波导传输损耗22页PPT

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

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

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。

概况一
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01
概况二
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02
概况三
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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

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。

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
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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。

• 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。
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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
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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
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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。
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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
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（1）准平坦地形大城市市区的中值场强随距离的衰减 特性

x
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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
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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
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
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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

3.83171
5.13562
6.38016
2
5.52008
7.01559
8.41724
9.76102
3
8.65373 10.17347 11.61984 13.01520
4
11.79153 12.32369 14.79596 16.22347
5
14.930692 16.47063 17.95982 14.40942
1.3.1 光纤 主要考虑光纤4个主要的传输特性：损耗、 色散、非线性、双折射。
1.3.2 光源和光发送端机 LD、光源调制技术、光端机。
1.3.3 光检测器和光接收端机 1.3.4 光电集成和光集成技术
精选ppt 4
电磁场理论基础
§2.1 电磁场基本方程
H J D t
E B t
B 0 D
绪论
§1.1 单模光纤损耗谱示意图
精选ppt 1
§1.2 光纤网络的巨大传输带宽
通常认为带宽是载波频率的10%左右，以目 前光纤中传输的1.55µm光波为例,载波频率为:
f c1.535 110086200THz
带宽大约为20THz, 当然这只是说光纤有这么 大的带宽容量，实际上已经利用了多少带宽 是另一回事。例如1.6Tbit/s光纤链路大约可以 传输1930万路语音信道。
§5.2 阶跃光纤的严格解---矢量模解
可以用射线理论和本地平面波理论解释，TE模和TM模由光纤中传播的子午 光线形成，混合模HE模和EH模则由偏斜光线形成，进一步，由于水平偏振 的子午光线形成TE模，而垂直偏振的子午光线则形成TM模。这是因为子午 光线的路径是平面折线，它们在分界面上反射时，横向场分量不改变方向。 这种情形见下图。偏斜光线的路径时空间折线，纤芯包层分界面上的不同反 射点的法线方向不相同，所以不管光线的初始偏振状态如何，都有可能产生 z方向的电场和磁场，故偏斜光线只能形成光纤中的混合模。

表 各国的微波辐射卫生标准
国家
中国
美国
前苏联
最高允许功率密度(8小 时/日)
38 W/ cm2
10 mW/ cm2
10 W/ cm2
美国和前苏联的标准差别高达 1000 倍。前者主要是根据微波
的热效应的影响制定的，而后者则考虑了微波的非热生物效应，
特别是它对人体神经系统的影响PPT。学习交流
11
三 微波的发展和应用
军事应用：目标 检测、监视、目 标确认、绘图等
天文学应用：行星绘图、银
河星系射电噪声目标的测绘、
太阳辐射测绘、宇宙黑体辐
射的测量等。
PPT学习交流
4
三 微波的发展和应用
▪ 微波能源
加热
处理 (快速均匀)
消毒 (杀虫灭菌)
PPT学习交流
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三 微波的发展和应用
微波加热是利用含水介质在微波场中高频极化产生介 质热损耗而使介质加热的。由于微波能够透入介质内部， 所以具有加热速度快、加热均匀和具有选择性等优点，而 且也容易实现自动控制。（电饭煲）
两边乘以
jωμ
t× H tj a zE z ①
tazH zaz H zt jE t②
两边作
t× E t j a zH z③
运算
tazE zaz E zt jH t ④
PPT学习交流29ຫໍສະໝຸດ ?(P)E(P)E
PPT学习交流
PRA
30
▪ 电子对抗
主动干扰
电子干扰
抗干扰 其它干扰
所谓电子干扰，就是利用电子手 根据雷达干扰设备和器材能否
段干涉和扰乱敌方通信、指挥、 发射干扰信号，雷达干扰分为有
预警、雷达等电子设备的行动。 源干扰和无源干扰。有源干扰是

• 功率的比值，还可使用dBW作为单位，dBW是以1W作为参考。 • 例如：发射功率Tx为100W，以dBW为单位，Tx是多少？ 答：Tx(dBW)=10log(100W/1W)=10log(100) =20dBW
第19页/共135页
• dBW与dBm之间的换算关系为：
0 dBW = 10log1W = 10log1000 mW= 30 dBm
第29页/共135页
4.5 反射
• 反射的条件：当电波传播中遇到两种不同介质的光滑 界面时，如果界面的尺寸远大于电波的波长时，产生 反射。
• 平面波入射到两种理想电介质的交界面，一部分进入 第二介质（透射），一部分返回原介质（反射），无 能量损耗。
•
若第二介质为理想导体，则仅有反射，无透射，
无损耗；
Pr
(d )
Pr
(d0
)
d0 d
2
,d
d0
d
f
或
Pr
d
dBm
10
log
Pr d0
0.001W
20 log
d0 d
第12页/共135页
（3）在用低增益天线的1GHz 到2GHz 频
段的系统中，参考距离在室内环境选
取
d0
1m
，
而
室
外
选取d0
100
1000m
。
第13页/共135页
✓例题2 求解最大尺寸为1m，工作频率为900MHz的天 线的远场距离。
-----Friis自由空间模型 有无适用条件？
第10页/共135页
✓Friis自由空间模型的适用条件： （Fra1）un远ho场fe预r距测离ddf：f2DD和 2 , Dd为f 天线的最大物理尺寸； 且

如1W=0dBW 10W=10dBW 0.1W= 10dBW
微波工程基础
8
第一章 均匀传输线理论之传输功率、效率与损耗
3.回波损耗和插入损耗 (lossy)

传输线的损耗可分为回波损耗和插入损耗。
回波损耗(return lossy): 入射波功率与反射波功率之比
Lr ( z) 10lg Pin 1 10lg 2 4z 20lg L 2(8.686 z) (dB) Pr L e
????zzjlzjzzzlzjzzaziazu??????????????????eeeeeeeje01112re21422021zpzpzazizuzprzlzt????????inee???传输线上任一点处的传输功率为输入功率传输功率等于入射功率减反射功率第一章均匀传输线理论之?传输功率效率与损耗12422021llltzalp??????ee1202021lltzapp????llll???22221??????ee?传输线长为l始端传输功率和负载吸收功率分别为?传输效率efficiency为结论微波工程基础4?对高频情况下一般有此时有对高频情况下一般有此时有1??l?lll??211122???????结论l??2maxe???当终端负载与传输线匹配时此时传输效率最高其值为?传输效率取决于传输线的长度衰减常数以及传输线终端匹配情况
电压与电流分布
U ( z ) A1ez A2e z A1ez e jz 1 L e 2z e j (L 2 z ) 1 A I ( z) ( A1ez A2e z ) 1 ez e jz 1 L e 2z e j (L 2 z ) Z0 Z0
微波工程基础
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第一章 均匀传输线理论之传输功率、效率与损耗