157 Техническая электродинамика
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И СВЯЗИ УКРАИНЫ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ДЕПАРТАМЕНТ ПО ВОПРОСАМ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ
--------------------------
ОДЕССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ ИМ. А.С. ПОПОВА
Кафедра технической электродинамики и систем радиосвязи
Черенков В.С., Иваницкий А.М.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Конспект лекций для студентов, обучающихся
по направлению «Телекоммуникации»
УТВЕРЖДЕНО
методическим советом
ОНАС им. А.С.Попова
Протокол №8 от 09.03.2004г.
Одесса 2006
УДК 538.3 (075.8); 621.396 План УМН на 2006 г.
Ч
еренков
В.С., Иваницкий А.М.
Техническая электродинамика: Конспект
лекций. – Одесса: ОНАЗ им. А.С. Попова,
2006. – 160 с.
Рецензент – к.т.н., проф. Каторгин В.А.
Излагаются теоретические основы электродинамики, базирующиеся на уравнениях Максвелла. Рассматривается метод комплексных амплитуд. Распространение электромагнитных волн в свободном пространстве описывается, исходя из решений уравнения Максвелла для комплексных амплитуд векторов электромагнитного поля. Приводятся особенности распространения волн в направляющих системах. Рассматривается распространение электромагнитных волн в прямоугольном и круглом волноводах, в коаксиальном кабеле, в двухпроводной и полосковой линиях и в диэлектрическом волноводе. Излучение электромагнитных волн излагается с использованием понятий элементарного электрического и магнитного излучателей. Формулируются принципы: перестановочной двойственности уравнений Максвелла, эквивалентности, Гюйгенса и взаимности. Теория антенн рассматривается на примере симметричного электрического вибратора, директорных и зеркальных антенн. Излагается кратко теория распространения электромагнитных волн. В приложениях излагаются темы, предназначенные для самостоятельного изучения, и краткие сведения, касающиеся математического аппарата электродинамики.
В пособии приводятся все разделы, излагаемые на лекциях по дисциплине «Техническая электродинамика» для студентов, обучающихся на факультетах по направлению Телекоммуникации.
Редактор – Кодрул Л.А.
Компьютерное редактирование и макетирование – Кирдогло Т.В.
ОДОБРЕНО
на заседании кафедры технической
электродинамики и систем радиосвязи
и рекомендовано к печати.
Протокол №5 от 08.11.2002 г.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
ВВЕДЕНИЕ |
5 |
|
|
|
|
Раздел 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ………… |
8 |
|
1.1. Источники электромагнитного поля…………………………………….. |
8 |
|
1.2. Векторы электромагнитного поля……………………………………….. |
10 |
|
1.3. Материальные уравнения. Классификация сред……………………….. |
12 |
|
1.4. Уравнения Максвелла в дифференциальной и интегральной формах... |
13 |
|
1.5. Граничные условия для векторов электромагнитного поля…………… |
17 |
|
1.6. Метод комплексных амплитуд…………………………………………... |
18 |
|
1.7. Уравнения Максвелла для комплексных векторов электромагнитного поля………………………………………………….. |
20 |
|
1.8. Комплексная диэлектрическая и магнитная проницаемости среды….. |
21 |
|
1.9. Энергия электромагнитного поля………………………………………. |
23 |
|
|
|
|
Раздел 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ……………………… |
27 |
|
2.1. Решение уравнений Максвелла для комплексных амплитуд…………. |
27 |
|
2.2. Плоские электромагнитные волны в среде без потерь………………… |
27 |
|
2.3. Плоские электромагнитные волны в среде с тепловыми потерями…... |
30 |
|
2.4. Поляризация электромагнитных волн…………………………………... |
33 |
|
2.5. Распространение волн в анизотропных средах…………………………. |
35 |
|
|
|
|
Раздел 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В НАПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ……………………………… |
39 |
|
3.1. Типы направляющих систем…………………………………………….. |
39 |
|
3.2. Классификация направляемых волн…………………………………….. |
40 |
|
3.3. Особенности распространения волн в направляющих системах……… |
42 |
|
3.4. Волны в прямоугольном волноводе…………………………………….. |
46 |
|
3.5. Волны в круглом волноводе……………………………………………... |
49 |
|
3.6. Волны в коаксиальном кабеле…………………………………………… |
52 |
|
3.7. Волны в двухпроводной и полосковой линиях………………………… |
53 |
|
3.8. Диэлектрический волновод. Световод………………………………….. |
55 |
|
3.9 Направляющие системы с медленными волнами ……………………… |
56 |
|
3.10. Затухание волн в направляющих системах……………………………. |
58 |
|
|
|
|
Раздел 4. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН………………… |
60 |
|
4.1. Понятие элементарного электрического излучателя………………….. |
60 |
|
4.2. Поле элементарного электрического излучателя в дальней зоне…….. |
62 |
|
4.3. Мощность и сопротивление излучения элементарного электрического излучателя………………………………………………. |
63 |
|
|
|
|
4.4. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя………………………………………………. |
64 |
|
4.5. Перестановочная двойственность уравнений Максвелла……………… |
66 |
|
4.6. Элементарный магнитный излучатель и его поле излучения…………. |
68 |
|
4.7. Принцип эквивалентности. Принцип Гюйгенса………………………... |
70 |
|
4.8. Принцип взаимности……………………………………………………... |
71 |
|
4.9. Параметры антенн………………………………………………………… |
72 |
|
4.10. Симметричный электрический вибратор……………………………… |
76 |
|
4.11. Директорные антенны…………………………………………………... |
79 |
|
4.12. Зеркальные антенны…………………………………………………….. |
82 |
|
|
|
|
Раздел 5. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН………. |
84 |
|
5.1. Законы Снеллиуса. Коэффициенты Френеля…………………………… |
84 |
|
5.2. Явление полного прохождения волны через границу двух сред……… |
87 |
|
5.3. Явление полного отражения от плоской границы раздела двух сред… |
88 |
|
5.4. Структура электромагнитного поля при полном внутреннем отражении…………………………………………………… |
89 |
|
5.5. Поле вблизи поверхности хорошего проводника. Приближенные граничные условия. Явление поверхностного эффекта………………... |
91 |
|
5.6. Дифракция электромагнитных волн…………………………………….. |
93 |
|
5.7. Параметры Земли. Учет рельефа земной поверхности при распространении радиоволн………………………………………… |
96 |
|
5.8. Параметры тропосферы. Влияние тропосферы на распространение радиоволн. Тропосферная рефракция……………………………………. |
97 |
|
5.9. Строение ионосферы. Понятие критической и максимально применимой частот слоев ионосферы. Влияние ионосферы на распространение радиоволн……………………………………………… |
98 |
|
5.10. Классификация радиоволн по способам распространения…………... |
100 |
|
5.11. Классификация радиоволн по диапазонам……………………………. |
102 |
|
5.12. Расчет действующего значения напряженности поля. Понятие множителя ослабления. Основное уравнение радиолинии…………... |
104 |
|
5.13. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов….. |
106 |
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………. |
110 |
|
Приложение А. Вывод уравнений Максвелла в дифференциальной форме |
111 |
|
Приложение В. Вывод граничных условий для векторов электромагнитного поля…………………………………….. |
114 |
|
Приложение С. Волноводные устройства…………………………………… |
121 |
|
Приложение D. Режимы работы линий передачи конечной длины. Согласование линии с нагрузкой…………………………... |
145 |
|
Приложение Е. Математический аппарат электродинамики………………. |
156 |