波导传输损耗22页PPT
合集下载
2020年高中物理竞赛—电磁学B版：第八章 导行电磁波(3-5波导中的能量传输和损耗等)(共45张P
0
dx 2
H b 2
0z
|x0
dy
aH02
akz
2
1
2bH
2 0
l Ht 2 dS
a 0
b 0
H xdxdy
ab 2
akz
2
H
2 z
a cTE10 b
RS
1
2b
2
1
2
a 2a
2a
图 8 - 10矩形波导中TE10模的αc特性曲线
2. 波导中填充介质的损耗引起的衰减常数αd
kz
p
l
( p 1,2,3, )
这表明， 谐振腔的长度必须为半波导波长的整数倍。由此得矩形 波导谐振腔的谐振波数为
k
2 mnp
m
2
n
2
p
2
a b l
这样与矩形波导的模式相对应，矩形谐振腔可以存在无限多个
TEmnp模和TMmnp模，下标m、n、p分别表示沿a、b、l分布的半
驻波数。TEmnp模和TMmnp模的谐振频率为
PL
RS 2
l
| Ht |2 dl
(8 - 85)
式中，Z为传输模的波阻抗，RS为金属材料的表面电阻。将式(8 -
84)和式(8 - 85)代入式(8 - 81)，可得
ac
RS 2z
l| Ht S | Ht
|2 |2
dl dS
(N p / m)
l
Ht
2 dl
2
a 0
(
H
2 x
H
2 z
)
|y
式中E0=ωμaH0/π。将式(8 -74)代入式(8 - 72)，则在行波状态下 TE10模的传输功率为
《波导理论基础》课件
矩形波导的传输损耗主要与波导的尺寸和材料有关，可以 通过优化波导尺寸和材料来降低传输损耗
矩形波导的色散特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以 通过优化波导尺寸和材料来降低色散
矩形波导的模式特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以 通过优化波导尺寸和材料来降低模式耦合。
矩形波导的应用
通信领域：用于传输信号，提高通信质量 雷达系统：用于探测目标，提高雷达性能 电子对抗：用于干扰敌方通信，保护我方通信安全 医疗领域：用于医疗成像，提高诊断准确性
色散补偿：通过调 整波导参数或结构 ，实现色散补偿， 提高信号传输质量
Part Four
矩形波导
矩形波导的结构
矩形波导是一种常见的波导结构，其截面为矩形。 矩形波导的尺寸包括宽度和高度，这两个参数决定了波导的传输特性。 矩形波导的传输模式包括TE模式和TM模式，其中TE模式是横波，TM模式是纵波。 矩形波导的传输特性可以通过计算其传输常数和色散曲线来获得。
圆波导的传输特性
色散特性：与波长、频率、 材料有关
传输损耗：与波长、频率、 材料有关
传输模式：TE和TM模式
模式转换：TE和TM模式之 间的转换
传输效率：与波长、频率、 材料有关
传输稳定性：与波长、频率、 材料有关
圆波导的应用
通信领域：用于传输信号，提 高通信质量
雷达领域：用于探测目标，提 高雷达性能
损耗与波长的关系：波长 越长，损耗越小
损耗与波导尺寸的关系： 波导尺寸越大，损耗越小
损耗与波导材料的关系： 不同材料的损耗不同，如 金属、陶瓷、塑料等
波导的色散特性
色散现象：波导中 不同频率的电磁波 传播速度不同，导 致信号失真
色散类型：色散可 以分为群速度色散 和相速度色散
矩形波导的色散特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以 通过优化波导尺寸和材料来降低色散
矩形波导的模式特性主要与波导的尺寸和材料有关，可以 通过优化波导尺寸和材料来降低模式耦合。
矩形波导的应用
通信领域：用于传输信号，提高通信质量 雷达系统：用于探测目标，提高雷达性能 电子对抗：用于干扰敌方通信，保护我方通信安全 医疗领域：用于医疗成像，提高诊断准确性
色散补偿：通过调 整波导参数或结构 ，实现色散补偿， 提高信号传输质量
Part Four
矩形波导
矩形波导的结构
矩形波导是一种常见的波导结构，其截面为矩形。 矩形波导的尺寸包括宽度和高度，这两个参数决定了波导的传输特性。 矩形波导的传输模式包括TE模式和TM模式，其中TE模式是横波，TM模式是纵波。 矩形波导的传输特性可以通过计算其传输常数和色散曲线来获得。
圆波导的传输特性
色散特性：与波长、频率、 材料有关
传输损耗：与波长、频率、 材料有关
传输模式：TE和TM模式
模式转换：TE和TM模式之 间的转换
传输效率：与波长、频率、 材料有关
传输稳定性：与波长、频率、 材料有关
圆波导的应用
通信领域：用于传输信号，提 高通信质量
雷达领域：用于探测目标，提 高雷达性能
损耗与波长的关系：波长 越长，损耗越小
损耗与波导尺寸的关系： 波导尺寸越大，损耗越小
损耗与波导材料的关系： 不同材料的损耗不同，如 金属、陶瓷、塑料等
波导的色散特性
色散现象：波导中 不同频率的电磁波 传播速度不同，导 致信号失真
色散类型：色散可 以分为群速度色散 和相速度色散
光纤的损耗特性PPT教学课件
第四讲 光纤的损耗特性
主要内容
• 一、损耗的定义 • 二、损耗的种类及其产生原因 • 三、损耗波谱特性
损耗的定义
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增
加，光功率逐渐减小，这种现象即称为
光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表
示：
10 lg Pi
L Po
(单位：dB/km)
• 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
乡村的分布：乡村民居有的集中， 有的分散，大多依山傍水，沿河流、 山麓或公路、铁路分布。
城市的分布：城市是由乡村发展
而来的，在干流与支流汇合处，或 河流入海处，往往形成比较大的城市。
沿河流而建，屋顶坡度大，墙体单薄，门窗 较大。因南方降水量大，气温高。
形成和发展
聚 落
形式
分布
与地理环 境的关系
世界民居
1、城市与乡村的差异表现在 A乡村的道路较城市密集、错综复杂。 B人口的职业构成有较大的差异 C功能差别，乡村功能较为复杂 D人口密度不同，乡村人口稠密 2、下列哪种条件不利于聚落的形成 A水源充足 B交通便利 C自然资源丰富 D崎岖山地
6、读下图，北非的民居的屋顶大多是平顶。
这是为什么？
• 北非气候干旱，屋顶建成平顶还可晾晒农 产品。
7、民居临湖分布的现象相当普遍，在支流与干流汇 合处，或者河流入海处，往往形成比较大的城市。你 能解释这些现象吗？
临河临湖分布，水运交通便利，有利于物资 和人员的集散，容易形成较大城市。
课下搜集有关北极地区因纽特 人的冰屋、我国黄土高原的窑洞、 云南西双版纳地区的傣族竹楼的资 料和图片，试比较它们与当地自然 环境的关系。
主要内容
• 一、损耗的定义 • 二、损耗的种类及其产生原因 • 三、损耗波谱特性
损耗的定义
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增
加，光功率逐渐减小，这种现象即称为
光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表
示：
10 lg Pi
L Po
(单位：dB/km)
• 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
乡村的分布：乡村民居有的集中， 有的分散，大多依山傍水，沿河流、 山麓或公路、铁路分布。
城市的分布：城市是由乡村发展
而来的，在干流与支流汇合处，或 河流入海处，往往形成比较大的城市。
沿河流而建，屋顶坡度大，墙体单薄，门窗 较大。因南方降水量大，气温高。
形成和发展
聚 落
形式
分布
与地理环 境的关系
世界民居
1、城市与乡村的差异表现在 A乡村的道路较城市密集、错综复杂。 B人口的职业构成有较大的差异 C功能差别，乡村功能较为复杂 D人口密度不同，乡村人口稠密 2、下列哪种条件不利于聚落的形成 A水源充足 B交通便利 C自然资源丰富 D崎岖山地
6、读下图，北非的民居的屋顶大多是平顶。
这是为什么？
• 北非气候干旱，屋顶建成平顶还可晾晒农 产品。
7、民居临湖分布的现象相当普遍，在支流与干流汇 合处，或者河流入海处，往往形成比较大的城市。你 能解释这些现象吗？
临河临湖分布，水运交通便利，有利于物资 和人员的集散，容易形成较大城市。
课下搜集有关北极地区因纽特 人的冰屋、我国黄土高原的窑洞、 云南西双版纳地区的傣族竹楼的资 料和图片，试比较它们与当地自然 环境的关系。
第四章 光波导(光纤)传输理论PPT课件
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
光波 ？是高频率的电磁波，其频率 为1014HZ量级，波长为微米量级。 光纤 ？是工作在光频的一种介质波 导，它引导光沿着与轴线平行的方 向传输。 电磁波的频谱图
3
图4.1 电磁波谱图4
可得光纤中导波特征方程：
[n12 1J'm(U)1K'm(W)][1J'm(U)1K'm(W)] n22UJm(U) WKm(W) UJm(U) WKm(W)
m2(11)(n12 11) U2 W2 n22U2 W2
(4.15) 35
对于弱导波光纤n2≈n1 ，则特征方程可简化为：
U 1J J'm m ((U U ))W 1K K 'm m ((W W )) m (U 1 2W 12) (4.16)
25
贝塞尔函数曲线 第二类修正贝塞尔函数曲26 线
2. U、W、V和β作用
（在光纤中引入的几个重要参数）
U叫导波径向（r向）归一化相位常数，它描述 了导波电场和磁场在纤芯横截面上的分布； W叫导波径向（r向）归一化衰减常数，它描述 了导波电场和磁场在包层横截面上的分布； V叫归一化频率，它是表示光波频率大小的无量 纲的量； β为导波沿光纤轴向传输时的相位常数。
(4.4) 24
在纤芯中应为振荡解，故其解取贝塞尔函数；在 包层中应是衰减解，故其解取第二类修正的贝塞 尔函数解。于是R(r)可写为：
R(r)Jm[n21k202]1/2r
R (r)K m [ 2n22k20]1/2r
ra
波导传输功率和损耗
2018/11/21 电磁场理论
b
15
第九章 导行电磁波
Rs f c 2 2 Rs 2 Pl ( z ) 2 ( ) bE0 2 aE0 f 2
2 2 abE0 2 abE0 fc 2 P 1 ( ) 1 ( ) 4 2a 4 f Pl TE10 2P z
y
9-4 波导传输功率和损耗
波导的传输功率 根据波导中电场强度和磁场强度的横向分量，计算出复坡印廷 矢量，将其实部沿波导横截面积分，即可得到波导的传输功率。
1 S Re( E H * ) 2
TM波
S
TM
2 1 2 ez ( Ex E y ) 2ZTM
2 1 2 ez ( Ex E y ) 2ZTE
x
=E0 e
jk ( x cos z sin )
E0e
jk ( x cos z sin )
k1 =ex k cos ez k sin
TE10 波
a
sin k z / k = 1 ( / c ) 2
k2 =-ex k cos ez k sin
RS l
1 z
1 1 x
趋肤深度
l 纵向长度
s
1
π f
s 横截面积
表面电阻率
金属 银 铜 铝 RS
2.52 10 7 2.61 10 7 3.26 10 7 f f f
单位宽度且单位长度波导内壁的损耗功率
PlS J RS
2 S
J s en H
z
1. 电场由两个平面波叠加而成，传播方向是 k1 和 k2 ； 2. 其中的每一个平面波又可以看成一个沿着x(-x)轴和z轴平面 波的叠加； = / 2 该均匀平面波在两个窄壁之间垂直来回反 3. 当 =c时， 射。因此，无法传播而被截止。
b
15
第九章 导行电磁波
Rs f c 2 2 Rs 2 Pl ( z ) 2 ( ) bE0 2 aE0 f 2
2 2 abE0 2 abE0 fc 2 P 1 ( ) 1 ( ) 4 2a 4 f Pl TE10 2P z
y
9-4 波导传输功率和损耗
波导的传输功率 根据波导中电场强度和磁场强度的横向分量，计算出复坡印廷 矢量，将其实部沿波导横截面积分，即可得到波导的传输功率。
1 S Re( E H * ) 2
TM波
S
TM
2 1 2 ez ( Ex E y ) 2ZTM
2 1 2 ez ( Ex E y ) 2ZTE
x
=E0 e
jk ( x cos z sin )
E0e
jk ( x cos z sin )
k1 =ex k cos ez k sin
TE10 波
a
sin k z / k = 1 ( / c ) 2
k2 =-ex k cos ez k sin
RS l
1 z
1 1 x
趋肤深度
l 纵向长度
s
1
π f
s 横截面积
表面电阻率
金属 银 铜 铝 RS
2.52 10 7 2.61 10 7 3.26 10 7 f f f
单位宽度且单位长度波导内壁的损耗功率
PlS J RS
2 S
J s en H
z
1. 电场由两个平面波叠加而成，传播方向是 k1 和 k2 ； 2. 其中的每一个平面波又可以看成一个沿着x(-x)轴和z轴平面 波的叠加； = / 2 该均匀平面波在两个窄壁之间垂直来回反 3. 当 =c时， 射。因此，无法传播而被截止。
波导的传输损耗
2kz H 0 H x ( x, y, z, t ) ( )sin( x a) cos(t k z z 2) 2 kc a
Hz ( x, y, z) 2H0 cos( x a)cos(t kz z)
2018/8/8 电磁场理论
2
第九章 导行电磁波
复习9-3 矩形波导中的TE10波(2) E y ( x, y, z ) E0e jk ( x cos z sin ) E0e jk ( x cos z sin )
2 2 E0 E x 1 x x jkz z 2 0 S ez sin ( ) ex j ( ) sin( ) cos( )e 2ZTE a a 2 a a 2 E0 2 x 能流密度 S Re( S ) ez sin ( ) 2ZTE a
2018/8/8 电磁场理论
x
=E0 e
jk ( x cos z sin )
E0e
jk ( x cos z sin )
k1 =ex k cos ez k sin
TE10 波
a
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
sin k z / k = 1 ( / c ) 2
k2 =-ex k cos ez k sin
例如，对于填充空气的矩形波导 a 10.922[cm] b 5.461[cm]
f 2[GHz ]
3 108 15[cm] 377[] 9 2 10
Eb 3[ MV m]
Pmax 25.9[ MW ]
2018/8/8 电磁场理论
7
第九章 导行电磁波
波导的传输损耗 1. 波导的传输损耗 (1) 波导中填充的介质引起的损耗； (2) 波导壁不是理想导体产生的损耗。
Hz ( x, y, z) 2H0 cos( x a)cos(t kz z)
2018/8/8 电磁场理论
2
第九章 导行电磁波
复习9-3 矩形波导中的TE10波(2) E y ( x, y, z ) E0e jk ( x cos z sin ) E0e jk ( x cos z sin )
2 2 E0 E x 1 x x jkz z 2 0 S ez sin ( ) ex j ( ) sin( ) cos( )e 2ZTE a a 2 a a 2 E0 2 x 能流密度 S Re( S ) ez sin ( ) 2ZTE a
2018/8/8 电磁场理论
x
=E0 e
jk ( x cos z sin )
E0e
jk ( x cos z sin )
k1 =ex k cos ez k sin
TE10 波
a
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
sin k z / k = 1 ( / c ) 2
k2 =-ex k cos ez k sin
例如，对于填充空气的矩形波导 a 10.922[cm] b 5.461[cm]
f 2[GHz ]
3 108 15[cm] 377[] 9 2 10
Eb 3[ MV m]
Pmax 25.9[ MW ]
2018/8/8 电磁场理论
7
第九章 导行电磁波
波导的传输损耗 1. 波导的传输损耗 (1) 波导中填充的介质引起的损耗； (2) 波导壁不是理想导体产生的损耗。
移动通信电波传播的大尺路径损耗特性分析PPT课件
• 郊区：在移动台附近有不太密集的1～2层楼房和稀疏的小树林，包括农村或城 市郊公路网等。
• 市区：在此区域内，有拥挤的两层以上的建筑物或密集的高楼大厦，除此之外 的区域均称为过渡区域。
2021/7/27
14
第14页/共95页
2. 天线有效高度的定义
移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。 基站天线的有效高度：沿通信方向，距发射天线3 ~15km
900 6.5 8 14 18 21 合
2021/7/27
20
第20页/共95页
D：收、发天线之间的距离；
h：地形波动高度。沿通信方向，距接收点10km范围内，
分别有10%和90%的地段超过的高度之差。
基站天线
接收机
10% h
90%
10Km
2021/7/27
21
第21页/共95页
第4节、移动通信场强均值和传输 损耗预测模型
• 如果移动台要在室内使用，在计算传播衰耗 和场强时，需要把建筑物的穿透衰耗也计算 进去，才能保持良好的可通率。
2021/7/27
47
第47页/共95页
g)植被衰耗
• 树木、植被对电波有吸收作用。在传播路 径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅 取决于树木的高度、种类、形状、分布密 度、空气湿度及季节变化，还取决于工作 频率、天线极化、通过树木的路径长度等 多方面因素。
特点：以准平坦地形大城市市区的中值场强或路 径损耗为参考，对其他传播环境和地形条件等因 素分别以校正因子的形式进行修正。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2021/7/27
24
第24页/共95页
（1）准平坦地形大城市市区的中值场强随距离的衰减 特性
• 市区：在此区域内，有拥挤的两层以上的建筑物或密集的高楼大厦，除此之外 的区域均称为过渡区域。
2021/7/27
14
第14页/共95页
2. 天线有效高度的定义
移动台天线的有效高度：天线在当地地面以上的高度。 基站天线的有效高度：沿通信方向，距发射天线3 ~15km
900 6.5 8 14 18 21 合
2021/7/27
20
第20页/共95页
D：收、发天线之间的距离；
h：地形波动高度。沿通信方向，距接收点10km范围内，
分别有10%和90%的地段超过的高度之差。
基站天线
接收机
10% h
90%
10Km
2021/7/27
21
第21页/共95页
第4节、移动通信场强均值和传输 损耗预测模型
• 如果移动台要在室内使用，在计算传播衰耗 和场强时，需要把建筑物的穿透衰耗也计算 进去，才能保持良好的可通率。
2021/7/27
47
第47页/共95页
g)植被衰耗
• 树木、植被对电波有吸收作用。在传播路 径上，由树木、植被引起的附加衰耗不仅 取决于树木的高度、种类、形状、分布密 度、空气湿度及季节变化，还取决于工作 频率、天线极化、通过树木的路径长度等 多方面因素。
特点：以准平坦地形大城市市区的中值场强或路 径损耗为参考，对其他传播环境和地形条件等因 素分别以校正因子的形式进行修正。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2021/7/27
24
第24页/共95页
（1）准平坦地形大城市市区的中值场强随距离的衰减 特性
波导的传输损耗
x
2018/8/8
电磁场理论
6
第九章 导行电磁波
矩形波导TE10传输功率
2 E0 ab P 2ZTE 2
ZTE
1 ( c ) 2
10
(c )TE 2a
2 abE0 2 P 1 ( ) 4 2a
Pmax
2 abEb 2 1 ( ) 4 2a
第九章 导行电磁波
电磁场理论
第9章 导行电磁波 9-4 波导传输功率和损耗
2018/8/8
电磁场与电磁波
1
第九章 导行电磁波
复习9-3 矩形波导中的TE10波(1)
TE10 波电场强度振幅和磁场强度振幅的空间分布
Ey
H ˆ x zH ˆ z xH
Hx
Hz
kz z
2 H0 Ey ( x, y, z, t ) ( )sin( x a) cos(t kz z 2) 2 kc a
TE
10
Rs fc 2 b 1 ( ) f Rs
2b f c 2 [1 ( ) ] a f 2b 2 [1 ( ) ] a c
电磁场理论
TE
10
2 b 1 ( ) c
2018/8/8
16
第九章 导行电磁波
TE
10
Rs fc 2 b 1 ( ) f
H x ( x, y, z) j ( E0 ZTE )sin( x a)e jkz z
波导内壁表面磁场
H x (0, y, z) 0
1 H z ( x, y, z ) ( ) E0 cos( x a)e jkz z a
H x ( x,0, z) H x ( x, b, z) j ( E0 ZTE )sin( x a)e jkz z 1 H z (0, y, z ) H z (a, y, z ) ( ) E0e jk z a 1 H z ( x,0, z ) H z ( x, b, z ) ( ) E0 cos( x a )e jk z a