前面介绍的均匀平面电磁波
通常存在于无界空间中
而现实世界中
并不存在理想的无界空间
经常遇到的情况是
电磁波存在于有界空间中
在微波技术基础课程中
将要学习
存在于一类特殊的有界空间中
即存在于微波电路系统中的
导行电磁波
与无界空间中的电磁波相比
有一些特征是相同的
但在学习过程中更要关注
不同点
下面看几个
电磁波存在于有界空间中的例子
第一个例子
假设线电流
加在平行双导线的一端
问
是否可以激励起沿双导线传播的
电磁波
如果可以
电磁波的表示和特征又是什么样的
这样的模型
对应有实际应用的场景
这就是平行双导线
可以通过某种装置
在双导线的一端
模拟等效线电流
就会关心这样的线电流
是否会激励起沿双导线传播的电磁波
为分析这一问题
可以和无界空间的类似情况进行比较
如果把线电流
用电流源模拟
可以近次得出
其在无界空间中的辐射场
这一辐射场
在空间
存在双导线时如何改变
是需要进一步分析解决的问题
此时与无界空间相比
改变的只是空间边界条件
除了导线
存在所改变的空间边界条件以外
导线以外
媒质和电磁场方程均没有任何改变
对于有可能存在的
沿双导线传播的电磁波
类比于
存在于无界空间的均匀平面电磁波
可以提出以下一系列问题
这种波还是平面波吗
是均匀平面波吗
这种波的电场强度
和磁场强度是什么关系
有对应的波阻抗吗
波阻抗与哪些因素有关系
与无界空间的波有什么异同
这种波的传播特征是什么样的
有对应的波数吗
波数相位常数
衰减常数
都与哪些因素有关系
与无界空间的波有什么异同
这种波的相速度
群速度都是多少
与无界空间的波有什么异同
这种波会有色散吗
都与哪些因素有关系
可以将刚才的模型
画成熟悉的电路形式
这是平行的金属双导线
可以认为
双导线材料为理想导体
始端的线电流
用于实际的交流信号源 替代
终端接一般的负载
问题是
此时是否会产生
沿双导线传播的电磁波
这张图是最一般的情况
特殊情况是
终端接的负载阻抗
可以趋于无穷大
即双导线末端断开
成为开路
或者终端接的负载阻抗可以为0
即双导线末端
直接相连
成为短路
在微波技术基础中
在一开始分析这样的电磁波问题时
还是用电路理论
当此交流电路处于稳衡状态时
按图式定义负载端
信号源端
双导线上的线间电压和线上电流
分别用
U2
I2
U1
I1
U
I来表示
现提出以下问题
I2
I1
I是否相等
U2
U1
U是否相等
由 U 2
I2可以定义阻抗
Z2
由U1
I1可以定义阻抗Z1
由 U
I 可以定义阻抗Z
三者是否相等
要想回答这样的问题
就需要学习
微波技术基础的第二张
传输线理论
再看另外一个
电磁波存在于有界空间中的例子
如果线电流
不是向无界空间中辐射
而是加在
空心金属管的一端
向空心金属管内部辐射
问
空心金属管内是否可以激励起电磁波
如果可以
电磁波形式和特征是什么样的
这是这一模型对应的实际应用场景
这一结构成为矩形波导
机端可以通过某种装置模拟线电流
与无界空间中的
均匀平面波
双导线周围可能的
电磁波相比
可以提出以下一系列问题
波的存在条件问题
是否为平面波
以及波抗阻问题
波的传播特征问题
波的相速度
群速度问题
波的色散问题
这些问题
都将在微波技术基础的
波导理论中学习和解决
比前面例子更复杂一些的
是所谓的 T 形接头
T 形街头的每一个分支
都是刚才看过的空心金属管
即举行波导
这是一种 T 形接头
这也是一种 T 形接头
这是一种双 T 形接头
如果线电流
不是向无界空间中辐射
而是加在 T 形接头
或双 T 型接头的某一个端口
向 T 形接头
或双 T 形接头内部辐射
是否可以激励起接头内部的电磁波
如果可以
激励体的电磁波的传播规律
是什么样的
如何进行分析
这是 T 形接头
和双 T 形接头实物
在分析这样的结构时
可以假设这些结构
都是由理想导体构成
将双 T 形接头的四个端口进行编号
1端口
2端口
3端口
4端口
这是用电磁微波计算软件
模拟的
双 T 形接头内部的电场辅助分布
可以看到
同样是从一端口二端口输入
电磁波有时只能从四段口输出
有时只能从三段口输出
同样是从
三四端口输入
电磁波有时只能从一端口输出
有时只能从二端口输出
这些内容
都将在微波技术基础课的
第四张微波网络
第五张微波元件中学习
通过上述实力可以看出
微波技术基础要分析的问题
与电磁场与电磁波
天线等课程要分析的问题的主要不同
本质在于编辑条件
在电磁场与电磁波课程中
通常只学习均匀平面波
是考虑无界情况
包括波的反射
折射都是按此原则处理
在电磁波辐射问题
天线问题中
通常学习的是
分布在有线区域的缘源
向无界空间
辐射传播的问题
除源所在的区域以外
空间也是没有边界限制
而微波技术基础
学习的是电磁波
像一类特殊的有界空间
辐射传播的问题
比如辐射波
经由双导线
导引传播
或者辐射波
经由空心金属管
导引传播
或者辐射波
经由空心金属管
所构成的接头导引传播
等等
边界条件改变
使电磁场解和结论大不相同
即便是针对双导线的等效电路模型
也不能简单用以前的电路理论去处理
从本质上看
任何情况下
电磁波在空间任意点
均匀满足相同的电磁场定律
即麦克斯韦方程组
假设媒质相同
对双导线周围的点
波导内部的点
接头内部的点来说
电磁场的定律都相同
只是因为激励和边界条件的不同
所以电磁波解形式才不同
边界条件
改变了电视波的解