[论文解读] Free Space Tem Transmission Lines Radiation Losses Model

Reuven Ianconescu, Vladimir Vulfin|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2016

High-Voltage Power Transmission Systems被引用 3

一句话总结

本文在RLCG框架内，针对自由空间中的两导体传输线，基于电磁场理论，推导出辐射电阻和功率损耗的闭式表达式，提出了一种物理基础扎实的解析模型，量化了以往难以建模的辐射损耗，实现了高频传输线分析的高精度。

ABSTRACT

There are three kind of losses in transmission lines: ohmic, dielectric and radiation losses. While the first two are local phenomena which are easy to model, the radiation losses lack a simple model. This work analyzes the radiation losses from two conductors transmission lines in free space, and derives a radiation model within the RLCG transmission lines model.

研究动机与目标

• 解决传输线中辐射损耗缺乏简单、解析模型的问题。
• 将RLCG传输线模型扩展至包含自由空间中的辐射效应。
• 推导出两导体线在自由空间中辐射电阻和功率损耗的闭式表达式。
• 为预测高频应用中的辐射损耗，提供一个物理上一致的框架。

提出的方法

• 利用电磁场理论分析自由空间中两根平行导体的辐射。
• 应用RLCG传输线模型，将辐射作为分布参数引入。
• 通过电流分布计算单位长度辐射功率，推导辐射电阻。
• 将辐射电阻整合到RLCG模型中，形成完整的损耗模型。
• 在正弦稳态激励下，利用推导出的表达式求解总辐射损耗。
• 通过与已知极限和物理直觉对比，验证模型的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在自由空间中对两导体传输线的辐射损耗进行解析建模？
• RQ2 两导体线在自由空间中的单位长度辐射电阻是多少？
• RQ3 在RLCG框架下，辐射损耗如何随频率和线结构变化？
• RQ4 能否将辐射损耗一致地整合到标准RLCG传输线模型中？
• RQ5 在高频下，影响辐射损耗的主要因素是什么？

主要发现

• 单位长度的辐射电阻以闭式形式推导得出，其表达式依赖于线结构和频率。
• 辐射损耗随频率的平方增加，在高频时变得显著。
• 模型表明，辐射损耗与电流的平方和频率的平方成正比。
• 推导出的辐射电阻与偶极子类配置的已知结果一致。
• 在RLCG模型中引入辐射损耗，可更准确地预测高频传输线中的信号衰减。
• 该模型为高速和高频电路中低辐射互连结构的设计提供了理论基础。