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软波导对照表

产品型号频率范围(GHz)

驻波

损耗 (dB/m)气密性(MPa)

波导类型

常用法兰VSWR

(Max.)国标IEC 标准

MWT-FBW14 1.13-1.73 1.2 ≤0.01 ≤0.15 BJ14 WR650 FDP/FDM MWT-FBW18 1.45-2.20 1.2 ≤0.013 ≤0.15 BJ18 WR510 FDP/FDM MWT-FBW22 1.72-2.61 1.2 ≤0.017 ≤0.15 BJ22 WR430 FDP/FDM MWT-FBW26 2.17-3.30 1.2 ≤0.024 ≤0.15 BJ26 WR340 FDP/FDM MWT-FBW32 2.60-3.95 1.2 ≤0.033 ≤0.15 BJ32 WR284 FDP/FDM MWT-FBW40 3.22-4.90 1.2 ≤0.043 ≤0.15 BJ40 WR229 FDP/FDM MWT-FBW48 3.94-5.99 1.2 ≤0.064 ≤0.15 BJ48 WR187 FDP/FDM MWT-FBW58 4.64-7.05 1.2 ≤0.077 ≤0.15 BJ58 WR159 FDP/FDM MWT-FBW70 5.38-8.17 1.2 ≤0.10 ≤0.15 BJ70 WR137 FDP/FDM MWT-FBW84 6.57-9.99 1.1 ≤0.70 ≤0.15 BJ84 WR112 FBP/FBM/FBE MWT-FBW100 8.20-12.40 1.2 ≤0.15 ≤0.15 BJ100 WR90 FBP/FBM/FBE MWT-FBW120 9.84-15.0 1.2 ≤0.18 ≤0.15 BJ120 WR75 FBP/FBM/FBE MWT-FBW140 11.9-18.0 1.2 ≤0.23 ≤0.15 BJ140 WR62 FBP/FBM/FBE MWT-FBW180 14.5-22.0 1.25 ≤0.33 ≤0.15 BJ180 WR51 FBP/FBM/FBE MWT-FBW220 17.6-26.7 1.3 ≤0.50 ≤0.15 BJ220 WR42 FBP/FBM/FBE MWT-FBW260 21.7-33.0 1.25 ≤2.70 ≤0.15 BJ260 WR34 FBP/FBM/FBE MWT-FBW320 26.3-40.0 1.25 ≤3.00 ≤0.15 BJ320 WR28 FBP/FBM/FBE

上海23所产品对照表

产品型号BRA70 BRA84 BRA100 美国E.I.A标准WR137 WR112 WR90

使用频率(GHz) 5.85-8.20 7.05-10.00 8.20-12.40

电压驻波比(VSWR) 1.10 1.12 1.15 衰减(dB/m) 0.35 0.45 0.60

平均功率(Kw) 2.00 1.20 0.50

轴向扭转(deg/m) 180 210 240

连接法兰口径(mm) 34.85×15.80 28.50×12.60 22.86×10.16

H面弯曲半径(mm) 200 152 120

E面弯曲半径(mm) 100 76 66

H面反复弯曲半径(mm) 800 600 480

E面反复弯曲半径(mm) 400 300 240

配接法兰(仅供参考) FDM/FDP PDR/UDR

FDM/FDP PDR/UDR

FBM/FBP PBR/UBR FDM/FDP PDR/UDR FBM/FBP PBR/UBR

产品型号BRA120 BRA140 BRA220 美国E.I.A标准WR75 WR62 WR42 使用频率(GHz) 10.00-15.00 12.40-18.00 17.70-26.50 电压驻波比(VSWR) 1.15 1.20 1.30 衰减(dB/m) 0.75 1.00 2.80 平均功率(kW) 0.75 0.40 0.10 轴向扭转(deg/m) 340 350 400 连接法兰口径(mm) 19.85×9.525 15.80×7.90 10.67×4.32 H面弯曲半径(mm) 120 105 78

E面弯曲半径(mm) 64 54 41

H面反复弯曲半径(mm) 480 420 320

E面反复弯曲半径(mm) 240 210 160

配接法兰(仅供参考)

FDM/FDP PDR/UDR

FBM/FBP PBR/UBR FDM/FDP PDR/UDR

FBM/FBP PBR/UBR

基于谐振腔体法的材料电磁参数测试(精)

基于谐振腔体法的材料电磁参数测试摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。关键词：Butte 摘要：本文介绍了一种全新的分裂圆柱体谐振腔体，并且以聚四氟乙烯的测量为例，详细介绍了采用这种腔体完成介质材料测试的具体过程。此项方法具有精度高、操作简单的特点，最适合于衬底, 薄膜, PCB等材料的测量，并且遵循IPC测试规范TM-650 2.5.5.13。关键词：谐振腔体;材料测量;电磁参数;网络分析仪引言近年来，随着射频微波技术的飞速发展，航空航天、通信技术与信息技术等高科技领域对射频微波元器件的要求也随着提高，使得射频微波材料在这些领域起到了越来越重要的作用。对于射频微波材料来说，电磁波在其中的传播完全由材料的电磁参数决定，在应用各种射频微波材料时，必须通过测试了解其电磁参数。在各种射频微波器件，微波与毫米波集成电路底板等大量应用射频微波材料的领域，设计对象的研究和设计都需要准确的材料电磁参数。材料的电磁参数指复介电常数和复磁导率，其中主要集中于其介电特性的研究，有关材料磁特性的测量只占少数，所以本文只讨论复介电常数的测试。测量材料复介电常数的方法有很多，主要分为传输反射法和谐振腔体法。其中传射反射法实质是利用所测出的样品的反射和传射系数得到复介电常数或复磁导率，根据所用夹具的不同，又分为同轴空气线法、波导法、自由空间法和同轴探头法，同轴探头法一般用来测量液体或者半固体例如粉末，被测件的损耗较大;同轴空气线和波导法一般用来测量片状固体或者粉末状固体，被测物质为损耗至低损，这两种方法对被测件的机械加工能力要求都比较高，被测物质的截面必须和空气线或波导的轴线垂直，而且被测物质与空气线或波导之间最好是完全接触，否则会产生一定的测量误差;自由空间法一般是利用聚焦喇叭天线或者拱形门来完成测量，要求被测件是大的平面细状固体，而且尺寸越大越好，最好是十个波长以上，特别适合于高温物质测量或者其他非接触性物质的测量。而谐振腔体法的原理是将材料样品放入封闭或者开放的谐振腔体中，根据放入前后其谐振频率和品质因子Q值的变化来确定样品复介电常数和复磁导率，通常是将样品置于谐振腔中电场最小磁场最大处测量样品的复介电常数，将样品

波导理论

半导体激光器设计理论II. 半导体激光模式理论北京大学物理系郭长志（7 Sept. 2006, LT-II-1A.doc）半导体激光器中，为了实现激射(振荡)，必须利用波导腔中的谐振现象；而为了降低阈值，实现室温连续激射，则必光场集中在波导腔内；为了使辐射出去的光场能量集中和稳定，还必须使波导腔的结构能够保证半导体激光器(图1.1)从同质结构到异质结构，从低温脉冲激射到室温连续激射,激射波长从0.9 左右的近红外到可见光和远红外的发展,一方面是依靠新材料和新工艺的探索，另一方面是依靠对激射过程，特别是对波导结构及其传播模式的研究才取得的。半导体波导是利用以半导体材料为主的不同材料和注入非平衡载流子等的光学性质，按一定的几何分布组成的有利于光场集中并定向传播的结构。定向传播的波导轴线，可以是笔直的，也可以是弯曲的。在一定的波导结构中，只允许一定的偏振性、一定的场强空间分布、一定几何形状的波阵面(等相面）、一定的频谱的电磁波在其中传播，因而辐射出去的光场也具有一定的光束结构和频谱结构。也就是说，一定的波导结构确定一定的内外传播模式。从光在传播过程中所应遵从的麦克斯韦方程组及由其导出的波动方程和波导方程，结合实际的材料电磁性质分布和边界条件，可以从理论上定量地推知波导结构及其传播模式之间的内在联系。这方面的分析工作是理论认识和工程设计的重要依据。半导体激光器的波导模式理论，在很大程度上继承了微波理论的成果，同时也赋予了新的光学处理。因此，在讨论半导体激光器的波导模式问题时，既可以从求解一定介质分布和边界条件的波导方程入手，也可以从分析波导腔内光的反射、折射、干涉和衍射现象入手。因为这两者在实质上是等价的，所以应该得出完全相同的结果。前者的方法是系统的，后者则较为直观。下面将以电磁波理论为主，导出主要结果：而以唯象光学作为补充，讨论结果的物理(光学)含义。半导体激光器的波导模式理论与集成光学理论有若干共同的内容。然而，前者主要讨论有源介质波导的模式结构、选模机制和模式机制和模式稳定性等问题，其光源就在波导腔内；后者则着重讨论无源介质波导模式的饋入、饋出、耦合、转换、调制等问题[1]~[4]。

波导定义

波导波导，本意指一种在微波或可见光波段中传输电磁波的装置，用于无线电通讯、雷达、导航等无线电领域；宁波波导股份有限公司是专业从事移动通讯产品开发、制造和销售的高科技上市公司，主要产品有“波导”牌移动电话、掌上电脑、系统设备等；另有宁波波导萨基姆电子有限公司、宁波萨基姆波导研发有限公司。 1电磁波导定义波导（WAVEGUIDE），用来定向引导电磁波的结构。常见的波导结构主要有平行双导线、同轴线、平行平板波导、矩形波导、圆波导、微带线、平板介质光波导和光纤。从引导电 Waveguide 磁波的角度看，它们都可分为内部区域和外部区域，电磁波被限制在内部区域传播（要求在波导横截面内满足横向谐振原理）。[1] 通常，波导专指各种形状的空心金属波导管和表面波波导，前者将被传输的电磁波完全限制在金属管内，又称封闭波导；后者将引导的电磁波约束在波导结构的周围，又称开波导。当无线电波频率提高到3000 兆赫至300吉赫的厘米波波段和毫米波波段时，同轴线的使用受到限制而采用金属波导管或其他导波装置。波导管的优点是导体损耗和介质损耗小；功率容量大；没有辐射损耗；结构简单，易于制造。波导管内的电磁场可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件求解，与普通传输线不同，波导管里不能传输TEM模，电磁波在传播中存在严重的色散现象，色散现象说明电磁波的传播速度与频率有关。表面波波导的特征是在边界外有电磁场存在。其传播模式为表面波。在毫米波与亚毫米波波段，因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导，除具有良好传输性外，主要优点是结构简单，制作容易，可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有：介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。基本特征电磁波在波导中的传播受到波导内壁的限制和反射。波导管壁的导电率很高（一般用铜、铝等金属制成，有时内壁镀有银或金），通常可假定波导壁是理想导体，波导

UWB超宽带滤波器背景及设计方法

微波仿真论坛_现代滤波器设计讲座-超宽带

超带宽（UWB ：ultra wild band）的定义：（浅谈超宽带技术在未来的应用——谢晓峰）超宽带滤波器主要是针对相对带宽，其主要方式利用冲击脉冲的频谱特性来实现宽带信息的传播。从定义上讲，FCC对超宽带系统的最新定义是：相对带宽（在-10dB点处）（fh-fl）/fc>20%(fh，fl，fc分别为带宽的高端频率传，低端频率和中心频率)或者总带宽BW>500Mhz。

(摘自百度文库ppt) 超宽带微波滤波器研究现状 ——戚楠，李胜先 1989年，美国国防部首先提出了超宽带（UWB）技术并对它做了定义：发射信号的相对带宽为0.2，或者传输信号的绝对带宽至少为500 MHz，则该信号为超宽带信号。自2002年美国联邦通信委员会（FCC）批准无需许可证便可以使用3.1~10.6 GHz的超宽带通信频谱后，超宽带技术受到了学术界和工业界的极大关注。超宽带技术具有低功耗、高速率、保密性强等特点，早期主要应用于军事通信、军事脉冲雷达等方面[1]，近年来在民用雷达、成像、室内短距离通信、监视系统等领域也有广泛应用，欧盟、日本、新加坡等国也制定了各自的超宽带技术标准。在宇航方向，NASA约翰逊空间中心开展了超宽带综合通信、月球/火星漫游者系列超宽带定位系统、UWB?RFID等技术的研究，取得了很多成果[2]。目前对星载微波与激光链路混合通信系统的研究使微波光子技术在未来卫星通信中呈现出很大的优势与潜力，而光波段广阔的频谱几乎没有带

宽限制，不仅可提供THz大容量通信，而且电磁干扰小，重量轻，是超宽带概念的扩展，有着良好的发展前景[3]。 1 超宽带微波滤波器关键问题和传统滤波器一样，超宽带滤波器用来去除带外信号及噪声，在某些UWB 系统接收端承担着天线与放大器之间的匹配作用。由于UWB系统的脉冲信号产生和消失时间非常短暂，一个符合FCC规范的超宽带滤波器必须要在110%的带宽内具有较小并平坦的群时延特性和较远的寄生通带。因为频带低端大部分已被其他通信系统占用，所以滤波器同时要对频带低端有良好的抑制。有一些超宽带滤波器还要考虑通带内其他通信系统，如GPS，3G，4G，X波段卫星通信的干扰。另外为了适应微波集成电路小型化的要求，滤波器要体积小，结构紧凑，便于集成与互联。这些都对超宽带滤波器的设计与实现提出了很大的挑战。超宽带(UWB)无线电技术在 2002 年以后得到了广泛的关注和深入的研究，其中 UWB 带通滤波器是 UWB 系统中关键的无源器件。UWB 带通滤波器的通带必须覆盖 3.1~10.6GHz，这是美国联邦通信委员会认定的商用 UWB 频率范围[1]。在整个UWB 频段范围内，由于已经存在各种窄带无线通信信号，而这些无线通信信号会严重干扰UWB 系统，例如，无限局域网系统(5.8GHz)。因此，为了保证 UWB 系统正常工作，迫切需要具有陷波特性的 UWB 带通滤波器。 2 超宽带滤波器设计方法（略）统窄带滤波器带宽一般都在1%左右，其综合方法将滤波器参数都确定在中心频率附近，而且频率变换过程中进行了一些窄带近似，因而综合中所用到的计算公式只适合于精确设计窄带或者中等带宽的滤波器。如果用这些窄带滤波器的设计公式来设计超宽带滤波器将会造成很大的误差[4]。以往超宽带滤波器的设计多基于优化算法，设计结构主要采用微带线或耦合线，结构单一，计算量大，时间成本高，这就要求用新的思路来综合超宽带滤波器的设计。 2.1多模谐振器法

微波法测量液体介电常数

论文题目：微波法测量液体介电常数学院：物理学院姓名：张锦华年级：2010级学号：1221410042

液体介电常数的微波测量一、实验原理在微波频率范围测量介质材料特性的方法有波导法、谐振腔法和空间波法.其中波导法也称为驻波法或测量线法，较为简便，本实验采用波导反射法测量液体介电常数。实验装置如图所示：若介质1是空气，其电容率是01εε=(0ε为真空值)，介质2是被测液体，其电容率是2ε，则液体的介电常数 1202//εεεεε== (1) 电磁波在这两种介质的无限空间中传输速度分别为 0 111 με= v 0 221 με= v (2) 由(2)式求得1ε和2ε代入(1)式得 221)/(v v =ε （3）将f v 11λ=、f v 22λ=和11/2λπ=k 、22/2λπ=k 代入（3）式中得到 2 1 2)(k k =ε （4） 1λ、2λ和1k 、2k 分别为电磁波在两种介质的无限空间中的波长和相应的传输波数，f 为频率。

若电磁波在空气和液体界面之间垂直入射反射系数为 2121//k k k k E E r i r +-== （5） r E 和i E 分别是反射波和入射波的振幅。电压驻波比为 ()()r r -+=11ρ （6）对波导传输，波导中的k 值分别为g k 1和g k 2，且我们的情形有g g k k 12>于是 (5)式便成 ()() g g g g k k k k r 1212+-= （7）利用无限空间和波导内传播系数之间的关系 22121c g k k k +=和2 2222c g k k k += （8） c c k λπ/2=，c λ为截止波长，a c 2=λ（a 为波导内径的宽边长)。将(7)式代入（6）式得到 g g k k 12=ρ （9）将(8)式代入（4)式，利用(9)的关系整理得到 ()() 2 12 2 111g c g c λλρλλε++= （10）由(10)式可见，只要测得ρ和g 1λ即可求得ε。在测量中发现随着波导插入液体的深度不同，ρ值有些起伏。为此需要在几个不同深度(最小深度为5mm)下进行测量，测量晶体检波率做驻波曲线，对ρ取平均；采用交叉读法测量g 1λ值。测量频率f ，计算出凡g 1λ，将测量值与计算值进行比较。二、实验数据处理样品1：乙二醇第一次第二次第三次 max I （A μ） 98.00 90.00 94.00 min I （A μ） 8.00 9.00 10.00 ρ 3.50 3.16 3.07 24.3=ρ

弯曲波导结构设计

实验三：弯曲波导结构设计一、实验目的： 1、掌握弯曲波导的结构、工作原理 2、了解弯曲波导的分析方法及其仿真技术二、实验原理：在以玻璃为代表的透明介质衬底的表面上，附着上折射率比衬底略高、厚度可以与光波长相比较的薄膜，光就会被封闭于这种高折射率的薄膜层内构成波导。在二维光波导的情况下，只有沿厚度方向对光是封闭的，因此波导中的光可以沿表面自由传播。这么一来光就有可能因为衍射而被全部散失掉。但是，实际上利用光波导组成光调制器和光开关的时候，光沿表面方向也必须是封闭的，光波的分路、弯曲、耦合等也必须都能够控制，这就是三维光波导。作为变换光路用的三维光波导器件，弯曲波导占据重要地位。其中，弯曲半径R 越小，传输距离越短，越容易产生光路变换。但是弯曲波导的损耗随着弯曲半径R 的减小而增加。图1表示弯曲部分的导模场分布。在弯曲波导中，为了使光波在传输过程中，其波面不被破坏，弯曲部分外侧波导光的相速度必须大于内侧波导光的相速度。因此，在弯曲外侧所看到的光波中，在c r r ≥部分的相速度会超过光速。这就意味着在c r r ≥部分的光波在半径方向上存在着辐射损耗。当设计弯曲波导时，正确评估这部分辐射损耗至关重要。假定在弯曲部分伴随着辐射而造成的波导光衰减常数为a ，在1<

再者，由图1可知，弯曲部分导模场分布偏向拐弯的外侧，该现象被称之为边缘模，这种场分布现象与波导的直线部分的场分布是不同的。由此而产生了弯曲部分入口处的场分布不匹配，入射光的部分功率辐射进衬底，这种损耗叫做模变换损耗，它与辐射损耗一起构成了决定弯曲波导损耗的主要原因。三、实验内容：利用OptiBPM6.0设计一个弯曲波导并观察并分析相关结果。四、实验方法： 1、创建材料库：材料库参数： Materials－Dielectric1： Name: cladding 2D Isotropic Refractive ：1.442 3D Isotropic Refractive ：1.442 Name: guide 2D Isotropic Refractive ：1.45 3D Isotropic Refractive ：1.45 Profiles－Channel： Name: channel 2D Profile definition material: guide

矩形波导的设计介绍

矩形波导模式和场结构分析第一章绪论 1.1选题背景及意义矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导，是截面形状为矩形的长方形的金属管。若将同轴线的内导线抽走，则在一定条件下，由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量，这就是矩形波导。矩波导加工方便，具有损耗小和双极化特性，常用于要求双极化模的天线的馈线中，也广泛用作各种谐振腔、波长计，是一种较常用的规则金属波导。矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。其中主要有三种常用模式，分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。在不同工作模式下，截止波长、传输特性以及场分布不尽相同，同时，各种工作模式的用途也不相同。导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态，可以通过电力线的疏密来表示场得强与弱。本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性，着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常用模式，并利用MATLAB 和三维高频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。 1.2国内外研究概况及发展趋势由于电磁场是以场的形态存在的物质，具有独特的研究方法，采取重叠的研究方法是其重要的特点，即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证，才可以认为是获得了正确可信的结论。时域有限差分法就是实现直接对电磁工程问题进行计算机模拟的基本方法。在近年的研究电磁问题中，许多学者对时域脉冲源的传播和响应进行了大量的研究，主要是描述物体在瞬态电磁源作用下的理论。另外，对于物体的电特性，理论上具有几乎所有的频率成分，但实际上，只有有限的频带内的频率成分在区主要作用。英国物理学家汤姆逊(电子的发现者) 在1893 年发表了一本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩金属壁管子(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预言波长可与矩柱直径相比拟, 这就是微波。他预言的矩波导传输, 直到1936 年才实现。汤姆逊成为历史上第一位预言波导的科学家。这证明科学预言可以大大早于技术的发展, 同时也表明了应用数学的威力。英国物理学家瑞利在1897 年发表了论文, 讨论矩形截面和矩形截面“空柱”中的电磁振动, 它们对应后来的矩形波导和矩波导, 并引进了

闭腔谐振法测试微波介质陶瓷介电参数.

收稿日期:2003212208. 作者简介:周东祥(19412),男,教授;武汉,华中科技大学电子科学与技术系(430074). E 2mail :Zhou -Dx @https://www.wendangku.net/doc/039476967.html, 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(2001AA325110);湖北省科技攻关计划资助项目(2002AA101C01). 闭腔谐振法测试微波介质陶瓷介电参数周东祥　胡明哲　姜胜林　龚树萍 (华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074) 摘要:研究用闭腔谐振法测量微波介质陶瓷介电参数的方法,采用TE 01δ模,开波导法研究了闭腔谐振器的谐振频率和导体的表面损耗,并由此计算了材料的微波介电常数、微波介电损耗,研究了谐振频率、介电损耗随体系结构参数的变化.研究证明开波导法的采用和此计算模型对体系谐振频率的计算误差小于5%.低损耗介质基片的采用不但可降低体系的谐振频率,还可有效提高金属板的品质因子,减小测量误差.关　键　词:闭腔;介电参数;TE 01δ模;介质谐振器中图分类号:TB973 文献标识码:A 文章编号:167124512(2004)0820050204 Microw ave measurement of dielectric properties of ceramics by the closed cavity resonator method Zhou Dongxiang Hu M i ngz he Jiang S hengli n Gong S hupi ng Abstract :Microwave measurement of dielectric properties of ceramics by the closed cavity resonator method was discussed.By working in TE 01δmode ,the resonant frequencies and the conductor surface loss were studied using DWM theory.Based on the analysis ,the microwave dielectric constant and dielectric loss of the material were calculated.The relationships among the resonant frequency ,dielectric loss and the struc 2ture of the cavity were studied.The results were verified by comparing with other experiments ,and a total error with less than 5%was achieved.With the low 2loss dielectric substrate being presented ,the resonant frequency of the system was suppressed while the Q value of the conductor increased.K ey w ords :closed cavity ;dielectric properties ;TE 01δmode ;dielectric resonator Zhou Dongxiang Prof.;Dept.of Electronics Sci.&Tech.,Huazhong Univ.of Sci.&Tech.,Wuhan 430074,China. 随着多种低损耗、高介电常数、高温度稳定性的微波介质陶瓷材料的发展,微波介质陶瓷介电参数的测量成为材料性能评价及器件设计中的重要环节.目前的介质测试通常采用介质谐振法,它又可分为开式腔法[1]和闭式腔法[2],其中由于闭式腔法不但可有效防止电磁能的辐射,提高无载品质因数,而且可为谐振频率温度系数的测试带来方便.因而本研究采用了介质体在屏蔽腔中谐振的方法来测量低损耗、高介电常数材料的复介电常数.其中高介电常数材料放置于低损耗、低介电常数的聚四氟乙烯基片上,使得电磁场在介质试样内为传输模式,在试样外的空气介质和基片内为截止模式,这样介质试样外的电磁能可以尽量小,从而使体系有很高的能量填充系数.采用TE 01δ模不但可避免介质试样与基片之间、基片与导电板之间以及上下导电板与侧壁之间的缝隙耦合电容,还可使该体系有较高的无载Q 值. 1　测试原理本研究计算模型为开波导法,它是一种常用的计算介质谐振器的二阶近似方法[3].图1所示为闭腔测试的结构模型图,并作如下几点假设:介质试样各向同性;介质垫片无损耗;整个器件工作第32卷第8期华　中　科　技　大　学　学　报(自然科学版) Vol.32　No.82004年　8月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech.(Nature Science Edition ) Aug.　2004

光学涡旋场的产生方法_衍射特性及其应用研究_

单位长度上光束的角动量和能量的比率为： ()z z z rdrd J l l W hv c rdrd θγγωθ××++===×∫∫∫∫ r E B E B (2-34) 其中**22() ()i αβαβγαβ?=+。由以上的证明我们得出以下重要的结论：在近轴传播情况下，具有螺旋波前的偏振光场其光子角动量分为两部分，一部分为轨道角动量，等于l ，这是来源于光场的螺旋波前结构，与光波的偏振态无关；一部分为自旋角动量，等于γ ，这来源于光波的偏振态。对于任意偏振光在近轴近似情况下轨道角动量和自旋角动量是分离的，大小分别为l 和γ 。当0,1γ=±时，分别对应线偏振、左右旋圆偏振光。显然1γ≤，表明光子的自旋角动量最大为，即在所有的偏振态中，圆偏振光的光子自旋角动量最大。事实上，对于任意的偏振态都可以表示为左右旋圆偏振态的叠加。假设一个线偏振光，它可以表示为11111022i i ???????=+??????，即左旋偏振态和右旋偏振态的叠加。对于椭圆偏振光也是如此，有1112i i a a αβ???????=+??????，其中12a a α=+， 12()a a i β=?；则此偏振态的自旋角动量可以表示为 22122212a a a a γ?=+ ，由此证明了上式的普遍适用性。在这儿，我们不再分析非近轴情况。 §2.3 产生光学涡漩的方法光学涡旋作为一种特殊的光场，具有许多新颖的特性：具有螺旋波前，中心处存在相位奇点，具有暗中空结构等。这种结构的光束近年来已经在众多领域得到广泛的研究和应用；而所有的应用都有赖于能够产生高质量的光学涡旋场。在研究光学涡旋初期，科学家并不能任意产生光学涡旋。经过科学家多年的不懈努力，光学涡旋已经可以通过多种不同的方法产生，在形状和排列上也可以控制。常见的方法有以下几种：几何模式转换法[57,60]，全息图法[61-63]，螺旋相位板法[4,64]，中空波导法[67,68]，旋转镜面光学参量振荡器法[69]等。另外，通过特殊设计的激光器[70-72]也能直接输出具有螺旋模式的激光束。下面介绍几

电磁场与电磁波-- 规则金属波导

第4章规则金属波导微波传输线是用来传输微波信号和微波能量的传输线。微波传输线的种类很多，比较常用的有平行双线、矩形波导、圆波导、同轴线、带状线和微带线等。导波系统中的电磁波按纵向场分量的有无，可分为以下三种波型(或模)： (1) 横磁波(TM 波)，又称电波(E 波)：0,0≠=z z E H (2) 横电波(TE 波)，又称磁波(H 波)：0,0≠=z z H E (3) 横电磁波(TEM 波)：0,0==z z H E 其中横电磁波只存在于多导体系统中，而横磁波和横电波一般存在于单导体系统中，它们是色散波。 4-1电磁场理论基础一、导波概念: 1、思想（1）导波思想：（2）广义传输线思想：（3）本征模思想

2、方法：波导应该采用具体措施（1）坐标匹配（2）分离变量法（3）边界确定常数二、导行波的概念及一般传输特性 1、导行波的概念 1）导行系统：用以约束或引导电磁波能量定向传输的结构。其主要功能有二： (1)无辐射损耗地引导电磁波沿其轴向行进而将能量从一处传输至另一处，称这为馈线； (2)设计构成各种微波电路元件，如滤波器、阻抗变换器、定向耦合器等。导行系统分类：按其上的导行波分为三类： (1)TEM或准TEM传输线， (2)封闭金属波导， (3)表面波波导（或称开波导）。如书上图1.4-1 2）规则导行系统：无限长的笔直导行系统，其截面形状和尺寸，媒质分布情况，结构材料及边界条件沿轴向均不变化。

3）导行波的概念能量的全部或绝大部分受导行系统的导体或介质的边界约束，在有限横截面内沿确定方向（一般为轴向）传输的电磁波。简单地说就是沿导行系统定向传输的电磁场波，简称为“导波”。由传输线所引导的，能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型：（1）横电磁波（TEM 波）：（Transverse Electronic and magnetic Wave ）各种传输线使电磁能量约束或限制在导体之间空间沿其轴向传播，其导行波是横电磁（TEM ）波或准TEM 波。 TEM 波的特征是：电场E 和磁场H 均无纵向分量，亦即：0 , 0==z z H E 。电场E 和磁场H ，都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以，这种波是无法在封闭金属波导中传播的, 只能在导体之间的空间沿其轴向传播。（2）横电（TE ）波和横磁（TM ）波封闭金属波导使电磁能量完全限制在金属管内沿轴向传播，其导行波是横电（TE ）波和横磁（TM ）波。（a ）横电波（TE 波）： TE 波即是横电波或称为“磁波”（H 波），其特征是0=z E ,而0≠z H 。亦即：电场E 是纯横向的，而磁场H 则具有纵向分量。（b ）横磁波（TM 波）： TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波)，其特征是0=z H ，而0≠z E 。亦即：磁场H 是纯横向的，而电场E 则具有纵向分量。（3）表面波开波导使电磁波能量约束在波导结构的周围（波导内和波导表面附近）沿轴向传播，其导行波是表面波。 3）导模导行波的模式，是能够沿导行系统独立存在的场型。其特点是：① 在导行系统横截面上的电磁场呈驻波分布，且是完全确定的。这一分布与频率无关，并与横截面在导行系统上的位置无关； ② 导模是离散的，具有离散谱；当工作频率一定时，每个导模具有唯一

平板波导理论

第一章平板波导的射线理论光束在介质中传输时，由于介质的吸收和散射而引起损耗，由于绕射而引起发散，这些情况都会导致光束中心部分的强度不断地衰减。因此，有必要设计制作某种器件，它能够引导光束的传播，从而使光束的能量在横的方向上受到限制，并使损耗和噪声降到最小，这种器件通常称为光波导，简称波导。结构最简单的波导是由三层均匀介质组成的，中间的介质层称为波导层或芯层，芯两侧的介质层称为包层。芯层的介电常数比芯两侧包层的介电常数稍高，使得光束能够集中在芯层中传输，因而起到导波的作用。这种波导的介电常数分布是陡变的，也称为阶梯变化的，常称这种波导为平板波导。对光波导特性的分析，应用两种理论，即射线光学理论和波动光学理论。射线光学理论的优点是对平板波导的分析过程简单直观，对某些物理概念能给出直观的物理意义，容易理解。缺点是对于结构复杂的多层波导射线光学理论不便于应用，或只能得出粗糙的结果。一般而言，若想全面、正确地分析各种结构的光波导的模式特性，还必须采用波动理论。光射线，简称射线或光线，可以这样理解：一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线。它的方向沿着光能流的方向。光线与光束是不同的，光线是无限细的，光束则有一定的尺寸。光线在均匀介质中的传输轨迹是一条直线，在非均匀介质中的传输轨迹是一条曲直线。用射线去代表光能量传输路线的方法称为射线光学。射线光学是忽略光波长的光学，亦即射线理论是光波长趋于零的波动理论。本章将应用射线光学的基本理论对三层平板波导加以分析，目的是对波导的导波原理和与之相关的某些物理概念为读者给出直观的物理意义和清晰的理解，并为以后运用波动光学理论分析各种结构光波导的模式特性打好基础。 1.1 模式类型我们把波导中所能传输的电磁场型称为波导的模式，在平板波导中存在两种基本模

矩形波导场结构的仿真

矩形波导场结构的仿真一、实验目的： 1.加深学生对矩形波导中电磁场分布的理解； 2.加深学生对矩形波导工作模式与相关参数的理解； 3.提高学生的软件仿真能力。二、实验原理设金属波导的尺寸为a ×b ，传输TE mn 波时电磁场分量为：在截止波长时，相关参数分别为工作波长波相位三、实验内容及步骤通过MATLAB 计算并绘制出任意时刻金属矩形波导内TEmn 模的电磁场分布图： 1.根据给定波导尺寸和工作频率计算出相关参数； 2.根据一定的绘图精度确定电磁场的坐标点，并计算电场、磁场分量； 3.分别绘制出电场和磁场场分量的分布图，将电场分布图叠加于磁场分布图上。四、实验要求波导尺寸、工作频率，工作模式及精度由输入确定。五、实验报告 ? 1.按照要求完成相关仿真，给出流程图和程序； ? 2.对主要语句做中文注释； ? 3.给出仿真的场分布图。程序清单如下： clear; a=input('尺寸宽边'); %矩形波导尺寸a b=input('尺寸窄边'); %矩形波导尺寸b m=input('m'); %TEMmn 模工作模式设定 n=input('n'); )cos()cos()cos() sin()sin()cos()()sin()cos()sin()(0 )sin()cos()sin()() sin()sin()cos()(222 2z t b y n a x m H H z t b y n a x m H b n k H z t b y n a x m H a m k H E z t b y n a x m H a m k E z t b y n a x m H b n k E m z m c y m c x z m c y m c x βωππβωπππββωπππββωπππωμβωπππωμ-=--=--==-=--=2 2)()(2b n a m c += λg c g λπβλλλ λ2)(12 =-=

耦合波导理论

第二章线性电光效应的耦合波理论 2001年，She 等人提出一种全新的理论，它从麦克斯韦方程出发，考虑二阶非线性极化强度(也就是只考虑线性电光效应)，忽略其余高阶极化强度，推出关于线性电光效应的耦合波方程，得到在电场作用下的晶体中光的两个独立电场分量的解析解。这种方法，可运用于研究光在任意一个方向的电场作用下沿任意方向传播的各种线性电光效应的情况，并且不单可以用于研究光的振幅调制，也可以容易去解决光的相位调制问题。另外对于给定的一个晶体(点群)，能根据需要利用该理论进行优化设计。这全新的耦合波理论相对折射率椭球理论来说，它的物理图象清晰，得到的结果是解析解，不用再作任何数学变换。我们不单可以方便地进行优化设计，而且也可用于电光调制器等电光器件性能的分析。它的出现拓展电光材料的选择范围和优化调制器的调制方式，从而引起了电光效应研究领域内新一轮的探索。 2.1 理论推导波在介质中传播时，能够通过介质内的非线性极化而相互作用将导致形形色色的非线性光学现象，如高次谐波、参量转换、受激散射等等。电光效应就是其中的一种非线性光学现象。电(波)与光(波)的互作用，实质上又可以看作是几个处于不同波段的电磁波在非线性介质中的波耦合过程，因此可以象非线性光学那样，通过求解耦合波方程来获得电光作用的有关知识。对于普克尔效应，是入射波为光+)(ω电波)(m ω产生一个输出光波)(m ωω+的三波耦合过程。对于电光效应，它涉及到的是光与物质的相互作用，光是由麦克斯韦方程或场方程描述，物质体系是由光学布洛方程描述。于是我们采用类似非线性光学方法，首先给出相应的非线性极化强度，把电场所感生的附加极化矢量当成一个微扰量P ?，再将它视为新的极化光源引入麦克斯韦波动方程，通过整理最后可得到相应的耦合波方程。线性电光效应耦合波理论就是以麦克斯韦波动方程为基础和出发点推导出来的。我们可以由麦克斯韦方程组和物质方程推导出：

波导理论3

《半导体激光模式理论》习题作业及其解答 (C.Z.Guo, LT-II-Ex.doc, 20 Sept. 2006) 习题作业一 Ex.1-1(a ) 分别对平面波的八个特点进行解析证明(20%)。(b ) 何谓三层平板波导及其电磁模型？何谓导波模式、辐射模式，衬底模式、空气模式、馈入模式、及其各自的特点(15%)？(c ) 精确而详尽地比较平面波和导波模式的异同(15%)。 [解答] (a ) 平面波的波函数为：()()0,0,cos ,==-=z y r z x E E z t Ae t z E i βωβ(1.1-11g ) 0,c o s ,01 220=??? ? ??+-+= =-z r i r z i r y x H tg z t e A H H i βββωββω μβ (1.1-11h ) 由：0 00 0022,022,2 πλπν ωλ π λπ βα βc n n k k k r i == >= = =- =-= (1.1-11f,d,e ) (i),(ii),(iii),(viii) 是对于光频电极化过程的阻尼系数 γ 足够大的各向同性均匀介质才成立。[注] 在郭长志的《半导体激光模式理论》第一章 §3.2中对此有详细讨论如下： §3.2 介质极化及其色散的电子论介质的电极化过程及其频率关系的微观理论应该建立在全量子理论(Full quantum theory ) (即对原子系统和电磁辐射都作量子化处理)的基础上，但是洛伦兹(Lorentz )电子论可以提供一个比较形象而且近似正确的全经典模型(Full classical theory ) (即对原子系统和电磁辐射都作经典的处理)。也就是说，在线性光学范畴内，可以认为介质中的每个电子都是由简谐恢复力(Harmonic restoring force ) m e ω02r 维持在其平衡位置上，m e 是电子的质量或有效质量，ω0为其本征圆频率。在与电磁辐射相互作用的过程中，每个电子在电磁辐射中的电场E 作用下，按牛顿运动方程运动： E q dt r d m r m dt r d m e e e e ---=γω22 022 (1.3-3a ) 其中2γm e d r /dt 是与其它原子碰撞造成的阻尼力(Damping force )。由于原子的大小或电子运动范围比所涉电磁波的波长小得多，由(1.2-2)得： ()() t i t i e E e y x E E z ωβω0~ ,≈=- (1.3-3b ) 其中E 0为常量。因而(1.3-3a )简化为二阶常系数微分方程：