- •Плоские электромагнитные волны в безграничной среде
- •Содержание
- •Введение
- •1. Общие свойства волновых процессов
- •2. Волновые уравнения
- •3. Решение волновых уравнений
- •4. Плоские волны в безграничной линейной однородной изотропной среде
- •5. Плоские электромагнитные волны в средах с различными электродинамическими характеристиками
- •5.1. Диэлектрики
- •5.2. Полупроводники
- •5.3. Диэлектрики с малыми потерями
- •5.4. Проводники
- •6. Поляризация электромагнитных волн
- •7. Перенос энергии электромагнитной волной
- •8. Примеры решения задач
- •Основные обозначения
- •Список используемых источников
- •Основные законы теории электромагнитного поля
- •690059, Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а
Федеральное агентство морского и речного транспорта
Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»
Кафедра радиоэлектроники и радиосвязи
А.Н. Шибков
Плоские электромагнитные волны в безграничной среде
Учебное пособие
Рекомендовано научно-методическим советом
Морского государственного университета
в качестве учебного пособия по курсам
«Электромагнитные поля и волны», «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Основы электродинамики и распространение радиоволн» для специальностей 160900 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», 210200 «Средства связи с подвижными объектами» и 075600 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Владивосток
2012
УДК 538.3
Шибков, А.Н.Плоские электромагнитные волны в безграничной среде [Текст] : учеб. пособие /А.Н. Шибков. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2012. –80с.
Приведены основные сведения о закономерностях распространения электромагнитных волн в безграничной среде. Выведены уравнения и описаны методы их решения в декартовой, цилиндрической и сферической системах координат. Подробно проанализированы характеристики плоских электромагнитных волн.
Учебное пособие подготовлено в соответствии с учебными планами специальностей 160900 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», 210200 «Средства связи с подвижными объектами» и 075600 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Предназначено для студентов и курсантов вузов.
Ил. 16, табл. 4, прил. 1, библиогр. 7 назв.
Рецензенты:
В.И. Белоконь, д-р. физ.-мат. наук. профессор, ДВФУ
В.Н. Савченко, д-р. физ.-мат. наук. профессор, ДВФУ
©А. Н. Шибков, 2012
© Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, 2012
Содержание
|
Введение |
|
3 |
1. |
Общие свойства волновых процессов |
|
5 |
2. |
Волновые уравнения |
|
16 |
3. |
Решения волновых уравнений |
|
24 |
4. |
Плоские волны в безграничной линейной однородной изотропной среде |
|
30 |
5. |
Плоские волны в средах с различными электродинамическими характеристиками |
|
36 |
5.1. |
Диэлектрики |
|
37 |
5.2. |
Полупроводники |
|
38 |
5.3. |
Диэлектрики с малыми потерями |
|
42 |
5.4. |
Проводники |
|
45 |
6. |
Поляризация плоских электромагнитных волн |
|
49 |
7. |
Перенос энергии электромагнитной волной |
|
57 |
8. |
Примеры решения задач |
|
64 |
|
Основные обозначения |
|
76 |
|
Список используемых источников |
|
78 |
Введение
Целью настоящего учебного пособия является облегчение изучения раздела электродинамики, описывающего распространение свободных электромагнитных волн в безграничной среде.
Свободными называются электромагнитные волны, распространяющиеся без влияния направляющих структур
Электромагнитные волны – это распространение электромагнитных колебаний в пространстве. Кроме электродинамики, электромагнитные колебания изучаются в курсах теории электрических цепей, ТОЭ и т.д.. Однако в свободном пространстве и в радиотехнических цепях эти процессы происходят и описываются по-разному. В теории цепей достаточно знать величины токов и напряжений в конечном числе ветвей электронной схемы. А в электродинамике необходимо описание характеристик электромагнитного поля во всем пространстве, то есть в бесконечно большом числе точек. Очевидно, что электродинамическая задача сложнее.
Электромагнитные волны не являются уникальными. Волновые процессы различной природы достаточно широко распространены в природе.
Волнами называются колебательные движения непрерывных сред
Это определение пришло из механики, однако оно адекватно описывает и электромагнитные волны. В нашем случае под движением следует понимать изменение характеристик поля в пространстве и времени.
Нашей задачей является описание процесса распространения плоских электромагнитных волн в средах с различными электродинамическими характеристиками – относительной диэлектрической проницаемостью ε, относительной магнитной проницаемостью μ и электропроводностью σ.
Пособие скомпоновано следующим образом. Вначале рассмотрены общие характеристики волн без привязки к процессам, их создающим. Затем на основании системы уравнений Максвелла и материальных уравнений получены и решены однородные волновые уравнения, описывающие изменение векторов напряженности поля в пространстве и времени. Далее рассмотрено распространение плоских электромагнитных волн в средах с различными характеристиками. Шестая и седьмая главы посвящены описанию поляризации электромагнитных волн и переносу энергии гармонической и не гармонической волной.
Так как изучение любой технической дисциплины имеет своей целью освоение методов расчета характеристик процессов или устройств, в заключительной главе приведены примеры решения задач.
Основные обозначения приведены в приложении 1.
Для лучшего усвоения материала желательно знание основных положений математики и теории электромагнитного поля. Эти сведения содержатся в любом учебнике, список которых приведен в конце. Для начала достаточно воспользоваться информацией, изложенной в разработанных нами пособиях [1, 2]