导行电磁波的传播特性和模式分析

本章节主要探讨了导行电磁波在电磁场与电磁波理论中的重要概念。在第七章"导行电磁波"中，作者首先概述了电磁波在导波系统中的传输问题，这些问题可以通过解决满足特定边界条件的波动方程来理解。导波系统的特点是其横截面形状和面积沿波的传播方向保持一致。 1. 一般特性： - 在均匀导波系统中，电场和磁场沿轴向z的方向可以表示为矢量表达式，如7.1a和7.1b所示。麦克斯韦方程揭示了横向场分量与纵向场分量之间的关系，其中截止波数、传播常数和波数起着关键作用。 2. 电磁波的三种模式： - 横电磁波（TEM）：这种模式的特征是纵向电场和磁场都为零，其传播常数、相速度和波阻抗都有明确的公式（7.4-7.6）。 - 横磁波（TM）：TM波的纵向磁场不为零，其满足的标量波动方程和工作频率条件限制了它的传播，相关参数如传播常数、波导波长等有各自的表达式（7.7-7.10）。 - 横电波（TE）：与TM类似，但纵向电场不为零，波阻抗的计算方法与TM相同，且传播条件也受截止频率控制（7.11）。 3. 具体示例：矩形波导中的TM波和TE波： - 在矩形波导中，TM波的场分布涉及多个系数和模式，不同阶模如[pic]m,n的组合对应不同的电磁场分布，最低阶模通常为[pic]0,1（7.12a-f）。 这一章深入研究了导行电磁波在实际应用中的关键特性和模式，对于理解波导系统的结构设计和信号传播具有重要意义。它强调了在不同的导波装置中，如何通过波动方程和边界条件来分析电磁波的传播行为，并给出了具体的例子来展示TM波和TE波在矩形波导中的场分布规律。这对于电信、雷达、通信等领域的工程师来说，是理解和设计无线通信系统的基础知识。