztte j h??? ? ? ?() ttzh j e??? ? ?() 一致 僅指場(chǎng)在 橫截面上 的分布而言 ， 場(chǎng)對(duì)變量 z和 t的關(guān)系二者完全不同 ， TEM波為 ， 而靜場(chǎng)與 t、 z無關(guān) 。 因此 ， 求 TEM波的橫向分布函數(shù) ， 可以采用求靜態(tài)場(chǎng)完全類似方法 。 因 ， 故 可表示為某個(gè)二維標(biāo)量位的梯度 (任何標(biāo)量函數(shù)的梯度為零 )。 (三 ).TEM波場(chǎng)沿橫向分布的特點(diǎn) ? ?j t ze ???0tte? ? ?te二 .TEM波的特性分析 二 .TEM波的特性分析 設(shè)標(biāo)位函數(shù)為 ，可得 由式 ()得 利用麥克斯韋方程 有 ()uv?? ?t te u v? ? ? ?? ?tz T E M th Y a u v? ? ? ? ?對(duì) TEM波 有 0D? ? ?? ? ? ?( ) 0zz t ztzt z zta e e ee a e e????????? ? ? ?? ? ? ? ? ?0ze ?0tt e? ? ?() ()