等效电参数

对于非TEM 波,无法用均匀传输线理论去分析。为此,引入「等效电压」和「等效电流」。通过等效电路模型,将复杂的电磁场问题转换为电路分析问题,从而可以应用传输线理论和电路理论进行分析。「等效传输线」理论通过引入等效的电路模型和参数,来模拟和分析非 TEM 波在复杂传输媒介中的传播行为。

为了定义将复杂的电磁场问题转换为电路分析问题,需要定义等效电参数,如果规定等效电压为 ,等效电流为 ,横向场为

则为了符合逻辑,等效电参数应该要能满足:

  • 等效电参数 应与横向场大小 成正比
  • 等效电压和等效电流共轭乘积等于等效传输电功率
  • 等效电压和等效电流之比应等于特性阻抗

其中 表示不同的模式, 为某个常数, 为横向场的场分布,定义为「模式矢量函数」。则 称为「模式电压」和「模式电流」。

需要满足几个条件

归一化条件

为了满足“等效电压和等效电流共轭乘积等于等效传输电功率”要求,则应满足

才能保证

阻抗相等条件

例题

求矩形波导 TE10 模的等效电压,等效电流和模式矢量函数。

解:

第一步,写出 TE10 模的横向场表达式

第二步,利用归一化条件,有

由此可以求的

对照横向场表达式可以知道,其实 函数就是 ,再根据阻抗条件

以及 ,又可以求出

从而解除

代入 即可解出答案,总的来说,主要会代入两个条件即可。