电磁波传输损耗
浅议矩形波导中的能量传输与损耗
浅议矩形波导中的能量传输与损耗1 引言随着通信技术的发展，电磁波在日常生活和科学技术中的应用越来越广泛。
对于不同频率电磁波的传输，为了减少损耗，降低成本，提高信号传输质量，导波系统从平行双线、同轴传输线发展到空心波导，制作材料由介质、导体发展到光导纤维。
光纤通信技术的发展给通信领域带来一场革命，它不仅重量轻、频带宽、速度高，而且抗电磁干扰、传输损耗低。
利用波导通信，可以随意观看各地的电视节目，开展可视电话和电视教学；通过互联网，用户在自己家中就可以了解各种信息。
但是在接收信号的时候，有时会发生信号失真，这就需要研究波导中电磁波的传输功率问题，以便在设计波导装置时提高信号传输质量。
本文主要研究矩形波导中电磁波的传播特性，通过坡印廷矢量的瞬时值来分析矩形波导中电磁波的传输功率问题。
2 基本原理矩形波导通常是由金属材料制成的、矩形截面的、内充空气介质的规则金属波导，它是微波技术中最常用的传输系统之一。
由于矩形波导不仅具有结构简单、机械强度大的优点，而且由于它是封闭结构，可以避免外界干扰和辐射损耗；因为它无内导体，所以导体损耗低，而功率容量大。
在目前大中功率的微波系统中常采用矩形波导作为传输线和构成微波元器件。
矩形金属波导中只能存在tm波和te波，下面分别来讨论这两种情况下场的分布。
在直角坐标系中，设角频率为的正弦电磁波沿（+z）方向传播，其电场表达式可表示为：对于正弦电磁波，波动方程为：导波装置中电场和磁场应满足的微分方程：3 矩形波导中的电磁波3.1 tm波选一直角坐标系，矩形波导的形状如图1所示，内壁面为x=0和a，y=0和b，沿z轴传播。
对于tm波，hz=0。
先解出ez：对于随时间和沿z方向的变化规律，可重新在每一场量上引入因子来表示。
对于tm波，m、n中任意一个不能为0，否则场全为0，所以最低波型为tm11。
3.2 te波对于te波，ez=0，各场的场量表示式为：式中（m、n=0，1，2，…），但两者不能同时为0，所以矩形波导中最低阶的te模式是te10或te01波。
电磁波的传播
电磁波的传播电磁波是一种无形的能量，可以在真空中以及各种介质中传播。
它们由电场和磁场的相互作用所产生，如同水波一样传递能量。
电磁波在我们的日常生活中起着重要的作用，例如无线通信、广播电视以及雷达等。
本文将详细探讨电磁波的传播过程。
一、电磁波的基本特性电磁波由特定频率的电场和磁场组成，并以光速传播。
根据电磁波的频率，可以将其分为不同的类型，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
不同类型的电磁波具有不同的特性和应用。
二、电磁波的传播方式电磁波的传播是通过电场和磁场之间的相互作用实现的。
当电场或磁场发生变化时，就会产生电磁波并向周围介质传播。
换句话说，电场的变化会导致磁场的变化，而磁场的变化又会导致电场的变化，两者相互作用形成一个闭合的循环，这一过程被称为电磁波的传播。
三、电磁波在真空中的传播在真空中，电磁波的传播速度为光速，即约为每秒300,000公里。
这种传播速度是宇宙中的极限速度，无法超过或突破。
电磁波在真空中的传播过程中，不需要任何介质来支撑或传导，可以自由地在空间中传播。
四、电磁波在介质中的传播除了真空中的传播，电磁波还可以在各种介质中传播，包括固体、液体和气体。
在介质中传播时，电磁波会与介质中的原子和分子相互作用，导致能量的传递和散射。
不同介质对电磁波的传播会产生不同的影响，如折射、反射、散射等。
五、电磁波的折射和反射当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是由于介质的密度和折射率不同而导致的，使得电磁波的传播方向发生改变。
折射现象在光学中应用广泛，例如透镜和棱镜的工作原理都基于折射现象。
另外，当电磁波遇到介质表面时，可能会发生反射。
反射是指电磁波在撞击介质表面后反弹回原来的介质中。
反射现象实际上是电磁波与介质之间交换能量的结果，其中一部分能量被反射回去，一部分则被吸收或穿透。
六、电磁波的散射除了折射和反射，电磁波还可能发生散射现象。
散射是指电磁波在与介质中的微粒相互作用后改变传播方向。
联通培训知识点(室分+WLAN)
室分培训知识点1、GSM/WCDMA室分系统的设计指标1.1 WCDMA室分系统（1）1.2 GSM室分系统（1）1）一般楼宇覆盖指标：①边缘场强：覆盖目标内的90％区域，手机接收场强应大于-80dBm；②电梯和地下层场强＞-85dBm；③室外、室内切换无掉话，即覆盖建筑物内与建筑物外为不同主导小区时，覆盖建筑内和室外在走出覆盖建筑门口外，和从室外走入覆盖建筑屋门内，能够平滑切换，不可发生切换掉话或无法切换现象；④电梯外——电梯内切换无掉话，保证电梯内外为同一信源为主导信号；⑤质差（误码率等级）95%的点≤3，覆盖后质差不允许出现大于5的情况。
2）重要场所覆盖指标：(如四星级以上的酒店、高级写字楼、高尚住宅、商场、政府机关部门等)①覆盖场强：覆盖目标内的95％区域，手机接收场强应大于-80dBm；②楼梯场强＞－85dBm；③电梯场强＞-82dBm；④室外—室内切换无掉话；⑤电梯外——电梯内切换无掉话；质差（误码率等级）95%的点≤3，质差不允许出现5。
2、边缘场强预测的参考计算方法2.1 GSM1800场强预测按照国家《电磁辐射防护规定》(GB8702-88)、《环境电磁波卫生标准》(GB9175-88) 的规定，设计室内天线的发射功率电平小于15dBm/每载波。
本方案中室内天线最小馈口功率电平为：7F-ANT6/6.68dBm。
建筑物室内传播模式是受限的自由空间传播模式，表达式如下：PL(d)=PL (d0 ) +20log( )+βd + FAF (dB) （1）PL (d0 )=32.4+20 log (d0×0.001)+20 logf (dB)式（1）中d0为参考的近距离，单位m；f为工作频率，单位MHz)；PL(d)——表示路径为d（m）总传输损耗值；PL (d0 )——表示近地参考距离（通常d0=1m）自由空间衰减值；β——表示路径损耗因子（0~1.6dB/m）；（越开阔区域取值越小，实际运用中建议取值0.1~~0.5，建议机场、会议中心等取0.1，酒店，小开间办公楼取0.4，根据实际的密集情况确定。
回波损耗反射系数电压驻波比以及S参数的物理意义
回波损耗反射系数电压驻波比以及S参数的物理意义1.回波损耗：回波损耗（Return loss，RL）是指电磁波从一个端口传输到另一个端口后，被反射回原始端口的损耗。
回波损耗是用来衡量电磁波传输线上的信号反射程度的指标。
回波损耗的单位是分贝（dB）。
较高的回波损耗意味着较小的反射损耗，也说明信号在传输过程中反射较为弱，传输线路的匹配效果较好。
2.反射系数：反射系数（Reflection coefficient，Γ）是指电磁波在传输线上由于不连续介质产生的反射引起的波幅反射比。
它描述了电磁波从一个介质传播到另一个介质时，部分能量被反射回原来的介质的比例。
反射系数的范围是从0到1之间，并且可以表示为复数形式。
当反射系数为0时，说明无反射，即完全匹配；当反射系数为1时，说明全部反射，即完全不匹配。
3.电压驻波比：电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，VSWR）是指在传输线上的电压波动引起的波的最大振幅与最小振幅的比值。
电压驻波比是用来描述传输线上的电压波的反射程度及信号传输质量的指标。
电压驻波比越小，说明传输线的匹配效果越好，信号传输质量越高。
电压驻波比的值范围是从1到无穷大。
4.S参数：S参数（Scattering parameters）是描述多端口网络中电压和电流关系的参数。
S参数可以表示为S矩阵，其中S_ij表示从端口j输入信号后，输出到端口i的比例系数。
S参数提供了对网络中信号的传输和反射特性的很好描述。
在微波领域中，S参数是一种常用的参数表示法，广泛应用于微波传输线、微波器件和微波电路等领域。
通过研究S参数，可以了解传输线上不同端口之间的单向或双向的功率传输、幅度和相位特性等信息。
综上所述，回波损耗反映了信号在传输过程中的反射程度；反射系数描述了信号从一个介质传播到另一个介质时部分能量被反射回原来的介质的比例；电压驻波比用来描述传输线上的电压波的反射程度及信号传输质量；S参数提供了对多端口网络中信号的传输和反射特性的描述。
介质损耗的原理及应用
介质损耗的原理及应用1. 引言介质损耗是电磁波在穿过介质时损失能量的现象。
介质损耗是许多电磁学和材料科学领域中的重要概念，对于理解电磁波的传播和相互作用具有重要意义。
本文将介绍介质损耗的原理及其在实际应用中的重要性。
2. 介质损耗的原理介质损耗是由介质中的各种物理和化学机制引起的电磁波能量损失。
以下是一些常见的介质损耗机制：•电导损耗：电导损耗是由于电磁波在介质中激发自由电荷而损失能量。
在导体中，自由电子的运动导致了大量的电极化和反极化过程，从而引起能量损耗。
电导损耗通常是介质中电导率较高时出现的。
•磁导损耗：磁导损耗是由于磁性物质中磁性颗粒的转移运动而引起的能量损耗。
在交变磁场中，磁性颗粒会由于磁矩的重新定向而损耗能量。
磁导损耗通常是介质中含有磁性物质时出现的。
•介质极化损耗：介质极化损耗是由于介质中极化电荷的运动而引起的能量损耗。
当电磁波通过介质时，介质中的极化电荷会随着电场的变化而运动，从而损耗能量。
介质极化损耗通常与介电性质和介质结构有关。
•杂质和缺陷损耗：杂质和缺陷损耗是由于介质中的杂质和缺陷引起的能量损耗。
这些杂质和缺陷会干扰电磁波的传播，并导致能量损耗。
3. 介质损耗的应用介质损耗在许多领域中具有重要的应用价值。
以下是一些介质损耗应用的例子：•无线通信系统：介质损耗的理解对于无线通信系统的设计和优化至关重要。
了解介质损耗特性可以帮助工程师选择和调整天线、传输介质和信号处理方法，从而提高通信系统的性能。
•微波加热：介质损耗可以被用于微波加热应用。
当介质暴露在微波辐射下时，介质中的分子会因为介质损耗而产生热量。
这个原理被广泛应用于微波炉和工业加热领域。
•电磁波吸收材料：介质损耗可以帮助制造电磁波吸收材料。
通过调整介质的特性，可以实现对特定频率的电磁波的吸收和削弱。
•能量转换和传感器：介质损耗可以被用于能量转换和传感器应用。
通过利用介质损耗产生的热量或其他能量形式，可以将电磁波能量转化为其他形式的能量。
电磁波的传播和频率电磁波的速度和频率的关系
电磁波的传播和频率电磁波的速度和频率的关系电磁波是一种波动现象，它是由电场和磁场相互作用而产生的。
电磁波的传播和频率对于了解电磁波的特性和应用具有重要意义。
本文将探讨电磁波的传播方式以及电磁波的速度与频率之间的关系。
一、电磁波的传播方式电磁波是在真空和介质中传播的，它可以在无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同的频率范围内存在。
根据电磁波的传播方式，可以分为辐射和传导两种类型。
辐射是指电磁波通过空间传播，无需介质支持。
例如，无线电和微波是通过辐射的方式传播的。
辐射传播的特点是传输距离远，传输损耗小。
传导是指电磁波在导电体或介质中传播。
电磁波在导体中传播时，会激发导体内的自由电荷来传输能量。
传导传播的特点是传输距离相对较短，传输损耗较大。
二、电磁波的速度和频率的关系电磁波的速度和频率之间存在一定的关系，这个关系由光速公式给出。
光速公式表达了电磁波的速度、频率和波长之间的关系，可用以下公式表示：v = λf其中，v代表电磁波的速度，λ代表波长，f代表频率。
从这个公式可以看出，电磁波的速度与其频率和波长有关。
根据光速公式，我们可以得出以下结论：1. 当频率增加时，波长减小，电磁波的速度保持不变。
2. 当频率减小时，波长增大，电磁波的速度保持不变。
这表明，电磁波的速度与频率和波长无直接关系，它们之间的变化是相互对应的。
三、频率对电磁波的特性和应用的影响频率是电磁波的一个重要参数，它决定了电磁波的特性和应用。
不同频率的电磁波在自然界和技术应用中具有不同的特点和应用范围。
1. 低频电磁波：低频电磁波包括无线电波和微波，它们的频率较低，波长较长。
这种电磁波能够穿透大气和物体，具有较好的穿透能力和传输距离远的特点。
因此，低频电磁波广泛应用于通信、广播、雷达等领域。
2. 高频电磁波：高频电磁波包括红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线，它们的频率较高，波长较短。
这类电磁波具有更强的能量和更短的波长，能够更好地与物质发生相互作用。
第7讲_波在损耗介质中的传播、色散、群速
分析方法： 导电介质中电导率为有限值， 可用复数介电系数表示
ε j
2
电磁场与电磁波 · 第七讲 波在损耗介质中的传播，色散，群速 · 章献民
有耗介质(导电介质)用复介电系数表示的麦氏方程
对于电导率为的各向同性导体 安培全电流定律的微分形式为
jkz
)e jkz
其中
k [1 j
| | e j
1/ 2 ] kr jki
将复数形式的k、代入E、H表达式
E x0 E0e
E的瞬时值为 z方向传播的速度为
ki z jkr z
e
Ex E0e ki z cos(t kr z )
电磁场与电磁波 · 第七讲 波在损耗介质中的传播，色散，群速 · 章献民
11120010 电磁场与电磁波
波在损耗介质中的传播
章献民
zhangxm@ 2012年3月6日星期二
1
色散，群速
电磁场与电磁波 · 第七讲 波在损耗介质中的传播，色散，群速 · 章献民
有耗介质(导电Biblioteka 质)中的平面波 设传播的信号只含两个频率分量，一个比载波 ������������ 略高，另一个比 ������������ 略低，其瞬
E (t ) E0 cos(c d )t E0 cos(c d )t
此信号沿波导传播z 距离后，两个波的合成为
E ( z, t ) E0 cos[(c d)t (kzc dkz ) z] E0 cos[(c d)t (k zc dk z ) z]
5
电磁场与电磁波 · 第七讲 波在损耗介质中的传播，色散，群速 · 章献民
太赫兹电磁波空气的传输损耗
太赫兹电磁波空气的传输损耗太赫兹电磁波空气的传输损耗与大气特性相关，了解这一点对于深入探讨太赫兹电磁波在通信和传感领域的应用至关重要。
在本文中，我们将从简单的概念开始，逐步深入，详细探讨太赫兹电磁波在空气中的传输损耗，并分析其影响因素和应用前景。
1. 太赫兹电磁波空气传输损耗的基本概念太赫兹电磁波是指频率介于红外光和微波之间的电磁辐射波段，波长范围大约在0.1毫米到1毫米之间。
这一波段的电磁波具有穿透力强、非电离辐射、对生物安全无害等特点，因此在通信、成像、安检等领域具有广阔的应用前景。
然而，正是由于其特殊的频率和波长特性，太赫兹电磁波在空气传输过程中会发生一定程度的传输损耗，限制了其在实际应用中的性能表现。
2. 太赫兹电磁波在空气中的传输特性空气对太赫兹电磁波的传输损耗主要受到频率、大气湿度和气压等因素的影响。
在一般情况下，太赫兹电磁波与大气中的气体和水汽分子发生相互作用，导致能量的逐渐衰减和吸收，从而产生传输损耗。
空气中的气压和温度也会对太赫兹电磁波的传输性能产生一定影响。
在实际应用中需要充分考虑这些因素，以提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性。
3. 影响太赫兹电磁波空气传输损耗的因素太赫兹电磁波在空气传输过程中的损耗主要受到频率、大气湿度、气压和温度等因素的影响。
频率直接影响了太赫兹电磁波与空气分子间的相互作用方式，高频率下太赫兹电磁波更容易被空气吸收。
大气湿度也是一个重要影响因素，水汽能够吸收太赫兹波辐射，特别是在高湿度环境下，传输损耗将更加显著。
气压和温度会影响大气密度和分子振动等参数，从而改变太赫兹电磁波的传输性能。
4. 太赫兹电磁波空气传输损耗的应用前景尽管太赫兹电磁波在空气中存在一定的传输损耗，但其在通信、成像和安检等领域的应用前景依然非常广阔。
通过对太赫兹电磁波的传输损耗进行深入研究和理解，可以有针对性地优化相关设备和技术，提高太赫兹电磁波的传输效率和性能稳定性，从而推动相关领域的发展和应用。
矿井巷道壁粗糙度对电磁波传播损耗的影响
２１ ０ ０年 １ １月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＮＩ ＲＳ ＴＹ ＣＨ ＮＯＬＯＧＹ Ｕ ＶＥ Ｉ ＯＦ ＴＥ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ １ １３ ． １
Ｎ ＯＶ ２ ０ ． ０１
Ｄｏ：０ ３ ６ ／ ｉ ｎ １ ０ ０ ０ ２ １ ． １０ ０ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｓ ． ０ ３５ ６ ． ０ ０ １ ． ３ ． ｓ
中图 分 类 号 ： ＴＮ９ ９４ ＴＤ ５ ２． ； ６５ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ３５ ６ （０ ０ １—７ ５０ １ ０ ０ ０ ２ １ ）１１ ２ ４
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ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｔ ｌｐ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｎ ａ ｅ ｄ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔｏ ｓ ｂ ｔ ｅ ｈ ｏ ｇ ｎ ｓ ｔ ｅ ｕ ｔｏ ｎ ｏ ａ ｒ ｐ ｇ ｔ ｔｅ ｕ ｔ ｒ ｅ ｕ ｅ 。 ｎ ｈ ｅ ａ ｉ ｎ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｏ ｐ ｏ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｔ ｎ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｄ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｓ ｅ ｔｖ ｌ ｒ ｉ ｕ ａ ｅ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｒ ｐ ｇ ｔ ｔ ｅ ｕ ｔｏ ｎ ｈ ｏ ｇ ｎ ｓ ｎ ｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｐ ｃ ｉ ｅ ｙ ａ ｅ ｓｍ ｌ ｔ ｄ ｏ ｅｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ
馈线的行波系数
馈线的行波系数馈线的行波系数是指电磁波在馈线中传播时的衰减和相位变化的特性参数。
它是馈线传输损耗和信号传输稳定性的重要指标，用于衡量馈线的传输特性。
馈线的行波系数通常用γ表示，其定义为：γ = α + jβ其中，α表示电磁波在馈线中的衰减常数，单位为Neper/m，表示单位长度馈线的衰减量；β表示电磁波的相位变化常数，单位为rad/m，表示单位长度馈线的相位延迟量；j表示虚数单位。
衰减常数α描述了电磁波在馈线中的衰减情况。
当α为正值时，表示电磁波在馈线传输过程中逐渐减弱，使得信号强度随传输距离增加而减小；当α为负值时，表示电磁波在馈线传输过程中增强，使得信号强度随传输距离增加而增大。
相位变化常数β描述了电磁波在馈线中的相位延迟情况。
它决定了电磁波在馈线中的传输速度，即频率不变时波长在馈线中的传播长度。
当β为正值时，表示电磁波传输速度较快，波长缩短，频率不变；当β为负值时，表示电磁波传输速度较慢，波长拉长，频率不变。
行波系数γ经常与特性阻抗Z0联系在一起，特性阻抗是指馈线两端不产生反射波时的等效阻抗，通常用于匹配信源或负载的阻抗。
行波系数和特性阻抗之间的关系可以由以下公式表示：γ = √(Z0 * Y0)其中，Y0是特性导纳，与特性阻抗Z0的倒数相关。
通过测量行波系数，可以得到馈线中电磁波的衰减程度和相位延迟量，进而评估馈线传输性能的好坏。
较小的衰减常数和相位变化常数表示较低的传输损耗和较高的传输稳定性，有利于提高信号传输的质量和可靠性。
总之，馈线的行波系数是描述电磁波在馈线中传播特性的重要参量，它涉及到衰减常数和相位变化常数，通过测量行波系数可以评估馈线的传输性能。
驻波系数 和回波损耗
驻波系数和回波损耗
1. 驻波系数：
驻波系数（Standing Wave Ratio，简称SWR）是评估电磁波在一条介质中传导传输特性的一个重要指标，可用来反映一定频带内射频系统进行射频信号传输时，铁芯导线或天线的输入输出关系的匹配状态。
其主要参数是功率回波比（Power Reflection Coefficient，简称PRC），通常也称为驻波比（Standing Wave Ration，简称SWR）。
它的定义是：被测的系统在所测的频带内，发射端的输出功率恒定，而接收端的反射功率（施加到输入端的功率）与输出功率的比值就称为驻波系数。
在数学上，驻波系数可以表示为：
SWR = (|Vin| + |Vout|) / (|Vin|-|Vout|)
其中，Vin为输入端传入功率电压，Vout为反射功率电压。
2. 回波损耗：
回波损耗是指在高频射频系统中，射频信号经过介质折射反射回介质传输，而不能被完全接收，这部分功率经介质耗散损耗，也称为回波损耗。
回波损耗是衡量射频连接器的特性，它可以衡量传输线的损耗，从而可以作为考核射频连接器传输效率，可以确定射频连接器的选择是否正确的一个重要指标。
回波损耗的表示形式通常是以dB的形式表示的，回波损耗的值越小，表明射频连接器的传输效率越高，传输功率被差别小，从而可以获得较好的射频性能。
而回波损耗的大小受传输介质以及射频连接器类型的影响较大，所以，连接器类型的选择也尤其重要。
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
等离子体电磁波传播损耗特性研究
等离子体电磁波传播损耗特性研究摘要：根据合成射流控制下高超声速流场的分布特点，获得合成射流控制下等离子体区的密度分布，研究电磁波在等离子层中的传播损耗特效型。
仿真结果表明，与未施加合成射流驱动器控制下的等离子体相比，在0.1-30GHz的频率范围内，电磁波的传播损耗在7-12GHz范围内，电磁波传播损耗降低2dB以上，表明利用流场控制方法提升等离子体电磁波传播能力具有可行性。
关键词：等离子体，流场控制，合成射流，电磁波传播0引言在等离子体电磁波传播中，影响电磁波传播的主要原因是等离子碰撞频率[1-3]。
在合成射流激励器作用下，喷射出的合成射流对超声速来流的流场分布产生较大影响，主要包括形成流体分离区，形成局部低密度区，而射流的穿透能力实际是形成低密度区的厚度，分离区大小实际是形成低密度区的宽度，这两个参数共同决定了低密度区的大小[4-6]。
因此利用合成射流可以形成局部低密度区，降低等离子体的密度，进而减小等离子碰撞频率，提升电磁波的传播能力。
1等离子体电磁波传播损耗研究为了研究合成射流对电磁场传播性能的影响，首先研究了未施加合成射流的情况下，等离子体区电磁波的传播损耗特性。
本文利用CST软件，基于Drude模型建立等离子体体模型。
根据文献[7-8]，在海拔40km高度，飞行器再入大气层时，等离子体鞘套的厚度大约为60mm，等离子体频率为fp=8.98GHz，因此本文模型大小为80mm×80mm×60mm，如图1-1所示。
又根据Drude模型，等离子密度分布为指数分布，为了简化，将模型分为三层，从下往上依次降低一个数量级，每层厚度的比例为2：1：1。
等离子体的碰撞频率f0=2GHz。
设置顶面为PORT1，底面为PORT2，电磁波从PORT1到PORT2方向传输，通过仿真计算获得两个端口的S21，用以判断电磁波损耗情况。
电磁波的频率设为0.1GHz-30GHz，对其进行仿真，结果如图1-2所示。
驻波比和回波损耗和传输损耗
驻波比和回波损耗和传输损耗1.引言1.1 概述驻波比和回波损耗以及传输损耗是在电子通信和信号传输领域中非常重要的概念和指标。
它们在电路设计、天线设计、无线通信系统和光纤通信系统等许多领域中扮演着不可忽视的角色。
驻波比，即站在某一点上的波的最大幅值与最小幅值的比值，是评估信号传输线路中反射和传输性能的参数。
驻波比的值越接近1，说明信号传输线路的反射较小，传输性能越好；而驻波比的值越大，说明反射越严重，传输性能越差。
因此，准确地控制驻波比的值对于保证信号传输的稳定性和质量至关重要。
回波损耗则是指信号在传输线路上受到反射而损失的信号强度。
回波损耗的大小直接影响着信号传输的质量和稳定性。
反射现象常常会导致信号的干涉和失真，从而对信号的传输产生不利影响。
因此，在设计传输线路时，减小回波损耗是一项重要的任务。
传输损耗指的是信号在传输过程中所受到的总体损耗。
它包括了所有因素导致的信号强度减弱，例如电阻、电容、电感等元件的损耗，以及信号在传输线路上的回波损耗。
传输损耗的大小直接影响着信号的传输距离和传输质量。
因此，在信号传输系统的设计中，需要综合考虑各种因素，最大限度地减小传输损耗，以保证信号的可靠传输。
本文将深入探讨驻波比、回波损耗和传输损耗的概念、定义、影响因素，以及计算方法和减小它们的措施。
通过对这些重要概念的研究，可以帮助读者更好地理解电子通信和信号传输中的关键问题，并为实际工程设计提供指导和参考。
1.2 文章结构文章结构部分的内容本文将从驻波比、回波损耗和传输损耗三个方面进行阐述。
首先，引言部分概括了全文的内容和目的。
其次，在正文部分，分为三个小节分别介绍了驻波比、回波损耗和传输损耗的定义、原理和影响因素。
最后，结论部分对驻波比的重要性和影响进行了总结，同时总结了回波损耗和传输损耗的关系和影响。
整篇文章结构清晰，层次分明，旨在全面介绍驻波比和回波损耗以及传输损耗的相关知识。
通过本文的阅读，读者将能够深入了解驻波比、回波损耗和传输损耗的概念、计算方法以及其影响因素，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
无线电空间传输损耗衰减计算
无线电空间传输损耗衰减计算无线传输路径分析是无线传输网络设计的重要步骤，通过对传输路径的分析便于网络设计者根据无线链路的裕量大小选择合适类型的天线（方向，极化，增益等指标），安装天线高度，选择合适的馈缆和长度等。
下面将简单介绍一下无线传输路径分析中的自由空间损耗的计算，信号接收强度的计算，链路系统裕量的计算几个主要方面的内容。
1.自由空间损耗的计算自由空间损耗是指电磁波在传输路径中的衰落,计算公式如下：Lbf=32.5+20lgF+20lgDLbf=自由空间损耗(dB)D=距离（km）F=频率(MHz）2400MHz：Lbf=100+20lgD5800MHz：Lbf=108+20lgD以上公式是在气温25度，1个大气压的理想情况的计算公式。
下表列出典型自由空间损耗值距离（km） 路径损耗@2.4GHz（dB）1 2 3 4 5 6 7 -100 -106 -110 -112 -114 -116 -1178 9 10 -118 -119 -12015 20 25 30 35 40 45 50 -124 -126 -128 -130 -131 -132 -133 -134通过查找上表和通过公式计算我们可以得到从发射站到接收站电磁波传输的理论衰落.2.信号接收强度的计算：信号接收强度是指接收站设备接收到的无线信号的强度。
RSS=Pt+Gr+Gt-Lc-LbfRSS=接收信号强度Pt=发射功率Gr=接收天线增益Gt=发射天线增益Lc=电缆和缆头的衰耗Lbf=自由空间损耗举例说明，如果发射站与接收站两站点相距25Km，设备发射功率20dBm，发射天线增益为17dBi，接收天线增益为24dBi，电缆和缆头损耗3dBi。
则接收信号强度 RSS=20+17+24-3-128=-70dB3.链路系统裕量SFM(Syetem Fade Margin)的计算链路系统裕量是指接收站设备实际接收到的无线信号与接收站设备允许的最低接收阈值（设备接收灵敏度）相比多的富裕dB数值。
电磁波传播模型和信道特性研究
电磁波传播模型和信道特性研究电磁波是一种在自然界中广泛存在的物理现象，它具有传输信息的能力，因此被广泛应用于通信领域。
电磁波传输的模型和信道的特性是研究电磁波通信的关键问题之一。
电磁波传输模型电磁波传播的模型是指用数学方法描述电磁波在空间中的传播过程。
在广泛的电磁波应用中，需要用到不同的传输模型，如无线电波、红外线、可见光、紫外线等。
其中，无线电波是最常用的一种电磁波传输模型。
在无线电通信中，电磁波通过天线发射，进入空间后，经过多次反射、散射、绕射等过程，到达接收天线。
在这一过程中，电磁波在空间中的传播受到多种因素的影响，如空气、云层、树木、建筑物等，因此，需要应用几何光学、物理光学、电磁场理论等多种方法对电磁波的传播进行模拟和分析。
在电磁波传输模型中，信道传输损耗是一个重要的参数，它表示电磁波在传播中遇到物体和介质时的能量损耗。
信道传输损耗可以通过电磁波在不同环境中的传播损失进行研究，并建立相应的数学模型。
信道特性研究在电磁波传输中，信道特性是指电磁波在传输过程中受到的影响。
不同的环境和物体对电磁波的传输都会产生不同的信道特性，如多径效应、衰落效应、频率选择性等。
其中，多径效应是指在电磁波传输过程中，由于信号遇到不同物体和介质的反射、散射、绕射等效应，导致信号经过不同路径传输，并出现不同的时延和相位变化。
这种效应会在无线电通信中产生信道间干扰和频谱扩展，影响通信质量。
衰落效应是指电磁波在传输过程中，由于信号与物体发生衰减而逐渐丧失能量。
这种效应会在无线电通信中导致信噪比降低、误码率增大，影响通信距离和质量。
频率选择性是指信号在传输过程中，由于信号频率和信道特性的关系，导致不同频率的信号出现不同的传播效应和衰落特性，使通信信道呈现出明显的频率分选特性。
结论电磁波传播模型和信道特性的研究，对于无线通信的发展和应用具有重要意义。
在电磁波通信中，需要应用多种数学、物理和工程方法，对电磁波在不同环境和物体中的传输进行建模和分析，以了解电磁波在实际应用中的特性和限制。
天线波束形状损耗
天线波束形状损耗
天线波束形状损耗是指天线辐射出的电磁波在传输过程中，由于波束
的形状不同而引起的能量损失。
当天线发射出的电磁波集中在一个方
向上时，就形成了一个波束。
而这个波束的形状会影响到电磁波在传
输过程中的损耗情况。
具体来说，当天线发射出的电磁波集中在一个窄角度内时，就会形成
一个窄波束。
这种情况下，电磁波只能沿着这个窄角度方向传播，而
其他方向上的能量则会被减弱或者消失。
因此，在远距离传输时，由
于窄波束只能沿着特定方向传播，所以会导致能量损失较大。
相反地，如果天线发射出的电磁波分散在一个宽角度内，则形成了一
个宽波束。
这种情况下，电磁波可以沿着多个方向传播，并且能够覆
盖更广阔的区域。
因此，在远距离传输时，宽波束可以减少能量损失，并提高信号强度和稳定性。
因此，天线波束形状损耗是一种重要的电磁波传输损耗，需要在天线
设计和信号传输中进行考虑。
在实际应用中，可以通过调整天线的波
束宽度和方向，以达到最佳的传输效果。
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电磁波传输损耗及远场区的场强预测
广播电视无线电波的频段较高，电磁波信号传输时以直射波为主，但是也存在反射、绕射和散射等。
电磁波在空间传播时，向外传输的电磁波以球面波的形式向外发射，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。
另外，电磁波在空间传播的过程中会受到空气中的尘埃、水滴、水汽等物质的影响，造成反射和散射；电磁波在接近地表传输时，会由于地表不是绝对光滑，而是存在高低起伏、树木遮挡、建筑物遮挡、大型水面或湖面的影响，而产生反射、绕射等情况，这样，电磁波信号到达接收天线时就会由各种传播方式传播到的所有信号叠加而成。
因为各个地区的地形存在很大差异，同一地区各个方向上的建筑物、树木、河流湖泊等情况也不尽相同，因此这种不是由于空间球面扩散而产生的损耗就是很难预测的；同时，由于各个区域的电磁覆盖情况都不一样，随之带来的电磁干扰情况也不一样，这就更为场强覆盖预测带来难度。
一、球面传播的电磁波的空间损耗
Pr ：接收信号功率
Pt ：发射信号功率
Gt ：发射天线增益
Gr ：接收天线增益
d ：接收和发射天线之间的距离
λ：射频信号波长
有球面面积可计算得
自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为：
可以看出，传输距离越大，空间损耗越大，频率越高，传输损耗越大。
二、 实际电磁波的传播损耗
电磁波在空间传播时，都会受到空气中的粒子、地面建筑物、地面植被等其他物体的影响，而产生反射、折射、绕射、散射等。
电磁波通常不会按照球面波的传输损耗到达接收天线。
这样，实际电磁波的传播损耗，在自由空间传播路径损耗的基础上还要加上一些修正值。
传播损耗按照性质分类可分为：经验模型、半经验模型、确定性模型。
MHZ
mi MHZ Km r t fs f d f d d d P P dB L 1010222log 20log 2058.36log 20log 2045.324log 20)4(log 10log 10)(1010++=++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==λππλ()/24t r r t G G P P d πλ=
经验模型：根据大量结果统计后分析而得出的模型，例如，Okumura-Hata 模型，COST231-Hata 模型等。
半经验模型：半经验模型是在经验性模型基础上改进而成，例如，COST231 Walfisch-Ikegami 模型，校正之后的Standard Macrocell 模型。
确定性模型：是对实际的现场环境直接应用电磁理论计算的方法，但是这种模型因为地形原因、气候原因随时变化，因而某一次的计算结果不能显示出所有情况下该地区的实际信号强度，且由于计算量巨大，该计算方法需要计算机辅助设计才能完成。
我们常用到广播电视发射信号预测的模型是Okumura-Hata 模型。
Hata 在 Okumura 模型基础上，设定了一系列的限制条件，通过曲线拟合出来的经验公式
模型假设条件：
（1）.作为两个全向天线之间的传播损耗处理；
（2）.作为准平滑地形而不是不规则地形处理；
（3）.以城市市区的传播损耗公式作为标准，其他地区采用校正公式
进行修正。
该公式适用到UHF 电视频段
为天线高度增益矫正因子。
K 为覆盖区域校正因子，包括：大城市城区，小城镇，郊区，开阔地带
()..lg .lg ()(..lg )lg 121692526161382449655MHz Km L dB f h a h h d K =+--+--()2a h。