Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
книга ТЕД.doc
Скачиваний:
617
Добавлен:
10.02.2016
Размер:
8.81 Mб
Скачать

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.

Черенков 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