ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ульяновский государственный университет

Инженерно-физический факультет высоких технологий

Д.И. Семенцов, с.А. Афанасьев, д.Г. Санников

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Учебное пособие

Ульяновск, 2012

ББК

Печатается по решению Ученого совета

инженерно-физического факультета

Ульяновского государственного университета

Рецензенты -

кандидат физико-математических наук,

доцент кафедры физического материаловедения УлГУ

А.А.Соловьёв,

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Физика» Ульяновского государственного технического университета

В.В. Ефимов

Семенцов, Д.И.

Основы теории распространения электромагнитных волн: Учебное пособие / Д.И Семенцов, С.А. Афанасьев, Д.Г. Санников.− Ульяновск: УлГУ, 2012. – с.

В учебном пособии на основе уравнений Максвелла для электромагнитного поля в сплошной среде изложена теория распространения электромагнитных волн в изотропных и анизотропных средах. Анализируется также поведение электромагнитных волн на границе раздела сред.

Предназначено для студентов старших курсов специальностей «Радиофизика», «Радиофизика и электроника» и «Телекоммуникации».

© Д.И. Семенцов, С.А. Афанасьев, Д.Г. Санников, 2012

© Ульяновский государственный университет, 2012

Содержание

Стр.

Введение-----------------------------------------------------------------------------------5

1. Основные уравнения классической электродинамики ------------------6

1.1. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля в среде ----------6

1.2. Материальные уравнения. Классификация сред в электродинамике ---------------------------------------------------------------------------------------------9

1.3. Граничные условия для векторов электромагнитного поля ---------11

1.4. Закон сохранения энергии электромагнитного поля. Плотность и поток энергии -----------------------------------------------------------------------13

1.5. Волновое уравнение в однородном изотропном диэлектрике-------15

2. Плоские монохроматические волны в однородной изотропной среде без потерь--------------------------------------------------------------------------------19

2.1. Метод комплексных амплитуд для гармонических колебаний------19

2.2. Уравнения Максвелла для монохроматических колебаний и уравнения Гельмгольца---------------------------------------------------------------21

2.3. Плоские монохроматические волны---------------------------------------22

2.4. Структура поля плоской монохроматической волны------------------25

2.5. Поляризация электромагнитных волн-------------------------------------28

2.6. Энергия и поток энергии бегущей монохроматической волны------31

2.7. Стоячие электромагнитные волны-----------------------------------------33

2.8. Групповая скорость-----------------------------------------------------------36

3. Электромагнитные волны на границах раздела сред-------------------39

3.1. Отражение и преломление плоской волны на границе раздела двух диэлектриков----------------------------------------------------------------------------39

3.2. Полное внутреннее отражение----------------------------------------------45

3.3. Прохождение плоской волны через плоскопараллельный диэлектрический слой ----------------------------------------------------------------47

3.4. Волны в плоскослоистой периодической среде. Дисперсионное уравнение для собственных волн---------------------------------------------------50

4. Электромагнитные волны в средах с комплексными материальными параметрами----------------------------------------------------54

4.1. Плоские монохроматические волны в среде с комплексными материальными параметрами--------------------------------------------------------54

4.2. Потоки энергии монохроматических волн в средах с комплексными материальными параметрами -------------------------------------------------------57

4.3. Комплексный показатель преломления. Правые и левые среды----59

4.4. Среды с одновременно отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемостей. Отрицательное преломление-----------------------------------------------------------------------------62

4.5. Среды с отрицательным значением диэлектрической или магнитной проницаемостей. Электромагнитное туннелирование -------------------------64

5. Электромагнитные волны в проводящих средах-------------------------68

5.1. Плоские монохроматические волны в проводящей среде------------68

5.2. Скин-эффект. Случай хорошо проводящей среды---------------------69

5.3. Плоская волна на границе раздела диэлектрик − проводник. Приближённое граничное условие Леонтовича ---------------------------------71

5.4. Случай идеального проводника--------------------------------------------73

5.4. Поверхностные волны на границе раздела диэлектрик − проводник-----------------------------------------------------------------------------------------------74

6. Электромагнитные волны в анизотропных средах----------------------80

6.1. Общие свойства плоских монохроматических волн в анизотропных средах ------------------------------------------------------------------------------------80

6.2. Электромагнитные волны в одноосных кристаллах-------------------85

6.3. Тензор диэлектрической проницаемости магнитоактивной плазмы------------------------------------------------------------------------------------------------89

6.4. Электромагнитные волны в магнитоактивной плазме-----------------92

6.5. Тензор высокочастотной магнитной проницаемости феррита. Ферромагнитный резонанс-----------------------------------------------------------96

6.6. Поперечно намагниченный феррит. Эффект Коттона − Мутона--101

6.7. Продольно намагниченный феррит. Эффект Фарадея---------------104

Список литературы-----------------------------------------------------------------109