Міністерство освіти і науки україни
ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Інститут інформатики та радіоелектроніки
Конспект лекцій
з дисципліни
“ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА ”
для студентів професійного напрямку
0910 ”Електронні апарати ”
заочної форми навчання
Частина 1
2004
Конспект лекцій з дисципліни "Технічна електродинаміка" для студентів професійного напрямку 0910 "Електронні апарати" заочної форми навчання / Уклад.: Е.М. Шинкаренко. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2004. – 71 с.
Укладач: Шинкаренко Едуард Миколайович, ст. викладач
Рецензент: Петріщев Олексій Олександрович, канд. техн. наук, доцент
Відповідальний за випуск: Володимир Миколайович Крищук, канд. техн. наук, доцент
Затверджено Затверджено
на Раді РПБ факультету на засіданні кафедри КВР
“ 12 ” 02 2004 р. “ 10 ” 02 2004р. Протокол № 5 Протокол № 6
Содержание
Лекция 1. ДИАПАЗОН СВЕРХ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ 5
Особенности диапазона сверхвысоких частот 6
Техника безопасности при работе с СВЧ устройствами 9
Лекция 2.ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ 10
Электрическое поле. Напряженность электрического поля 10
Поток вектора электрической индукции 12
Теорема Остроградского-Гаусса. Дивергенция напряженности электрического поля 12
Электрический ток. Плотность тока 15
Ток смещения 17
Проводники в электростатическом поле. Электростатическое
экранирование 19
Диэлектрики в электростатическом поле 21
Лекция 3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ 23
Теорема Остроградского - Гаусса для магнитного поля 24
Теорема о циркуляции напряженности магнитного поля 25
Теорема Стокса 26
Закон полного тока в дифференциальной форме 27
Закон электромагнитной индукции 28
Магнетики в магнитном поле 29
Лекция № 4. УРАВНЕНИЕ МАКСВЕЛЛА 31
Полная система уравнений Максвелла 32
Символический вектор ▼ и некоторые формулы векторного анализа. 33
Уравнение Максвелла для гармонических сигналов 35
Энергетические соотношения в электромагнитном поле.
Теорема Умова-Пойнтинга 38
Лекция 5. ПЛОСКИЕ ВОЛНЫ В НЕОГРАНИЧЕННЫХ
СРЕДАХ 41
Плоские электромагнитные волны 43
Однородная плоская электромагнитная волна с линейной поляризацией. 45
Фазовая скорость и постоянная затухания плоской волны в различных средах 47
Лекция №6. ПЛОСКИЕ ВОЛНЫ В ХОРОШО ПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ 50
Глубина проникновения электромагнитного поля 52
Поверхностное сопротивление 53
Влияние обработки поверхности на потери в проводнике 54
Лекция 7. ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ 56
Граничные условия для нормальных составляющих 57
Граничные условия для тангенсальных составляющих 58
Лекция №8. ПАДЕНИЕ ПЛОСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
ВОЛН НА ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД 62
Нормальное падение плоской электромагнитной волны
на идеально проводящую плоскость 62
Нормальное падение плоской электромагнитной волны
на диэлектрическое полупространство 63
Падение плоской электромагнитной волны на границу
раздела двух диэлектриков под произвольным углом 66
Угол Брюстера 66
Явление полного внутреннего отражения 67
Неотражающие среды 68
Радиопоглощающие материалы 69
Часть 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Цель раздела: дать студентам основные сведения из теории электромагнитного поля на основе которых определяется связь между электрическими и конструктивными параметрами экранов и СВЧ устройств
Лекция 1
ДИАПАЗОН СВЕРХ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
Цель лекции: сформулировать цели и задачи курса; дать студентам сведения о СВЧ диапазоне и его особенностях, отличающих его от смежных участков электромагнитного спектра, а также сведения о роли СВЧ диапазона в других областях науки и техники; роли отечественных ученых и тенденции развития техники СВЧ.
В физике принято разграничивать окружающие нас объекты материального мира на два больших самостоятельных класса, один из которых называется веществом, а другой - полем. Предметом электродинамики является изучение свойств электромагнитного поля.
В области техники СВЧ интенсификация производства, повышение его эффективности и обеспечения высокого качества выпускаемой продукции возможна лишь на базе комплексной микроминиатюризации с применением интегральных микросхем, микросборок и т.д. Важную роль играют автоматизация труда разработчиков аппаратуры, широкое внедрение унифицированных узлов и элементов, а также внедрение прогрессивной технологии.
Переход к массовому производству и необходимость существенного сокращения цикла от разработки до выпуска изделия выявили неэффективность традиционного разделения обязанностей между разработчиком аппаратуры, конструктором и технологом, потребовали повышения уровня знания всех участников в смежных областях. Центральной фигурой становится новый тип специалиста – конструктор-разработчик, который активно участвует в выборе и расчете электрической схемы узла и его топологии, четко представляет себе назначение, принцип действия и особенности каждого элемента схемы, владеет методами автоматизированного проектирования, хорошо знает все особенности технологического цикла, учитывая возможности и ограничения технологического порядка, нередко определяющие конструкцию узла, имеет использовать эти знания при конструировании, принимая во внимание особенности применения устройства – возможность его серийного производства.
Под сверхвысокими частотами (СВЧ) принято понимать участок электромагнитного спектра с частотами колебаний, лежащими между 30 МГц и 3000 ГГц и с длинами волн соответственно между 10 м и 0,1 мм. Таким образом, диапазон СВЧ расположен между областью "обычных" радиоволн и участком инфракрасного излучения.
Этот диапазон принято условно делить на несколько более узких поддиапазонов.
Метровыми волнами называют волны длиной от 10 до І м (частота от 30 до 300 МГц).
Дециметровыми волнам соответствуют длины волн от І м до 10 см (частота от 300 МГц до 3000 МГц).
Сантиметровый диапазон занимает участок длин волн от 10 до І см (частоты 3 ГГц - 30 ГГц).
Миллиметровый диапазон занимает участок длин волн между І см и І мм (частоты от 30 ГГц до 300 ГГц).
Субмиллиметровый диапазон волн занимает весь остальной участок спектра между миллиметровым и длинноволновыми инфракрасными волнами.
Длина волны связана с частотой следующим соотношением:
где
- скорость распространения электромагнитных
колебаний в вакууме, равная
.
Согласно рекомендациям Международного консультативного комитета по радио к диапазону СВЧ относится сантиметровый диапазон.