低能电子直线加速器微波技术基础Ⅰ.微波与电磁波谱简介Ⅱ.电磁波基本知识回顾Ⅲ.微波技术的主要特点Ⅳ.导行波系统及传输线理论Ⅴ.微波在波导管中的传输Ⅵ.常用的微波元件Ⅶ.驻波加速器的微波传输系统举例Ⅰ.微波与电磁波谱简介•微波是电磁波谱中介于普通无线电波与红外线之间的波段。•波长不同的电磁波在产生、传输技术及应用等方面都将具有不同的特点；发展了不同的学科。微波波段频率f:300MHz~300GHz波长λ:1m~1mm代号f（GHz）标称波长（cm）L1~222S2~410C4~85X8~1231.电磁波的产生2.电磁波的传播特性*平面电磁波在均匀无损媒质中的传播*平面电磁波在有损媒质中的传播*电磁波在媒质交界面处的传播规律Ⅱ.电磁波基本知识回顾电磁波的产生•电荷激发电场•电力线+-•电流激发磁场•没有单磁极子•磁力线是围绕电流的闭合曲线EH•随时间交变的电场感生交变的涡旋磁场•随时间交变的磁场感生交变的涡旋电场电磁波的产生•交变电场与交变磁场交互感应，相互支持，在空间形成统一的从振源开始，由近及远，在空间传播的电磁波•振源近区的场分布很复杂，远区则呈球对称分布。在离源更远的区域，球面则近似为平面波。xyzxyzω•真空或理想无损媒质（导电率σ=0）•横电磁波（TEM波）•按单一频率ω正旋规律变化的平面电磁波是简谐等幅的行波。•电磁波传播速度与频率无关，决定于介质的介电常数ε和导磁系数μ在真空中即为光速.C≈3×108米/秒。•波阻抗η=Em/Hm在真空中η0=377Ω2122)()(VkVVTTfekztSinHHekztSinEEymxm平面电磁波在均匀无损媒质中的传播kHEHEmm)(ω•有损媒质（导电率σ≠0）•仍然是横电磁波（TEM波）•单一频率ω的平面电磁波，沿传播方向是振幅衰减的行波。•波传播速度V与介质的ε、μ及σ有关，并随频率ω变化，是色散波。•波阻抗变为复数，并是频率的函数。即电波与磁波之间有相位差。•波传输常数变为复数k=α+jβ。02,,,,,,)()(jmmpyozmxzmeHEVeztSineHHeztSineEE）（），，（平面电磁波在均匀有损媒质中的传播有损媒质无损媒质22224pjjmmVeeHEo》平面电磁波在良导体中传播的特点•β很大，波相速很慢。•η很小，波阻抗低，即磁场较强，电场较弱。•α很大，衰减很快。定义趋肤深度δ为场强衰减到1/e=0.368倍的距离。例：铜σ=5.8×107米/秒f=3000MHz条件下δ=1.2微米良导体电磁波在媒质交界面的传播特性•媒质1中的一束入射波在交界面处将产生一束反射波和一束透射波。•线性媒质中三束波的频率一致。•三束波的波矢量同在一个入射平面上；入射平面与交界面相互垂直。•反射角与入射角相等θr=θi•折射角与入射角有关系式为：21VSinVSinti•三个波的波幅关系要满足介质交界面处电磁场的边界条件三个波的波幅关系要满足介质交界面处电磁场的边界条件介质1介质2•理想介质（σ1=σ2=0）•交界面上没有自由电荷•也没有传导电流。E1t=E2tε1E1n=ε2E2nH1t=H2tμ1H1n=μ2H2n三个波的波幅关系要满足介质交界面处电磁场的边界条件在理想介质的交界面处•介质1中入射波与反射波合成场的平行分量E1t，H1t与介质2中透射波场的平行分量E2t，H2t相等。•合成场的法向分量D1n，B1n与介质2中透射波场的法向分量D2n，B2n相等。•理想导体（σ2→∞）交界面上有薄层（自由）面电荷ρs和（传导）面电流js。•在理想导体表面处，入射波和反射波合成的结果满足：电力线一定垂直于导体表面。磁力线一定平行于导体表面。•良导体（如铜，银等）σ很大，可近似为理想导体处理。+++++++理想导体σ2→∞E=0B=0.ρsjsE1t=0D1n=ρsH1t=jsB1n=0理想导体表面的边界条件Ⅲ.微波技术的主要特点•普通无线电波段使用的振荡管和放大管不能用于产生或放大微波。•微波波长与元器件的尺度可相比拟；趋肤效应、辐射效应及延时效应明显表现，不可忽略。不能用任意形状的导线来传输微波。•微波元器件中的电场与磁场是相互依托，共同存在的；没有单纯的电阻R、...
