矩形波導(dǎo)中電磁波截止波長的計算

1、樂山師范學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計1矩形波導(dǎo)中電磁波截止波長的計算矩形波導(dǎo)中電磁波截止波長的計算周和周和偉物理與物理與電子信息工程學(xué)院子信息工程學(xué)院07物理學(xué)物理學(xué)07234030[摘要摘要]:本文從麥克斯韋方程組出發(fā)，從理論上推導(dǎo)了電磁場遵循的波動方程和時諧電磁波遵循的波動方程；根據(jù)邊值關(guān)系從理論上求出了時諧電磁波在矩形波導(dǎo)中的解，并對矩形波導(dǎo)管中傳播的電磁波波解進行了討論；計算了不同尺寸的矩形波導(dǎo)管的截止波長，截止波長大多屬于厘米量級，說明波

2、導(dǎo)管只適用于傳播微波。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]:矩形波導(dǎo)電磁波截止波長1緒言緒言波導(dǎo)是一種用來約束或引導(dǎo)電磁波傳輸?shù)难b置，矩形波導(dǎo)是指橫截面是矩形的波導(dǎo)，一般是中空的金屬管。也有其他形式的波導(dǎo)裝置，如介質(zhì)棒或由導(dǎo)電材料和介質(zhì)材料組成的混合構(gòu)件[1]。因此，在廣義的定義下，波導(dǎo)不僅是指矩形中空金屬管，同時也包括其他波導(dǎo)形式如矩形介質(zhì)波導(dǎo)等，還包括雙導(dǎo)線、同軸線、帶狀線、微帶和鏡像線、單根表面波傳輸線等。根據(jù)波導(dǎo)橫截面的形狀不同還有其他形狀波導(dǎo)，如

3、圓波導(dǎo)等。盡管已存在很多不同波導(dǎo)形式，且新的形式還不斷出現(xiàn)，但直到目前，在實際應(yīng)用中矩形波導(dǎo)是一種最主要的波導(dǎo)形式。由于無線信號傳輸媒介，具有傳輸頻帶寬、傳輸損耗小、可靠性高、抗干擾能力強等特點，因此波導(dǎo)技術(shù)在電子技術(shù)領(lǐng)域運用非常廣泛，主要用于鐵氧體結(jié)環(huán)形器，窄壁縫隙天線陣[2]，速調(diào)管矩形波導(dǎo)窗，高精度矩形彎銅波導(dǎo)管加工研究【3】等器件設(shè)備的制造生產(chǎn)，以及在地鐵信號系統(tǒng)中的應(yīng)用都很廣泛。為了加深對波導(dǎo)傳輸特性的理解，本文從麥克斯韋方程

4、組出發(fā)，推導(dǎo)了電磁場遵循的波動方程和時諧電磁波遵循的波動方程；根據(jù)邊值關(guān)系從理論上求出了時諧電磁波在矩形波導(dǎo)中的解，并對矩形波導(dǎo)管中傳播的電磁波波解進行了討論；計算了不同尺寸的矩形波導(dǎo)管的截止波長，發(fā)現(xiàn)其截止波長都在厘米量級，說明波導(dǎo)管只適用于傳播微波。2電磁波基本原理電磁波基本原理2.12.1建立麥克斯韋方程組的歷史背景建立麥克斯韋方程組的歷史背景麥克斯韋首先從論述力線著手，初步建立起電與磁之間的基本關(guān)系。1855年，他樂山師范學(xué)院畢

5、業(yè)論文設(shè)計3(2.1)????EdldldEml?應(yīng)當(dāng)指出：法拉第建立的電磁感應(yīng)定律，只適用于由導(dǎo)體構(gòu)成的回路，而根據(jù)麥克斯韋關(guān)于感生電場的假設(shè)，電磁感應(yīng)定律有更深刻的意義，即不管有無導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路，也不管回路是在真空中還是在介質(zhì)中，式(2.1)都是適用的。如果有閉合的導(dǎo)體回路放人該感生電場中，感生電場就迫使導(dǎo)體中自由電荷作宏觀運動，從而顯示出感生電流；如果導(dǎo)體回路不存在，只不過沒有感生電流而已，但感生電場還是存在的。從式(2.1)還

6、可看出：感生電場E的環(huán)流一般不為零，所以感生電場是渦旋場。位移電流概念是麥克斯韋在建立電磁場理論過程巾提出的重要假設(shè)。它表明，磁碭不僅可以由電流產(chǎn)生，變化的電場也可以產(chǎn)生磁場。位移電流和有旋電場的概念從兩個方面深刻而完整地揭示了電場和磁場之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互依存，即電磁場是統(tǒng)一的不可分割的整體。傳導(dǎo)電流和位移電流都能產(chǎn)生磁場，兩種磁場都能對其中的電流或運動電荷施加磁力，兩種磁場的性質(zhì)也相同，即都是有旋無源的。但是，兩種磁場也有區(qū)別，除了

7、產(chǎn)生原因不同外，由于位移電流并不表示電荷在空間的運動，所以它與傳導(dǎo)電流不同，沒有熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，只有磁效應(yīng)?？臻g的總磁場是傳導(dǎo)電流和位移電流產(chǎn)生的磁場之和，是無源有旋的矢量場，其磁力線閉合。位移電流假設(shè)的提出，消除了把安培環(huán)路定理從恒定情形推廣到變化情形時遇到的矛盾和困難，使麥克斯韋得以建立完備的電磁場方程組。麥克斯韋方程組關(guān)于電磁波等理論預(yù)言實驗的證實，不僅具有深刻的理論意義和巨大的應(yīng)用價值，也證明了位移電流假設(shè)的正確性。2.2.2