电磁传播模型整理
第23讲 电磁波传播知识总结
电磁波传播知识 总结
电磁场理论知识框架
电 磁 场 理 论 知 识 组 成
电磁场
电磁波
静态场 时变场 传播效应
静态 电场 静态 磁场
静电场
恒定电场 恒定磁场
麦克 斯韦 方程 组
麦克 斯韦 方程 组应 用
无界空间传播
微波 传播介质 天线 电磁辐射
均匀平面电磁波的传播
理想介质 在自由空 间中传播 导电介质 垂直入射 在分界面 产生效应 斜入射
Eim e 2 z Eim 2 z H t ( z ) ey e
2 c
理想导体
条 件
z < 0中，理想媒质1： 1、1、1 0 z > 0中，理想导体2： 2、 2、 2
入射波沿x方向线极化波，从1垂直入射到2
包络波，速度vg
载波，速度vp
vg
vp
dv p 1 v p d
2.均匀平面波在在分界面上传播
两层介质 导电介质 理想导体 理想介质 场量关系 四分之一补偿匹配层 半波长介质窗 反射、折射定律 反射、透射系数 全反射和全透射 垂直极化 平行极化
垂直入射
多层介质
理想介质
斜入射
理想导体
2.1 两层平面的垂直入射
j 45
12 j (1 j )
2
(1 j )
c c
2
f
2 f
j
e
j 45o
f (1 j )
1.4 色散和群速
色散 相速 群速 相速随频率变化
0 vp 0 载波的恒定相位点推进速度 d 包络波的恒定相位点推进速度 vg d
电磁波传播模型的研究与应用
电磁波传播模型的研究与应用电磁波是一种能量传输介质，它在通讯、雷达、卫星通信等领域发挥着重要的作用。
为了更好地利用电磁波传输信息和控制系统，在发展过程中不断研究和改进电磁波传播模型。
传播模型能够定量描述电磁波在介质中的传播规律，是开展一系列电磁波通讯和雷达测距的基础。
一、电磁波的概念电磁波是一种电磁辐射，是电场和磁场以交替变化的方式转移能量的一种形式。
电磁感应定律和麦克斯韦方程组提供了描述电磁波产生和传播的理论基础。
电磁波的特性包括波长、频率、能量和速度等。
二、电磁波的传播模型电磁波在空气、海水等介质中传播的速度和路径受到介质影响。
传播模型可以帮助了解电磁波在不同介质中的传播特性和路径。
主要包括两种模型：地面模型和空间模型。
1.地面模型地面模型主要用于描述电磁波在地球表面和大气中的传播。
通常使用长波传播模型、中波传播模型和短波传播模型等。
长波传播模型适用于很低频率的电磁波传播，其传播距离可以达到几千公里。
这种模型通常应用于深度地下或海底的通讯系统。
中波传播模型适用于横跨几百至几千公里的区域通讯，同样也可以应用于天线之间的短距离通讯。
短波传播模型适用于近距离通讯，在较接近的区域内传输电磁波信号，如移动通讯和卫星通讯。
2.空间模型空间模型主要用于描述电磁波在空气中的传播。
典型的空间模型有自由空间传播模型、地球曲率圻地模型等。
自由空间传播模型适用于电磁波在空气中的自由传播，可以准确地描述电磁波的传输距离、传播方向、衰减以及干扰等等。
地球曲率克地模型则是用于描述电磁波在地球大气中穿过较长距离传输路径的情况。
电磁波传播模型可以定量的描述电磁波的传播规律，极大地扩大了电磁波传播的应用领域。
三、电磁波传播模型的应用电磁波传播模型的应用主要涵盖移动通讯、卫星通讯、雷达测距、机载通讯、遥感等多个领域。
一方面，电磁波传播模型可以通过模拟电磁波在介质中传播的过程，来进行优化天线布置，指导无线信号覆盖的规划及优化，从而减少网络盲区，提升通讯质量和覆盖率。
无线电波的传播模型分析
无线电波的传播模型分析无线电通信是人类社会发展进程中的一项重要成就，也是21世纪信息科学的重要组成部分，使用了无线电波传播技术。
无线电波是以电磁场的形式传输的，具有广泛的覆盖范围，便捷性和实时性等诸多优点。
本文将从无线电波的传播模型分析来介绍无线电通信中的传播特性和影响因素。
一、无线电波的传播模型无线电波作为电磁波，传播模型主要分为两种类型：地面波和空间波。
1.地面波地面波也叫地波，是在地球表面与大气继电器的相互作用下产生的，主要依靠短波的反射和散射。
它的传播方式具有一定的局限性，主要适用于频率较低的波段，例如中、低频的AM广播。
由于地波的传播距离有限，因此它的应用范围受到限制。
2.空间波空间波是指在大气层高度以上发送无线电信号产生的波，主要依靠大气继电器的传播方式。
空间波分为直接波、反射波和绕射波。
其中，直接波是指在天线发射的无线电波沿着一条直线传播到达接收方，主要应用于近距离的通信；反射波是指无线电波在大气层中反射，从而到达接收方；绕射波则是指无线电波在距离障碍物一定距离处发生弯曲而传输到接收方。
由于空间波传播距离远，因此被广泛应用于广播、卫星通信和移动通信等领域。
二、无线电波传播特性的影响因素1.频率无线电波向外辐射是以电磁场的形式进行的，不同频率的波对传输距离、传输损耗等有着直接的影响。
频率低的电磁波，因其波长长，具有较好的穿透性，不易受到障碍物的阻碍，有利于传播距离较远的环境；高频无线电波因其波长短，具有更弱的穿透性，主要适用于短距离传输。
根据频率的不同，无线电波传输的特性也会有所区别。
2.天线高度和功率天线是信息传输的重要载体，其高度和功率决定了无线电波的传输效果。
天线高度可以影响电波的传播距离和传输覆盖面积，高天线通信的距离更远，更通畅；天线功率的大小则决定了无线电信号传输的能力，功率越大，传输的距离越远。
在实际应用中，高度和功率的大小应该结合实际情况进行权衡，以达到最佳效果。
3.障碍物和地形无线电波的传输受到障碍物和地形的影响。
电磁场及电波传输模型的建立与优化
电磁场及电波传输模型的建立与优化随着物理科学和信息技术的不断发展，电磁场和电波传输变得越来越重要。
在日常生活中，手机信号、Wi-Fi网络、无线电广播等都离不开电磁场和电波的传输。
因此，建立和优化电磁场及电波传输模型非常必要。
一、电磁场模型的建立电磁场模型是描述电磁场行为的一种数学工具。
建立电磁场模型需要先了解电磁场的基本概念。
在媒质中，电荷在运动时会产生磁场，磁场又会影响电荷的运动，在此基础上，电磁场模型就被设计出来。
电磁场模型包括了两个主要方程：麦克斯韦方程组（Maxwell's equations）。
这个方程组一般被写成四个方程，以磁场B和电场E为主要变量。
首先是安培定律:$\nabla \times B = \mu_0 J + \frac{1}{c^2}\frac{\partial E}{\partial t}$也就是说当电流存在时，有磁场产生。
接着是法拉第电磁感应定律:$\nabla \times E = -\frac{\partial B}{\partial t}$这个方程表明变化的磁场可以激发出电场。
除此之外，还有高斯定律和高斯安培定理。
这些方程的解决方案对于纳米技术、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、医学成像、通信工程等领域都有重要的应用。
因此，建立电磁场模型非常重要。
二、电波传输模型建立及优化电波是沿电磁波的运动方向传播电磁辐射。
电波传输模型是指将发射端与接收端之间的电磁波传播过程建模。
在真实的环境中，电波会受到建筑物、障碍物、天气和噪音等因素的干扰，因此，我们需要对电波传输模型进行优化，以提高信号的品质和稳定性。
电波传输模型的建立是基于电波的反射、折射和散射等特性而建立的。
传输模型不同于电磁场模型，电磁场模型是描述电磁场的物理学方程，而传输模型则是描述电磁波如何被解释的公式。
电波传输模型是通信网络和无线电广播系统等工程领域的重要研究内容。
对于无线电通信，电波在信道中会发生多径衰减，这是由于电波会经过多条路径到达接收器，这些信号会产生干扰并降低通信质量。
高中电磁学模型总结归纳
高中电磁学模型总结归纳电磁学是物理学中的一门重要学科，涵盖了电和磁的基本原理及其相互作用规律。
在高中物理学习过程中，电磁学模型是我们理解电磁现象的基础。
本文将对高中电磁学模型进行总结归纳，以帮助读者更好地理解电磁学知识。
一、库仑定律模型库仑定律是电荷之间相互作用的基本规律。
根据库仑定律，两个点电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比，与它们的电荷量的乘积成正比。
根据库仑定律模型，我们可以计算点电荷之间的作用力，并进一步推导出带电体的电场分布。
二、电场模型电场是描述电荷在空间中所产生的某一点上的电力作用的物理量。
根据电场模型，我们可以通过试探电荷法、电荷分布法等方法建立电场的数学模型，并计算电场强度、电势等物理量。
电场模型为我们分析电荷之间的相互作用提供了重要工具。
三、电势差模型电势差是描述电场中两点之间电势能差的物理量。
根据电势差模型，我们可以通过计算某一点电场中任意两点之间的电势差，进而研究电力做功和电势能的转化关系。
通过电势差模型，我们可以更加深入地理解电路中电压、电源、电阻等基本元件的作用。
四、磁场模型磁场是描述磁力作用的物理量，它由带电粒子的运动产生的磁力线组成。
根据磁场模型，我们可以通过安培定律、毕奥-萨法尔定律等方法建立磁场的数学模型，并计算磁场强度和磁感应强度等物理量。
磁场模型为我们研究电流、电磁铁等磁性现象提供了便捷的工具。
五、电磁感应模型根据法拉第定律和楞次定律，我们可以建立电磁感应模型，研究导体中的感应电流和电磁感应现象。
电磁感应模型广泛应用于发电机原理、电磁感应传感器等领域，是现代电磁技术的重要基础。
六、电磁波模型电磁波是由电场和磁场相互作用产生的能量传播现象。
根据麦克斯韦方程组，我们可以建立电磁波模型，研究光的传播、电磁波的频率和波长等相关特性。
电磁波模型是无线通信、光学等领域的核心理论。
综上所述，高中电磁学模型的总结归纳包括库仑定律模型、电场模型、电势差模型、磁场模型、电磁感应模型和电磁波模型等内容。
电磁波的传播解析电磁波在空间中的传播特性
电磁波的传播解析电磁波在空间中的传播特性电磁波的传播解析电磁波在空间中的传播特性在现代科学和技术中，电磁波是一种重要的物理现象。
电磁波的传播特性对于我们理解电磁辐射、通信、无线电、雷达等领域具有重要意义。
本文将对电磁波在空间中的传播特性进行详细解析。
一、电磁波概述与基本特性电磁波是由电磁场振荡产生的一种波动现象。
它由电场和磁场的变化所构成，具有振幅、波长、频率和相速等基本特性。
1. 振幅振幅指电磁波传播过程中电场或磁场的最大偏移量。
振幅决定了电磁波的强度，与能量传播有直接关系。
2. 波长和频率波长是电磁波传播中一个完整波动的空间距离，用λ表示。
频率是电磁波每秒内传播波动的次数，用ν表示。
波长和频率之间有简单的关系，即λ = c / ν，其中c为光速，约为3×10^8 m/s。
3. 相速和群速相速指电磁波传播过程中波前移动的速度，它等于波长与传播时间的比值。
群速指电磁波能量传播的速度，它等于波包的传送速度，通常与相速不同。
二、电磁波传播的基本模型电磁波在空间中的传播模型可以用平面波、球面波和柱面波来描述。
1. 平面波传播平面波是一种理想化的模型，它在传播过程中电场和磁场分布处处相同、振动方向垂直于波束传播方向。
平面波的传播可以通过Maxwell 方程组的解进行推导，它是电磁波传播的基础模型。
2. 球面波传播球面波是从波源点向外扩展的波前呈球面分布的波动。
在球面波传播过程中，波源点是能量的集中源，随着距离的增加，波束的能量逐渐减弱。
球面波的传播模型常用于天线辐射和测量技术。
3. 柱面波传播柱面波是波前呈圆柱状分布的波动，其特点是沿某一直线方向传播。
柱面波的传播模型常用于雷达技术中的波束形成和方向盘扫描。
三、电磁波传播的影响因素电磁波的传播受到多种因素的影响，其中包括波长、频率、传播介质、天线高度和地表条件等。
1. 波长和频率影响波长和频率直接影响电磁波的传播特性。
对于短波长的电磁波，其传播容易受到衍射和散射的影响，传播距离较短；而对于长波长的电磁波，其传播能力较强，容易穿透障碍物。
电磁感应中的常见模型
电磁感应中的常见模型一、单杆模型1．如图水平放置的光滑平行轨道左端与一电容器C 相连，导体棒ab 的 电阻为R ，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，开始时导体棒ab 向右做匀速运动；若由于外力作用使棒的速度突然变为零，则下列结论的有（ BD )A ．此后ab 棒将先加速后减速B ．ab 棒的速度将逐渐增大到某一数值C ．电容C 带电量将逐渐减小到零D ．此后磁场力将对ab 棒做正功 2．如图两个粗细不同的铜导线，各绕制一单匝矩形线框，线框面积相等，让线框平面与磁感线方向垂直,从磁场外同一高度开始同时下落，则（ A )A ．两线框同时落地B ．粗线框先着地C ．细线框先着地D ．线框下落过程中损失的机械能相同3．如图所示，在竖直向上磁感强度为B 的匀强磁场中，放置着一个宽度为L 的金属框架，框架的右端接有电阻R 。
一根质量为m ，电阻忽略不计的金属棒受到外力冲击后，以速度v 沿框架向左运动。
已知棒与框架间的摩擦系数为μ，在整个运动过程中，通过电阻R 的电量为q ，求：(设框架足够长）(1)棒运动的最大距离; (2)电阻R 上产生的热量。
答案:(1）S=qR /BL 。
（2）Q =mv 2/2—μmgqR /BL 。
4．如图固定在水平桌面上的金属框cdef 处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab 搁在框架上可无摩擦地滑动,此时构成一个边长为L 的正方形，棒的电阻为r ,其余部分电阻不计,开始时磁感应强度为B⑴若从t =0时刻起,磁感应强度均匀增加，每秒增量为k ，同时保持棒静止，求棒中的感应电流，在图上标出感应电流的方向；⑵在上述情况中，始终保持静止,当t =t 1s 末时需加的垂直于棒的水平拉力为多大？⑶若从t =0时刻起，磁感应强度逐渐减小，当棒以恒定速度v 向右做匀速运动时，可使棒中不产生感应电流,则磁感应强度应怎样随时间变化（写出B 与t 的关系式)？答案:r kL 2 b →a,（B+kt 1）r kL 3，vtL BL + 5．如图电容为C 的电容器与竖直放置的金属导轨EFGH 相连,一起置于垂直纸面向里，磁感应强度为B 的匀强磁场中，金属棒ab 因受约束被垂直固定于金属导轨上，且金属棒ab 的质量为m 、电阻为R ，金属导轨的宽度为L ,现解除约束让金属棒ab 从静止开始沿导轨下滑，不计金属棒与金属导轨间的摩擦,求金属棒下落的加速度．答案:222L B C m mg + d a ce bf B 0B Cab B6．如图，电动机用轻绳牵引一根原来静止的长l =1m,质量m =0.1kg 的导体棒AB ，导体棒的电阻R =1Ω，导体棒与竖直“∏”型金属框架有良好的接触，框架处在图示方向的磁感应强度为B =1T 的匀强磁场中，且足够长，已知在电动机牵引导体棒时，电路中的电流表和电压表的读数分别稳定在I=1A 和U =10V ，电动机自身内阻r =1Ω，不计框架电阻及一切摩擦,取g=10m/s 2，求：导体棒到达的稳定速度？答案：4.5m/s二、双杆1．如图所示，两金属杆ab 和cd 长均为L ，电阻均为R ，质量分别为M 和m 。
电磁波传播模型及参数估计方法研究
电磁波传播模型及参数估计方法研究随着科技的不断发展，人类对电磁波的利用也越来越广泛。
电磁波的传播模型和参数估计方法则成为了研究电磁波技术的重要内容。
本文将从理论与实践两个角度，分别探讨电磁波传播模型及参数估计方法的研究现状和未来趋势。
一、电磁波传播模型研究现状电磁波传播模型是描述电磁波在空气、自由空间、海水、建筑物等介质中传播特性的数学模型。
传播模型主要包括三个部分：信号源模型、传播通道模型和接收机模型。
其中传播通道模型是指对电磁波在传播通道中各种干扰和衰减等因素的建模和预测。
目前电磁波传播模型主要有两种：一种是物理模型，它通过建立计算机模型，模拟电磁波的传播规律；另一种是统计模型，它通过对采集到的实测数据进行统计分析，来推导出电磁波的传播模型。
物理模型主要基于传输线理论、辐射场理论等基础理论，通过对无线通信环境的建模计算，提供传播损耗、时延、多径传播等参数。
但是物理模型在真实场景中的适用性存在一定的局限性，因为真实环境中的电磁波传播特征非常复杂，且随环境、时间的变化而经常发生变化，具有一定的随机性。
而统计模型主要依靠实际采集的数据，对数据进行统计分析，构建历史数据库，利用数据分析、机器学习等技术得到高精度的传播模型，适用范围广，具有较好的实际应用前景。
二、电磁波参数估计方法研究现状电磁波参数估计方法是指利用统计学、数学分析等手段，对电磁波的传播距离、传播速度、折射率、频率响应等参数进行估计和推导的技术方法。
电磁波参数估计方法主要包括三类：最小二乘法、波束形成法和卡尔曼滤波法。
最小二乘法是一种应用最广泛的参数求解方法，它通过求解误差平方和最小的线性方程组来得到最优解，适用范围广，但精度有限。
波束形成法通过利用多个天线接收信号后，对信号进行加权和相位校正等处理，从而实现对信号方向性的提高和参数估计精度的提高。
波束形成法可以在固定天线数的情况下提高接收信号的信噪比，但是需要消耗大量的计算资源。
卡尔曼滤波法是指对状态量进行预测和估计，并实时更新和调节状态量的方法，适用于非线性和信号噪声较大的情况，但容易受到系统模型误差的影响。
电磁波的传播与衰减
研究方法：可以通过建立数学模型、仿真实验和现场测量等方法研究多径传播特性。
应用：多径传播模型广泛应用于无线通信、雷达、遥感等领域。
特点：多径传播会导致信号强度波动、时延扩展和频率选择性衰落等现象。
定义：电磁波在传播过程中遇到障碍物时，会发生反射、散射和绕射等现象，形成多径传播。
电磁波的衰减应用
地面反射损耗：电磁波在地面反射时的能量损耗
多径效应损耗：电磁波在传播过程中受到多径效应的影响导致的能量损耗
建筑物穿透损耗：电磁波在建筑物中穿透时的能量损耗
穿透损耗
穿透损耗的定义：电磁波在传播过程中，由于介质的吸收和散射作用，导致能量损失的现象
穿透损耗的影响因素：介质的性质、电磁波的频率、传播距离等
波动方程的形式：∂²Φ/∂t² = c²ΔΦ
波动方程的解：Φ(r,t) = A*exp(-i(ωt-k·r))
波动方程的应用：分析电磁波的传播、反射、折射等现象
传输线方程
传输线方程的定义：描述电磁波在传输线中的传播特性
传输线方程的解：可以求解出电磁波的传播速度和衰减
传输线方程的应用：用于分析电磁波的传播和衰减，以及设计传输线
有线传输系统的优点：传输速度快、稳定性高、抗干扰能力强
有线传输系统的缺点：建设成本高、灵活性差、维护困难
有线传输系统的应用：电话、电视、互联网等
无线传输系统
无线传输系统的组成：发射器、接收器、天线、信道等
电磁波的传播介质：空气、真空、固体、液体等
电磁波的传播速度：与介质的电导率、磁导率、电场强度、磁场强度等因素有关
穿透损耗的计算：可以通过公式计算得出，与介质的吸收系数和散射系数有关
穿透损耗的应用：在无线通信、雷达、遥感等领域，需要考虑穿透损耗对信号传输的影响，并采取相应的措施减少损耗。
高中物理100个模型详解(一)
高中物理100个模型详解(一)高中物理100个模型1. 引言高中物理是一门理论与实践相结合的学科，其中的物理模型是理解和应用物理概念的重要工具。
本文将介绍高中物理中的100个模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域。
光学模型1.光的直线传播模型：光在均匀介质中沿直线传播。
2.光的反射模型：光在平滑表面上遵循入射角等于反射角的规律。
3.光的折射模型：光从一种介质传播到另一种介质时会发生折射。
4.光的色散模型：不同频率的光在介质中传播速度不同，导致折射角发生变化。
5.光的干涉模型：两束同频率相干光叠加时会出现干涉条纹。
力学模型1.牛顿第一定律模型：物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动。
2.牛顿第二定律模型：物体的加速度与作用于它的合力成正比，与物体质量成反比。
3.弹簧振子模型：弹簧的振动可以用简谐振动模型描述。
4.滑动摩擦力模型：物体在表面上滑动时受到的摩擦力与物体质量和表面摩擦系数成正比。
5.空气阻力模型：物体在空气中运动时受到的阻力与运动速度成正比。
热学模型1.热传导模型：热量从高温区域传递到低温区域。
2.热辐射模型：热能通过辐射传递。
3.理想气体状态方程模型：PV=nRT，描述了理想气体的状态。
4.内能变化模型：物体的内能改变等于吸收或释放的热量与对外做功的和。
5.相变模型：物质在不同温度下的相变过程。
电磁学模型1.电场模型：电荷在空间中产生电场。
2.磁场模型：电流在空间中产生磁场。
3.感生电动势模型：磁场的变化可以引起电动势的感应。
4.电阻模型：电流通过导体时会产生电阻，导致电能转化为热能。
5.麦克斯韦电磁场方程模型：描述了电磁场的生成和传播规律。
结论物理模型在高中物理学习中起到了重要的作用，帮助学生更好地理解和应用物理概念。
本文介绍了一百个高中物理模型，涵盖了光学、力学、热学、电磁学等多个领域的内容。
这些模型不仅仅是理论的工具，同时也是实践中验证和应用物理知识的基础。
希望这些模型能够帮助读者更好地学习和理解高中物理知识。
电磁信号传播模型及其在无线通信中的应用
电磁信号传播模型及其在无线通信中的应用随着无线通信技术的快速发展，电磁信号传播模型在无线通信系统中的应用变得越来越重要。
电磁信号的传播模型可以用来预测无线信号的覆盖范围、信号强度以及信噪比等关键参数，从而为无线通信系统的设计和优化提供基础信息。
一、电磁信号传播模型的基本原理无线信号的传播是通过电磁波在空间中的传播实现的。
电磁波是由电场和磁场互相作用而产生的，在空间中以波动的形式传播。
电磁信号传播模型描述了无线信号在空间中传播过程中的衰减和散射现象。
1. 自由空间传播模型自由空间传播模型是最简单的一种传播模型，适用于开阔的空间环境，例如在没有任何遮挡物的室外空间。
自由空间传播模型中，信号的衰减主要受到距离的影响，衰减与距离的平方成反比。
根据自由空间传播模型可以推导出无线信号的传输距离和传输速率之间的关系。
2. 多径传播模型多径传播模型是用来描述信号在存在反射、折射和散射等现象时的传播过程。
在城市环境中，信号往往会经历多次反射和散射，导致信号的衰减和多路径效应。
多径传播模型使用复杂的数学模型来描述信号在非理想环境中的传播过程，例如瑞利衰落模型和莱斯衰落模型等。
3. 阻尼传播模型阻尼传播模型是指信号在通过物质时由于材料的吸收和散射而衰减的过程。
在具有一定厚度的物质介质中，信号在传播过程中会受到阻尼的影响，导致信号的衰减。
阻尼传播模型通过材料的介电常数和磁导率等参数来描述信号的衰减情况。
二、电磁信号传播模型在无线通信中的应用电磁信号传播模型在无线通信系统中有着广泛的应用。
以下将从无线信号覆盖、网络规划和资源分配三方面介绍电磁信号传播模型在无线通信中的应用。
1. 无线信号覆盖通过电磁信号传播模型，可以对无线信号的覆盖范围进行预测和优化。
无线通信系统的设计者可以利用传播模型确定基站的布放位置和天线高度，以实现最佳的覆盖效果。
在实际的网络规划中，可以根据传播模型预测信号的衰减和多路径效应，从而确定合适的基站密度和信号传输功率，以满足不同场景下的通信需求。
24个物理模型总结归纳
24个物理模型总结归纳物理模型是指通过建立数学模型或者物理实验来描述和解释物理系统的方法。
在物理学的研究中，各种物理模型被广泛应用于解决各种问题，帮助我们理解和预测自然界中发生的现象和规律。
本文将对24个常见的物理模型进行总结和归纳，以帮助读者更好地理解物理学中的重要概念和原理。
一、质点模型（Particle Model）质点模型是物理学中最简单的模型之一，它将物体简化为一个质点，忽略了物体的大小和形状，仅考虑其位置和质量。
这种模型通常用于研究质点在空间中的运动规律，如自由落体、抛体运动等。
二、弹簧模型（Spring Model）弹簧模型用于描述弹性物体的行为。
它基于胡克定律，即弹簧的伸长或缩短与外力成正比，这种模型被广泛应用于弹簧振子、弹簧劲度系统等物理问题的研究。
三、电路模型（Circuit Model）电路模型用于描述电流和电压在电路中的传递和转换规律。
通过建立电路图和应用基尔霍夫定律、欧姆定律等规律，可以计算电流、电压和阻抗等电路参数，解决各种电路问题。
四、热传导模型（Heat Conduction Model）热传导模型用于描述热量在物体或介质中的传递和分布规律。
它基于热传导方程和傅里叶定律，可以计算热传导过程中的温度变化和热流量等参数，解决热传导问题。
五、光线模型（Ray Optics Model）光线模型用于描述光在直线传播时的规律。
通过光的反射、折射等现象，可以计算光线的传播路径和光的成像特性，解决光学问题，如镜子、透镜等光学器件的成像原理。
六、气体模型（Gas Model）气体模型用于描述气体的状态和行为。
它基于理想气体状态方程和玻意耳定律，可以计算气体的压力、体积和温度等参数，解决气体的扩散、压缩等问题。
七、电磁场模型（Electromagnetic Field Model）电磁场模型用于描述电荷和电流在空间中产生的电场和磁场的分布和相互作用规律。
它基于麦克斯韦方程组，可以计算电荷受力、电流感应等问题，解决电磁场中的电磁现象。
通信电子中的电磁波传播模型
通信电子中的电磁波传播模型通信电子是现代社会中极为重要的一个领域，它负责连接人与人、人与物之间的通讯。
在通讯的过程中，电磁波的传播是必不可少的一部分，因此电磁波传播模型成为通信电子领域中的一个重要问题。
电磁波是指电场和磁场在介质中传递的一种波动形式，它具有传播速度快、不受传播路径限制、不需要媒质等特点。
在通信电子中，无线通信和天线设计是电磁波传播模型的两个重要应用领域。
在无线通信中，由于电磁波具有穿透能力强、传输距离远等优点，它被广泛地应用于移动通信、卫星通信、无线电视等领域。
电磁波的信号在传输过程中会受到多种因素的影响，如传输距离、传输路径、天气状况等，而这些因素都会对电磁波传播模型产生影响。
在天线设计中，电磁波的传输模型也是非常重要的一个方面。
天线是无线通讯的基础设备，它是将电能转换为电磁波能量的设备，而天线的设计和制造也需要考虑到电磁波的传输模型。
电磁波传播模型的研究主要包括电磁波的频率、波长、极化、功率、传播特性等方面。
下面将分别从这几个方面来阐述电磁波传播模型的研究内容。
1. 频率与波长电磁波的频率和波长是影响电磁波传播的两个重要因素。
在无线通信中，越高的频率和越短的波长会导致电磁波的传输距离更短，但是传输的带宽更大。
因此，选择合适的频率和波长对于无线通信的质量和信道容量都至关重要。
2. 极化电磁波的极化指的是电磁波的电场的振动方向。
通常来说，电磁波可以分为水平极化、垂直极化和圆极化三种。
在无线通信中，极化状态需要与接收天线和发送天线相匹配，才能达到最佳的传输效果。
3. 功率电磁波的功率是指单位时间内电磁波所携带电能的大小。
在无线通信中，电磁波的功率与传输距离、传输路径、天气等相关因素都有关系。
通常来说，为了保证信号的传输质量，需要提高电磁波的功率，但是过高的功率也会造成频谱污染和电磁辐射等问题。
4. 传播特性电磁波的传播特性是指电磁波在和介质之间发生吸收、反射和衍射等效应后表现出来的特性。
电磁环境和电磁波传播模型概述
电磁环境和电磁波传播模型概述在现代社会，电磁波对人类生活和通讯起着至关重要的作用。
了解电磁环境和电磁波传播模型对于有效利用和管理电磁频谱资源至关重要。
本文将从电磁环境和电磁波传播模型的基本概念开始，深入探讨电磁波在不同环境下的传播特性，以及常见的电磁波传播模型和方法。
电磁环境的基本概念电磁环境是指周围存在的电磁场的总体情况，包括电场、磁场和电磁波。
电磁场是由电荷和电流产生的物理现象，具有能量传输和信息传输的功能。
电磁波是一种通过电磁场传播的能量波动，具有波长、频率和波速等特性。
在现代通信系统中，电磁环境是指通信设备与周围环境中其他电磁干扰源之间的电磁相互作用情况。
良好的电磁环境可以有效减少通信系统的干扰和损耗，提高通信质量和可靠性。
电磁波的传播特性电磁波在空间传播时会受到多种因素的影响，包括传播距离、传播介质、障碍物以及其他干扰源等。
常见的电磁波传播特性包括：•自由空间传播：电磁波在没有任何障碍物的自由空间中传播，遵循辐射公式和功率衰减规律。
•多路径传播：由于信号在传播途中可能遇到反射、折射、绕射等现象，导致信号到达接收端的路径不止一条，产生多径效应。
•多普勒效应：信号源或接收端相对运动导致频率的变化，产生多普勒频移现象。
•阴影效应：信号在传播途中受到障碍物阻挡而形成阴影区域，影响信号的接收质量和强度。
电磁波传播模型和方法为了更好地研究和分析电磁波在不同环境下的传播特性，人们提出了各种电磁波传播模型和方法。
常见的电磁波传播模型包括：•自由空间传播模型：基于辐射传播理论，适用于开阔的空间环境，如卫星通信和雷达系统。
•束缚传播模型：考虑建筑物和地形等障碍物对信号的影响，用于城市和室内通信系统设计。
•统计模型：通过对大量实测数据的统计分析，建立适用于特定地区或场景的电磁波传播模型。
除了模型建立外，还有一些常用的电磁波传播方法，如：•射线追踪法：通过追踪电磁波在空间中的传播路径，计算信号到达接收端的路径损耗和相位变化。
移动信道中的电磁波传播
无线通信系统
无线通信系统是移动信道中电磁波传播的重要应用之一。在 无线通信系统中，电磁波通过无线信道传输信息，实现语音 、数据和多媒体通信。
无线通信系统中的电磁波传播受到多种因素的影响，如信号 衰减、多径传播、干扰和噪声等。为了提高通信质量和可靠 性，需要研究和优化电磁波在移动信道中的传播特性和性能 。
无线信道模型
大尺度衰落模型
01
描述信号强度随距离增加而减小的现象，包括路径损耗、阴影
衰落等。
小尺度衰落模型
02
描述信号强度快速波动的情况，如多径效应、多普勒频移等。
信道容量和频谱效率
03
评估无线信道传输数据的能力，包括最大传输速率、频谱利用
率等。
电波传播模型
自由空间传播模型
适用于远距离无线通信，考虑信号在自由空间中的扩 散。
智能城市规划需要考虑电磁波传播的特点，合理布局通信 基础设施，提高城市管理和服务的智能化水平。
THANK YOU
人工智能算法可以用于预测和优化电磁波在移动信道中的传播路径和效果，提高信号的覆盖范围和稳定性。
机器学习模型
通过机器学习模型，可以自动学习和优化电磁波传播参数，实现自适应的信号处理和传输。
物联网和智能城市中的电磁波传播
要点一
物联网设备
要点二
智能城市规划
物联网设备的普及将增加电磁波在各种复杂环境中的传播 需求，需要发展更加智能和高效的信号处理技术。
当电磁波遇到较
频率
电磁波每秒振荡的次数，单位为赫兹（Hz）。
波长
电磁波一个完整振动周期内传播的距离，单位为米（m）。
频率与波长的关系
频率越高，波长越短。根据公式c=fλ（c为光速，f为频率， λ为波长），在传播速度一定的情况下，频率与波长成反比。
电磁传播模型整理
Okumura-Hata模型（奥村模型）Okumura-Hata模型⑴［11］是根据测试数据统计分析得到的经验公式，其适用频率范围是150MHz到1500MHz，适用于小区半径大于1 km的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30 m到200 m之间，移动台有效天线高度在1 m到10 m之间，传播距离在1到20Km之间。
Okumura-Hata模型以市区传播损耗为标准，在此基础上对其它地形做了修正。
f是载波频率；h te是发射天线有效高度；h re是接收天线有效高度；d是发射机与接收机之间的距离；a（h「e）是移动天线修正因子，其数值取决于环境。
在市区，Okumra-Hata经验公式如下：L b(50,50)二69.55 26.16lg f -13.82lg( h te)-a(h re)+ [44 .9-6.55lg( h te)]lg d大城市修正因子：f -30CMHz a(h e) = 8.29 (Ig1.54>e)2 -1.1f - 300MHz a(h e)二3.2 (Ig11.75e)2 -4.97(f 300MHz )中小城市修正因子:a(l%) = (1.1lgf-0.7)ie-(1.56lgf-0.8)在郊区，Okumra-Hata经验公式修正为：L b = L(市区)- 2[lg(f/28)]2-5.4在农村，Okumra-Hata经验公式修正为：L^ = L(市区)- 4.78(lgf)2 18.33lgf -40.94f:150MHz 〜1500MHzhie :30m 〜200mh re：1m 〜10md : 1km 〜20km中值场强:E(50,50)=107.2+20lgf+PO-L)(50,50) dB^ V/m) COST-231 Hata 模型1在不少城市的高密度区，经过小区分裂站距已缩小到数百米。
而在基站密集的地域使用Okumura-Hata模型将出现预测值明显偏高的问题。
电磁环境和电磁波传播模型概述
5.1Okumura模型
除了城市以外，奥村模型还分别针对郊区、农村和开阔地定义了相应的公式。 一般天线的高度为30 m，考虑到上行信号的频率为1.9 GHz，可以简化Hata公式中上
行信号损耗计算公式，为： Lp = A+35.2 lg d 其中，城市环境A为134.7，郊区环境A为127.5，农村环境A为115.4。 同样地，考虑到下行信号的频率为2.1 GHz，可以简化Hata公式中下行信号损耗计算
在城市，奥村模型描述为以下的Hata公式： Lp = 69.55 + 26.16 lg f - 13.82 lg hb - a(hm) +(44.9 - 6.55 lg hb) lg d 式中，Lp对应路径损耗；f 代表载波频率；hb代表基站的等效高度；hm代表终端的
等效高度；d代表基站与终端之间的距离；a(hm) 是与终端有关的修正因子，当终端 的等效高度为1.5 m时a(hm) 被忽略。
当H≠200m时， 修正因子为
Kjs0.07HKjs
(3)斜坡地形的修正因子
斜坡地形： 5~10km内地形倾斜
正斜坡： 电波传播方向上 地形逐渐增高， 倾角为+θm (mrad)
负斜坡： 地形逐渐降低， 倾角为-θm
斜坡地形的修正因子Ksp
参数
倾角θm 收发天线间距d
(4)水陆混合地形修正因子
Okumura等人的模型基于经验数据，这些数据源于在各种不规则地形和环境 分布下进行的详细的传播测试。这些结果以统计方法进行分析并合成为图表。 在城区准光滑地形下可以得到中值场强的基本预测结果。在开阔地带或郊区 都有可供使用的修正因子。其他的一些修正因子包括起伏的丘陵地貌，孤立 的山峰，混合的陆地海面路径，街道走向，一般的斜坡地貌等等，这使得最 终的预测结果接近于实际环境中的场强值。
电磁波传播的三级损耗模型
电磁波传播的三级损耗模型
1、电磁波传播损耗预测目的
掌握基站周围所有地点处接收信号的平均强度及变化特点，以便为网络覆盖的研究以及整个网络设计提供基础。
2、方法
根据测试数据分析归纳出基于不同环境的经验模型，在此基础上对模型进行校正，使其更加接近实际，更准确
3、确定传播环境的主要因素
（1）自然地形（高山、丘陵、平原、水域等）
（2）人工建筑的数量、高度、分布和材料特性
（3）该地区的植被特征
（4）天气状况
（5）自然和人为的电磁噪声状况
（6）系统的工作频率和移动台运动等因素
4、常用的几种室外电波传播损耗预测模型
（1）Hata模型
广泛使用的一种适用于宏蜂窝的中值路径损耗预测的传播模型。
根据应用频率的不同，分为Okumura-Hata模型和COST 231Hata模型。
（2）CCIR模型；
（3）LEE模型；
（4）COST 231 Walfisch-Ikegami模型。
传播模型汇总
传播模型总汇1.HATA传播模型： (1)2. OKUMURA-HATA电波传播衰减计算模式 (2)3．COST231-HATA 模型 (2)4. COST-231-WALFISH-IKEGAMI传播模型（适合微蜂窝结构） (3)5 . LEE传播模型(美籍华裔通信专家李建业先生提出) (3)6. 海面传播模型 (4)7．室内基本的模型(典型)如下： (4)8．室内电梯传播模型 (4)9. 对室内型微蜂窝传播特性的描述，应使用KEENAN-MOTLEY模型。
(5)10. 隧道的无线传播 (5)1.Hata传播模型：L=46.3+33.9log(f)-13.82log(Hb)+(44.9-6.55log(Hb))log(d)+Cm (1)其中，L为最大路径损耗(db)；f为载波频率(Hz)；Hb为天线高度(米)；d为到基站距离(米)。
中等规模城市或市郊中心树木的稀疏程度中等时：Cm=0大城市市区中心：Cm=3。
针对3G系统，3G组织也特别推荐了一个模型，该传播模型如下：3G传输模型：L=40(1-O.004Hb)log(d)-18log(Hb)+21log(f)+80 (2)其中，各参数的意义同(1)式。
在WCDMA中，当f=2000MHz时，则上述两式简化为：Hata城市传播模型：L=161.17-13.82log(Hb)-(44.9-6.55log(Hb))log(d)；3G传播模型：L=149.32-18log(Hb)-40(1-0.004Hb)log(d)。
2. Okumura-hata电波传播衰减计算模式GSM900MHz主要采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。
该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，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。
不同地形上的基本传输损耗按下列公式分别预测。
L(市区)＝69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)-s(a)L(郊区)=64.15+26.16lgf-2[lg(f/28)]2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(乡村公路)=46.38+35.33lgf-[lg(f/28)]2-2.39(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(开阔区)=28.61+44.49lgf-4.87(lgf)2-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)L(林区)=69.55+26.16lgf-13.82lgh1+(44.9-6.55lgh1)lgd-a(h2)其中：f----工作频率，MHzh1---基站天线高度，mh2---移动台天线高度，md----到基站的距离，kma(h2)---移动台天线高度增益因子，dBa(h2)=(1.1lgf-0.7)h2-1.56lgf+0.8(中，小城市)=3.2[lg(11.75h2)]2-4.97(大城市)s(a)---市区建筑物密度修正因子，dB;s(a)=30-25lga (5%<a≤50%)=20+0.19lga-15.6(lga)2 (1%<a≤5%)=20 (a≤1%)3．COST231-Hata 模型适合频段1500- 2000 MHz基站的天线高度Hb 30- 200 m移动台天线高度Hm1- 10 m覆盖距离1 -20 km大城市区域在农村地区和郊区可以从图3中得到校正因子Lu (dB) = 46.3 + 33.9 log(f) - 13.82 log(Hb) - a(Hm) +[44.9 -6.55 log(Hb)] log(d) + Cm其中a(Hm) =[1.1 log(f) - 0.7] Hm -[1.56 log(f) - 0.8]Cm = 0 dB 对于中等城市和郊区中心区Cm = 3 dB 对于大城市对于农村准开阔地Lrqo (dB) = Lu - 4.78 [log(f)]2 + 18.33 log(f) - 35.94对于农村开阔地Lro (dB) = Lu - 4.78 [log(f)]2 + 18.33 log(f) - 40.944. Cost-231-Walfish-Ikegami传播模型（适合微蜂窝结构）GSM 1800 MHz主要采用欧洲电信科学技术研究联合推荐的"Cost- 2-Walfish-Ikegami"电波传播衰减计算模式。
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Okumura-Hata 模型（奥村模型）
Okumura-Hata 模型[1][11]是根据测试数据统计分析得到的经验公式，其适用频率范围是150MHz 到1500MHz ，适用于小区半径大于1 km 的宏蜂窝系统，基站有效天线高度在30 m 到200 m 之间，移动台有效天线高度在1 m 到10 m 之间，传播距离在1到20Km 之间。
Okumura-Hata 模型以市区传播损耗为标准，在此基础上对其它地形做了修正。
f 是载波频率；te h 是发射天线有效高度；re h 是接收天线有效高度；d 是发射机与接收机之间的距离；)(re h a 是移动天线修正因子，其数值取决于环境。
在市区，Okumra-Hata 经验公式如下：
(50,50)69552616lg 1382lg()()
+ [449655lg()]lg b te re te L ..f -.h -a h .-.h d
=+ 大城市修正因子：
2f 300()8.29(lg1.54) 1.1re re MHz a h h ≤=⨯-
2f 300() 3.2(lg11.75) 4.97re re MHz a h h ≥=⨯-
(MHz 300>f )
中小城市修正因子：()(1.1lg 0.7)(1.56lg 0.8)re re a h f h f =⨯--⨯-
在郊区，Okumra-Hata 经验公式修正为：
2(2[lg(/28)] 5.4b L L f =--市区）
在农村，Okumra-Hata 经验公式修正为：
2( 4.78(lg )18.33lg 40.94b L L f f =-+-市区）
: 150MHz ~ 1500MHz f
: 30m ~ 200m te h
: 1m ~ 10m re h
: 1km ~ 20km d
中值场强:t b E(50,50)=107.2+20lgf+P ()-L (50,50)
(/)t G dB V m ϕμ+
COST-231 Hata 模型
在不少城市的高密度区，经过小区分裂站距已缩小到数百米。
而在基站密集的地域使用Okumura-Hata 模型将出现预测值明显偏高的问题。
因此，EURO-COST(科学和技术研究欧洲协会)组成COST-231工作委员会，提出了Okumura-Hata 的扩展模型，即COST-231 Hata 模型。
COST-231 Hata 模型路径损耗[12]的计算公式为
(46.333.9lg 13.82lg ()
(44.9 6.55lg )lg b te re te M L d f h a h h d C =+--+-+）
M C 为大城市中心校正因子。
在中等城市和郊区，dB 0=M C ，在市中心，dB 3=M C
大城市修正因子：
2()8.29(lg1.54) 1.1re re a h h =⨯- (MHz 300<f )
2() 3.2(lg11.75) 4.97re re a h h =⨯- (MHz 300>f
) 中小城市修正因子：()(1.1lg 0.7)(1.56lg 0.8)re re a h f h f =⨯--⨯-
COST-231 Hata 模型适用于下列范围参数：
: 1500MHz ~ 2000MHz f
: 30m ~ 200m te h
: 1m ~ 10m re h
: 1km ~ 20km d
COST 231模型
由Walfisch 和Bertoni 合作开发的模型主要用于预测街道的平均信号场强。
基于Walfisch-Bertoni 模型和Ikegami 模型的COST 231-WI 模型适用于建筑物高度近似一致的郊区和城区环境。
该模型考虑了自由空间损耗、沿路径传播的绕射损耗以及屋顶和建筑物高度的影响。
该模型的使用条件为：
: 800MHz ~ 1800MHz f
: 4m ~ 50m te h
: 1m ~ 3m re h
: 0.1km ~ 5km d
COST 231-WI 模型分视距传播（LOS ）和非视距传播（NLOS ）两种情况计算路径损耗。
对于视距（LOS ）传播环境，其路径损耗为
d f L LOS lg 26lg 2064.42++=
在非视距传播的情况下，()()⎪⎩⎪⎨⎧≤+≥+++=0 0 msd rts fs
msd rts msd rts fs NLOS L L L L L L L L L fs L 为自由空间路径损耗：32.420lg 20lg fs L f d =++
联排房屋建筑引起的多重障碍屏绕射损耗
lg lg 9lg msd bsh a d f L L k k d k f b =+++-
⎩
⎨⎧≤∆>∆∆+-=0 00 )1lg(18b b b bsh h h h L ⎪⎩
⎪⎨⎧<≤∆∆-≥≤∆∆->∆=5.00 6.1545.00 8.0540 54d h h d d h h h k b b b b b a 且且 ⎪⎩
⎪⎨⎧≤∆∆->∆=0 15180 81b B b b d h h h h k 0.71 9254 1.51 925f f k f ⎧⎛⎫- ⎪⎪⎪⎝⎭=-+⎨⎛⎫⎪- ⎪⎪⎝⎭
⎩中等城市中心和中等树木密度的郊区中心大城市中心 屋顶到街道的绕射损耗
ori m rts L h f w L +∆++--=lg 20lg 10lg 109.16
街道取向因子
()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤--≤≤-+≤≤+-=
9055 55114.00.45535 35075.05.2350 354.010φφφφφφori L。