Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

И. В. Богачков Электромагнитные поля и волны

Учебное пособие

3-е издание, дополненное

Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций

в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям

подготовки бакалавров и магистров 550400 – Телекоммуникации,

подготовки дипломированных специалистов 654400 – Телекоммуникации

Омск

Издательство ОмГТУ

2009

УДК 537.8(075)

ББК 22.313+22.336я73

Б73

Рецензенты:

Н. И. Горлов, д-р техн. наук, профессор,

зав. каф. «Линии связи» СибГУТИ (г. Новосибирск);

Ю. А. Пальчун д-р техн. наук, профессор,

академик Метрологической академии, Ученый секретарь СНИИМ

Богачков, И. В.

Б 73 Электромагнитные поля и волны: учеб. пособие / И. В. Богачков. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 144 с.

ISBN 978-5-8149-0707-3

Приведена программа изучения дисциплины «Электромагнитные поля и волны», которая состоит из 21 темы. Каждая тема содержит указания к изучению, основные сведения, контрольные вопросы и задания по теме, список рекомендуемой литературы.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов 654400 – Телекоммуникации (специальность 210402 «Средства связи с подвижными объектами») и подготовки бакалавров и магистров 550400 – Телекоммуникации всех форм обучения, а также может использоваться в учебном процессе других радиотехнических и связных специальностей (направление 210300 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи).

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета

УДК 537.8(075)

ББК 22.313+22.336я73

© Омский государственный

I

SBN 978-5-8149-0707-3 технический университет, 2009

Предисловие

Целью преподавания дисциплины «Электромагнитные поля и волны» является знакомство с основами теории электромагнитного поля (ЭМП), изучение особенностей структуры ЭМП и ЭМВ волн, распространяющихся в различных средах, и подготовка студентов к изучению дисциплин «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства», «Направляющие среды электросвязи и средства их защиты».

В результате изучения дисциплины приобретаются навыки проведения самостоятельного анализа физических процессов, происходящих в различных направляющих системах, устройствах СВЧ, в однородных и неоднородных средах, понимания сущности ЭМ совместимости.

Данная дисциплина находится на стыке дисциплин, обеспечивающих базовую и специальную подготовку студентов. Приобретенные знания и навыки необходимы как для грамотной эксплуатации телекоммуникационной аппаратуры, так и для разработки широкого класса устройств, связанных с передачей и приемом сигналов.

Учебное пособие содержит 21 тему, где отражены все вопросы дисциплины «Электромагнитные поля и волны» согласно Государственному образовательному стандарту и рекомендованной учебно-методическим объединением типовой рабочей программе.

Каждая тема состоит из краткого содержания, указаний к изучению, основных сведений по теме, рекомендуемой литературы, контрольных вопросов и заданий для самопроверки.

При изучении всех тем следует придерживаться последовательности вопросов, изложенных в программе. В указаниях к теме обозначен круг вопросов и понятий, которым необходимо уделить особое внимание.

По каждой теме даны основные сведения.

Для упрощения поиска необходимого материала в конце каждой темы приведен подробный список рекомендуемой литературы, а также даны контрольные вопросы, ответы на которые помогут в закреплении знаний. Для полного усвоения дисциплины желательно, чтобы на все вопросы программы был найден ответ. Рекомендуется следующая схема ответа: определение, физическая сущность, место в теории ЭМП, практическая значимость, связь с другими понятиями.

Условные обозначения

ВОЛП (ВОЛС) – волоконно-оптическая линия передачи (связи);

ВЧ – высокие частоты (диапазон ВЧ 3…30 МГц);

ДЗ – дальняя зона (антенны, излучающей системы);

ДН – диаграмма направленности;

ДСК – декартова система координат;

КБВ – коэффициент бегущей волны;

КВЧ – крайне высокие частоты (30…300 ГГц);

КСВ – коэффициент стоячей волны (SWR);

ЛП – линия передачи;

МПЛ – микрополосковая линия;

ОВ – оптическое волокно;

ОВЧ – очень высокие частоты (30…300 МГц);

СВЧ – сверхвысокие частоты (3…30 ГГц);

ПП – показатель преломления оптоволокна;

СПЛ – симметричная полосковая линия;

ССК – сферическая система координат;

УВЧ – ультравысокие частоты (0,3…3 ГГц);

ЦСК – цилиндрическая система координат;

ЭМ – электромагнитный;

ЭМВ – электромагнитная волна;

ЭМП – электромагнитное поле;

–магнитная индукция, Т;

–электрическая индукция, Кл/м²;

–напряженность электрического поля, В/м;

–напряженность магнитного поля, А/м;

–величина, комплексно-сопряженная с ;

–единичный вектор (орт) по соответствующей координате (x);

–плотность потока мощности, Вт/м²;

 – магнитный поток, Вб;

Z_c – характеристическое сопротивление, Ом;

Z_в – волновое сопротивление, Ом;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В;

P – мощность, Вт;

W – энергия, Дж;

c – скорость света в вакууме = 310⁸ (2,9979…10⁸), м/с;

С – емкость, Ф;

L – индуктивность, Гн;

M_ik – взаимная индуктивность, Гн;

f – частота, Гц;

f_кр – критическая частота, Гц;

i – мнимая единица (i = );

j – плотность тока, А/м²;

k – волновое число, 1/м (= – i =  – i);

–волновой вектор;

 – постоянная затухания, 1/м;

_пр – постоянная затухания ЭМВ в проводнике, 1/м;

_д – постоянная затухания ЭМВ в диэлектрике, 1/м;

 – постоянная фазы, 1/м;

 – комплексный коэффициент распространения ( =  + i  = i);

 – толщина скин-слоя (глубина проникновения ЭМП в вещество), м;

 – относительнаядиэлектрическаяпроницаемость (для вакуума  = 1);

–комплексная величина  (с учетом потерь) ;

₀ – электрическая постоянная = 1/36  10^–9 (8,854  10^–12), Ф/м;

_a – абсолютная диэлектрическая проницаемость (_a =   ₀);

 – длина волны, м;

 – относительная магнитная проницаемость (для вакуума  = 1);

₀ – магнитная постоянная = 4  10^–7 (1,257  10^–6), Гн/м;

_a – абсолютная магнитная проницаемость (_a =   ₀);

 – удельная проводимость, См/м;

_S – плотность поверхностного заряда, Кл/м²;

 – объемная плотность заряда, Кл/м³

 – циклическая частота ( = 2f), рад/с;

–скалярное произведение векторов и;

–векторное произведение векторов и.