波导的传输损耗
QV频段波导传输系统电磁损耗研究
QV一、引言在微波领域中，波导是一种重要的传输媒介。
波导的优点在于其低阻抗高品质的特性，提供了高可靠性和高带宽，适用于各种微波通讯和雷达系统。
在过去的几十年中，波导系统得到了广泛的研究和应用，并且已经成为现代通信技术的核心部分之一。
QV 频段波导传输系统作为现代微波技术的一种重要形式，其研究已经吸引了众多学者的关注。
二、QV 频段波导传输系统概述QV 频段波导传输系统是一种高频波导管，其频率处于20 至50GHz 之间。
该波导管主要由金属壳体和介质层组成，可用于传输微波信号和导波信号。
与其他波导系统相比，QV 频段波导传输系统具有传输速度快，低损耗，抗干扰等优点，已经得到了广泛的应用。
但是，由于其频率高，系统的电磁损耗也相应增加，这成为影响QV 频段波导传输系统性能的一个重要因素。
三、QV 频段波导传输系统电磁损耗的影响因素QV 频段波导传输系统的电磁损耗主要受到以下几个因素的影响：1.金属壳体的电阻率和介电损耗QV 频段波导传输系统的金属壳体通常由铜或铝等高导电率材料制成。
由于材料的导电率有限，金属壳体的电磁波衰减与材料的电阻率相关。
此外，金属壳体周围的介质层的介电常数和介电损耗也会影响系统的电磁损耗。
2.器件的干扰和散射QV 频段波导传输系统中的电子器件，如发射器，接收器和各种天线等，它们的干扰和散射也会增加系统的电磁损耗。
3.传输距离和传输介质的影响在QV 频段波导传输系统中，传输距离和介质也会影响电磁波的传输损耗。
电磁波在传输过程中会受到吸收、反射、散射等影响，导致信号衰减。
四、QV 频段波导传输系统电磁损耗的测量方法目前，测量QV 频段波导传输系统电磁损耗的方法主要有两种：1.反射法反射法通常采用TDR 方法进行测量，通过观察电磁波在系统中的传播和反射情况，可以计算出电磁波的传输损耗。
该方法具有测量范围广、操作简便的特点，但是由于不能直接测量电磁损耗，因此需要结合理论计算进行分析。
2.透射法透射法通常采用传输线方法进行测量，在波导系统中引入一段规定长度的传输线，通过测量传输线的电磁波功率差，可以计算出波导系统的电磁损耗。
波导的损耗——精选推荐
波导的损耗O八一科技波导的损耗3l波导的损耗梅飞(零八一总厂高频高能室广元628017)摘要:本文介绍了存在表面损耗和介质损耗时波在波导中传播的损耗.并给出了几种模式下衰减常数的计算,可以方便地估算出波在波导中传播的损耗.关键词:损耗传播常数衰减常数微扰表面阻抗1引言波沿波导传播时,由于制成波导金属的阻抗和波导内填充介质的电导率为有限值,将引起损耗.有了损耗,电磁波的幅度将随电磁波传输距离的增大而减小,传播常数也不再是纯虚数而成为复数,即^y=+jp.这样,就必须引入新的边界条件来决定波导内的损耗.2波导壁损耗波导壁上的损耗,是由于实际电导率8为有限值,电流流过时产生焦耳热所引起的. 当波导壁存在损耗时,波导内的场将随着传播距离z的增大而衰减.此时场量可表示为:E=En.eei'H=H.T0e=H.T0e_i(1)电场和磁场的幅度均按照e的规律衰减.因而传输功率是按照e的规律衰减.衰减的大小用衰减常数来衡量.波沿波导单位长度损耗的功率PL可表示为:PL=P(1一e)D变换所得表达式有:e1一(2)P式中,P是无损耗时沿波导传输的功率.n通常波导中填充空气介质,其损耗极小,故可令《1,将e展开为级数,可得管上,D壁衰减常数的关系式:d一兰(3)2P波沿波导单位长度损耗的功率PI_又可表示为:波导的损耗O八一科技Pl=R.fHt?dl=手fIHtIdl(4)由于建立考虑管壁损耗的波导的严格理论非常困难,所以在求解波导管壁的损耗时,可应用"微扰"的概念.即认为波导管壁的电导率不影响波导管内部的场分布,不影响波导内壁表面上的磁场,它的影响仅是在波导内壁上产生了切向电场(由于波导的电导率较大,这样的假设不会引起显着的损差).zs:(1+j),/=(1+j)Rs(5)P=R.(ExH)=Rs【(exHs)xHs】=RsIHsI(6)P一.}(x)～zdS}(7)将式(4),(7)代人式(3),可得由于金属管壁引起的衰减常数:仅一南篱[1-(料坤……仅一嚣南…一0:南(10嘲～南…)O八一科技波导的损耗33姆砜～南空气同轴线盹Mas蠹11以上式中',设波导中介持为甄67矩形波导TE..模的衰减常数与频率的关系如图1所示: 衰减0.160.120.08O.O4(dB/m)^I——一/一=I——,¨\/.,/一一\\一b一,_一——,f—一一—,一口,//._,.一=l,,一5?10152025f(Gl-lz)图1矩形波导TE.模的衰减常数与频率的关系图(12)(13)从损耗的衰减曲线可以看出:在接近于临界频率时,波导的损耗急剧上升,在离临界频率足够远的情况下,波导中的衰减一般是不大的.3介质损耗引起功率损耗的另一个因素是介质损耗,介质损耗是由于波导内填充介质的电导率为有限值而带来的,考虑介质损耗时,麦克斯韦方程:VxH=jtaeE变为VxH=jtaeE+SjE=jtaeE(1+)(14)J∞8式中6是介质的电导率.由lit.--j'~,计算介质损耗时,可以将无介质损耗时的8改为8(1+)j8式k~2=k2+'y成为:k2=We(1+)+-g即:34波导的损耗O八一科技在微波频段,一般《l,因此上式近似为:,/面(1+)u.J'Os应用无损耗时相位常数满足的关系式:jp=,/:广则可表示为:一jp(1+1):+jp.(15)Zl'O8Z'O8其中,实数代表介质有耗时的衰减常数,==tan8cNp,m:_27.3tan8(dB,m)(16)人g式中.tan8是介质的损耗角正切.对于同轴线,上式中的用介质中的波长入代入,如果同轴线内外导体间介质的相对介电常数为8r,d又可写成:d:27一.3tan8:,/tan8^g^o是电磁波在空气中的波长.4结束语从上面的计算和衰减曲线中知道,当矩形波导尺寸固定时,尺寸b愈小,则电磁波在波导中的损耗愈大;波沿波导传播的功率正比于截面的面积(见方程式6),而管壁中的损耗功率在第一次近似上应正比于横截面的周长,因而损耗的相对量值就随着尺寸b的减小而增加.必须指出.波导并不适合于长距离传输功率而且波导连接一般是硬连接,活动性不强.在实际应用中波导的长度为数米或最大不超过数十米.因此,把短波导作为无损耗的传输线是完全合理的.参考文献M.B.列别捷夫.《超高频技术》.高等教育出版社傅君眉,冯恩信.《高等电磁理论》.西安交通人学出版社陈振国.《微波技术基础与应用》.北京邮电人学出版社作者简介梅飞.男.助理工程师,081电子集团科技公司高频高能室,主要从事雷达天馈线设计工作。
sin 波导 损耗
sin 波导损耗
波导的损耗主要包括以下几个方面：
1. 电阻损耗：波导内壁表面会存在一定的电阻，当电流通过波导时会产生热量，导致能量的损耗。
2. 铺排损耗：波导内部电磁场的能量会透过波导的接口辐射出来，称为铺排损耗。
这是由于波导并非完全封闭的结构，无法完全阻止电磁波的辐射。
3. 弯曲损耗：当波导存在弯曲或弯折时，电磁波无法完全匹配波导的壁面，会产生反射和散射，从而引起损耗。
4. 边界吸收损耗：波导的边界也会对电磁波产生一定的吸收，并将其转化为热能，从而引起能量损耗。
5. 其他损耗：波导的损耗还会受到材料特性、制备精度、表面涂层等因素的影响，同时在高频率和高功率状态下，还会存在耦合和非线性效应引起的损耗。
为了减小波导的损耗，可以采取以下措施：
1. 选择低损耗的材料：波导的材料会对损耗有很大影响，应选择具有低损耗特性的材料。
2. 优化波导结构：合理设计波导的尺寸和形状，以减小铺排损耗和弯曲损耗。
3. 表面涂层处理：在波导内壁进行特殊涂层处理，以减小边界吸收损耗。
4. 提高制备精度：制备过程中要保证波导的精度，减小表面粗糙度和尺寸偏差，以降低损耗。
5. 优化工作条件：合理选择工作频率和功率，避免高频高功率状态下的耦合和非线性引起的损耗。
需要注意的是，波导的损耗是无法完全消除的，只能通过上述措施来减小损耗，以提高波导的传输效率。
分析光学材料的波导光学特性与传输损耗
分析光学材料的波导光学特性与传输损耗光学材料是一类具有特殊光学性质的材料，广泛应用于光通信、激光器、光电器件等领域。
其中，波导光学特性是光学材料中的重要研究方向之一。
波导光学特性是指光在波导中的传输行为，包括传输损耗、模式耦合、色散等。
首先，我们来讨论波导光学材料的传输损耗。
传输损耗是指光在波导中传输过程中的光能损耗。
波导材料的传输损耗主要由两个方面造成，一是材料本身的吸收损耗，二是波导的表面粗糙度引起的散射损耗。
对于材料本身的吸收损耗，可以通过选择低吸收系数的材料来降低。
而对于波导表面的粗糙度引起的散射损耗，则需要通过优化制备工艺来减小。
例如，采用高精度的光刻工艺可以制备出较为光滑的波导表面，从而降低散射损耗。
其次，我们来讨论波导光学材料的模式耦合特性。
模式耦合是指光在波导之间的传输过程中，不同波导之间的能量转移现象。
在光通信系统中，常常需要将光信号从一根波导传输到另一根波导中，这就需要考虑波导之间的模式耦合。
波导之间的模式耦合可以通过设计合适的耦合结构来实现。
例如，常用的耦合结构有光纤对波导耦合、光栅耦合等。
通过合理设计耦合结构，可以实现高效的模式耦合，提高光信号的传输效率。
最后，我们来讨论波导光学材料的色散特性。
色散是指光在波导中传播过程中，不同波长的光速度不同，导致光信号的扩展和失真。
波导材料的色散特性对于光通信系统的工作性能有重要影响。
一般来说，色散可以分为正常色散和反常色散两种情况。
正常色散是指随着波长的增加，光在波导中的传播速度增加，而反常色散则相反。
为了降低色散对光信号的影响，可以采用折射率分布调制的方法。
通过在波导中引入适当的折射率变化，可以实现对光信号的色散补偿，从而提高光通信系统的传输性能。
综上所述，波导光学材料的波导光学特性与传输损耗是光学材料研究中的重要内容。
传输损耗、模式耦合和色散是波导光学材料中需要重点关注和研究的问题。
通过优化材料选择、制备工艺和设计结构，可以实现低损耗、高效率的波导光学传输。
波导管中电磁波的传输特点
波导管中电磁波的传输特点
波导管是一种用于传输电磁波的物理装置，它具有独特的传输特点，其中最重要的是传输损耗小、占用空间小、安装方便等优点。
由于波导管只能传输某一特定频率的电磁波，因此它具有良好的频率特性，能够抑制其他非特定频率的电磁波，从而提高信号传输的稳定性。
另外，由于波导管的内壁表面反射率较低，因此电磁波在传输过程中可以被有效地吸收，从而达到减少损耗的目的。
此外，波导管还具有阻抗匹配性好的优点，它可以有效地将信号从发射端传输到接收端，而不会受到外界干扰的影响。
波导管具有传输损耗小、占用空间小、安装方便、频率特性好、吸收性强以及阻抗匹配性好等优点，是电磁波传输的理想装置。
共面波导和微带线的典型损耗值
共面波导和微带线的典型损耗值1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述共面波导和微带线的基本定义和特点。
可以参考以下内容进行编写：概述共面波导和微带线是一种常用的高频电路结构，广泛应用于微波通信、雷达系统、天线设计等领域。
它们都是在印刷板上制作的传输线，具有一定的传输功率和频段特性。
共面波导和微带线在高频电路设计中有着重要的地位，对于研究和了解它们的损耗特性具有重要意义。
共面波导是一种以平面导体为信号传输介质的波导结构。
它由两个平面导体板和介质层夹持而成，一般采用导电的金属片作为平面导体，介质层常用玻璃纤维增强聚四氯乙烯（FR-4）、聚酰亚胺（PI）等材料。
共面波导具有传输带宽宽、占用空间小等优点，适用于集成电路封装、高速数据传输等领域。
微带线是一种采用平行板传输线构成的电路结构。
它由导电金属层、基底层和覆盖层组成，其中导电金属层常用铜箔，基底层常用介电材料，覆盖层一般用于保护。
微带线具有结构简单、制作方便等特点，适用于封装紧凑和频率较低的微波电路。
本文将重点讨论共面波导和微带线的典型损耗值。
损耗是指电磁能量在传输过程中的耗失，是一个重要的性能指标。
共面波导和微带线作为传输线路，在传输信号过程中都伴随着一定的能量损耗。
了解和分析它们的典型损耗值，有助于评估传输线的性能和选择适合的应用场景。
本文将首先介绍共面波导的典型损耗值，包括金属导体的电阻损耗、介质材料的介质损耗等；然后，将详细讨论微带线的典型损耗值，包括导电层的电阻损耗、辐射损耗等。
最后，将比较共面波导和微带线的损耗值，并探讨损耗对系统性能的影响。
通过对这两种传输线损耗特性的分析，可以为高频电路设计提供重要的参考和指导。
该概述部分可简要介绍共面波导和微带线的定义、特点以及文章的目的和结构，同时提出研究它们的典型损耗值的重要性。
1.2文章结构文章结构部分内容如下：文章结构部分的主要目的是概述文章的整体结构，以帮助读者更好地理解文章的组织和内容安排。
光波导 传播常数
光波导传播常数光波导是一种用于光信号传输的光纤结构，由光学材料构成。
在光波导中，光信号通过长距离传输，并且能够保持其强度和质量。
传播常数是光波导中的一个重要参数，它描述了光信号在光波导中传播的特性。
光波导中的传播常数通常由两个参数来描述，包括相位常数β和衰减常数α。
相位常数β描述了光信号的相位变化，它决定了光信号传播的速度。
衰减常数α描述了光信号在传播过程中的损失，它决定了光信号的强度变化。
相位常数β的计算可以使用折射率来进行。
在光波导中，折射率是光信号传播速度的关键参数，它决定了光信号在光波导中的传播速度。
一般而言，折射率是介质中光速度的比值，通常表示为n。
在光波导中，可以使用有效折射率来描述光信号在波导中的传播速度。
有效折射率是一种加权平均值，它考虑了波导中的介质分布和光信号的分布情况。
衰减常数α的计算可以使用光波导的损耗来进行。
在光波导中，主要的损耗来源包括吸收损耗、散射损耗和耦合损耗。
吸收损耗是由于光信号被光波导中的材料吸收而产生的，散射损耗是由于光信号被光波导中的微观结构散射而产生的，耦合损耗是由于光信号在波导的输入和输出之间的耦合效应而产生的。
这些损耗可以通过实验测量来获得，从而计算出衰减常数α。
除了相位常数β和衰减常数α，光波导中还有其他一些相关的参数和特性。
例如，波导常数k是相位常数β和波长λ之间的比值，描述了光信号的相位变化程度。
色散常数D描述了光信号在光波导中传播时的色散效应，即不同波长的光信号在传播过程中的传播速度不同。
这些参数和特性对于光波导中的光信号传输和应用具有重要意义，能够提供准确的传输性能和质量保障。
总结起来，光波导中的传播常数是描述光信号在光波导中传播特性的重要参数，包括相位常数β和衰减常数α。
相位常数β描述了光信号的相位变化，衰减常数α描述了光信号在传播过程中的强度变化。
除了传播常数，还有其他一些相关的参数和特性，例如波导常数和色散常数等。
这些参数和特性对于光波导中光信号的传输性能和应用具有重要意义。
波导的传输损耗
PlS
J
2 S
R
S
r Js
ern
r H
r ern H
内壁法线单位矢量 内壁表面磁场
表面电阻率
金属 银 铜 铝
RS
2.52 10 7 f 2.61 10 7 f 3.26 10 7 f
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电磁场理论
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第九章 导行电磁波
矩形波导TE10模的单位长度波导壁的时间平均功率损耗
2 P
由此可得衰减常数的计算公式为
Pl
2P
[Np m]
衰减常数可采用两种单位： 奈培每米（Np/m） 分贝每米（dB/m）
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第九章 导行电磁波
定义电场强度振幅的衰减系数如下
A E E0 ez
两边取自然对数可得
ln(E E0) ( z) α 的单位：Np/m
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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。
2. 对于波导中填充介质产生的损耗，可采用如下等效介电常数
P E02 ab 2ZTE 2
e j
ZTE 1 ( c )2
P abE02 1 ( / c )2 j /
4
结果包括两部分：一部分传输，另一部分就是介质引起的损耗
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第九章 导行电磁波
3. 下面我们主要计算波导壁不是理想导体产生的损耗
(1) 非理想导体波导壁引起的衰减，改变了波导中电场和磁场 分布，严格计算十分复杂。
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Hz ( x, y, z) 2H0 cos( x a)cos(t kz z)
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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
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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 ]
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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。
x
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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
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第九章 导行电磁波
3. 下面我们主要计算波导壁不是理想导体产生的损耗
(1) 非理想导体波导壁引起的衰减，改变了波导中电场和磁场 分布，严格计算十分复杂。
(2) 常用的近似处理方法：采用理想导体波导壁情况下的 电 场和磁场分布 ，另外引入波导壁的有限电导率σ。也就是说 ，非理想导体波导壁对 电场和磁场的扰动可忽略，仅仅引起 电场强度和磁场强度的衰减，从而产生功率损耗。
矩形波导主模TE10传输功率
1 1 * * 复坡印廷矢量 S ( E H )= (ez E y H x ex E y H z* ) 2 2
E ey E y
H ex H x ez H z
Ey ( x, y, z) jE0 sin( x a)e jkz z
H x ( x, y, z) j ( E0 ZTE )sin( x a)e jkz z 1 H z ( x, y, z ) ( ) E0 cos( x a)e jkz z a
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。
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第九章 导行电磁波
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
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电磁场与电磁波
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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波
S
TE
波导的传输功率为 TM波 PTM
s0
S
TM
TE波 PTE
2018/8/8
s0
S TE
2 1 2 ez ds ( Ex E y )ds s 2ZTM 0 2 1 2 ez ds ( Ex E y )ds s 2ZTE 0
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第九章 导行电磁波
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
2. 对于波导中填充介质产生的损耗，可采用如下等效介电常数 2 E0 ab P 2ZTE 2
e j
ZTE
1 ( c ) 2
j /
2 abE02 1 ( / c ) P 4
结果包括两部分：一部分传输，另一部分就是介质引起的损耗
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第九章 导行电磁波
传输功率 P s
0
2 E0 2 x S ez ds sin ( )ds s0 2Z a TE
s0 波导横截面面积
a 2
s0
sin (
2
2
x
a
)dS sin (
2 0 0
b a
x
a
)dxdy b sin (
0
x
a
)dx
1 2 x 1 2 x sin ( ) [1 cos( )] s0 sin ( )dS ab a 2 a 2 a 2 E0 ab P 矩形波导主模TE10传输功率 2ZTE 2 若矩形波导中填充介质的击穿场强为 Eb ，则 TE10 波的最大传输 功率为 Eb2 ab 1 1 Pmax 为安全起见，通常取 P Pmax 2ZTE 2 3 5