транскрипт

1 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ Державна освітня установа вищої професійної освіти «ПІВНІЧНО-ЗАХІДНИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЗАОЧНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра радіотехніки ЕЛЕКТРОДИНАМІКА І ПОШИРЕННЯ радіохвиль НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ КОМПЛЕКС Інститут радіоелектроніки Спеціальність підготовки дипломованого фахівця: радіотехніка Напрям підготовки бакалавра: радіотехніка Санкт-Петербург Видавництво СЗТВ 009

2 Затверджено редакційно-видавничим радою університету УДК Електродинаміка та поширення радіохвиль: учебнометодіческій комплекс / уклад. Л.Я. Родос, Д.А. Чистяков. СПб .: Изд-во СЗТВ, с. Навчально-методичний комплекс (УМК) розроблено відповідно до вимог державних освітніх стандартів вищої професійної освіти. В УМК розглянуті питання теорії електромагнітного поля, основні методи вирішення прикладних задач електродинаміки стосовно до поширення електромагнітних хвиль в направляючих системах і радіохвиль на природних трасах. УМК призначений для студентів спеціальності, які вивчають дисципліну «Електродинаміка та поширення радіохвиль», і бакалаврів техніки і технології у напрямку, що вивчають цю ж дисципліну. Розглянуто на засіданні кафедри радіотехніки р, схвалено методичною комісією інституту радіоелектроніки м Рецензенти: кафедра радіотехніки СЗТВ (зав. Кафедрою Г.І. Худяков, д-р техн. Наук, проф.); В.С. Калашников, д-р техн. наук, проф., гл. науч. співр. ВНДІРА. Укладачі: Л.Я. Родос, канд. техн. наук, доц .; Д.А. Чистяков, канд. техн. наук, доц. Північно-Західний державний заочний технічний університет, 008 Родос Л.Я., Чистяков Д.А., 008

3 1. Інформація про дисципліну 1.1. Передмова Електродинаміка та поширення радіохвиль (ЕД і РРВ) відноситься до дисциплін загальнопрофесійного циклу. Її обсяг за державним освітнім стандартом (дер) становить 170 годин. Вона включає в себе дві взаємопов'язані частини: частина 1 - власне електродинаміку (теоретичну електродинаміку) і частина - поширення радіохвиль (прикладну електродинаміку). Дана дисципліна є базовою для сучасної радіотехніки. Метою вивчення дисципліни є набуття студентами теоретичних знань та навичок вирішення завдань в області теорії електромагнітного поля, особливостей взаємодії електромагнітних хвиль з різними фізичними середовищами, поширення радіохвиль уздовж напрямних систем і на природних трасах. Завдання вивчення дисципліни засвоєння основних положень електродинаміки і особливостей поширення радіохвиль. В результаті вивчення дисципліни студент повинен оволодіти знаннями з дисципліни, які формувались на декількох рівнях: Мати уявлення: про філософської трактуванні поняття «електромагнітне поле», про історію розвитку вчення про електромагнетизм, про взаємозв'язок електричних, магнітних і оптичних явищ, про векторному характер електромагнітних і оптичних полів, про діапазонах радіохвиль, що використовуються в техніці, основні особливості поширення радіохвиль на природних трасах. Знати: рівняння Максвелла в інтегральній і диференціальній формах, фізичний зміст всіх доданків, що входять в ці рівняння; механізми впливу Землі і атмосфери Землі на поширення радіохвиль різних діапазонів. 3

4 Вміти: перетворювати рівняння Максвелла в рівняння електро- та магнітостатики, стаціонарних електричних і магнітних полів, в хвильові рівняння для векторів електромагнітного поля, векторного і скалярного потенціалів; формулювати завдання (вибрати модель) для розрахунку параметрів конкретної радіолінії. Отримати навички: рішення задач електродинаміки методами: розділення змінних, потенціалів, що запізнюються, скалярного і векторного інтегралів Кірхгофа; вибору типу, розмірів і розрахунку параметрів направляючих систем (ліній передачі електромагнітної енергії); розрахунку характеристик випромінювання елементарних випромінювачів і реальних антен; вибору моделі і визначення характеру і ступеня впливу траси поширення радіохвиль на характеристики конкретної радіотехнічної системи. Вивчення дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» вимагає освоєння ряду попередніх дисциплін. До них відносяться: математика (ряди, диференціальне та інтегральне числення, векторна теорія поля, рішення диференціальних рівнянь); фізика (електрика і магнетизм, електродинаміка); інформатика (методи алгоритмізації, чисельні методи рішення). У свою чергу, курс ЕД і РРВ лежить в основі всіх дисциплін, що визначають професійну підготовку фахівця в галузі радіотехніки: основи теорії кіл, радіотехнічні ланцюги і сигнали, пристрої НВЧ і антени, пристрої прийому і обробки сигналів, пристрої генерування і формування сигналів, радіотехнічні системи і ін. Зміст, обсяг і порядок вивчення матеріалів курсу «Електродинаміка та поширення радіохвиль» відповідно до вимог ГОСАН викладені в «Робочій програмі», представленої в рубриці «Інформаційні ресурси». Там же представлений «Тематичний план», що містить інформацію про види звітності за темами. 4

5 1 .. Зміст дисципліни і види навчальної роботи Зміст дисципліни Відповідно до ГОСом в курсі «Електродинаміка та поширення радіохвиль» повинні вивчатися наступні дидактичні одиниці: інтегральні та диференціальні рівняння електромагнетизму; повна система рівнянь Максвелла, граничні умови; енергія електромагнітного поля; теорема Умова-Пойнтінга; граничні задачі електродинаміки; аналітичні та чисельні методи вирішення граничних задач; електромагнітні хвилі в різних середовищах; електродинамічні потенціали; електромагнітні хвилі в напрямних системах; електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах; збудження електромагнітних полів заданими джерелами; випромінювання електромагнітних хвиль у вільний простір; теорема потенціалів, що запізнюються; поширення електромагнітних хвиль поблизу поверхні Землі; тропосферне поширення радіохвиль; поширення радіохвиль в умовах пересіченій місцевості і при наявності перешкод; моделі і методи розрахунку радиотрасс Обсяг дисципліни і види навчальної роботи Всього годин Вид навчальної роботи Форма навчання Очна Очнозаочная Заочна Загальна трудомісткість дисципліни (ЗТД) 170 Робота під керівництвом викладача (РпРП) В тому числі аудиторні заняття: Лекції Практичні заняття (ПЗ) Лабораторні роботи ( ЛР) Кількість годин роботи з використанням ДОТ Самостійна робота студента

6 Проміжний контроль, кількість Контрольна робота - Залік Вид підсумкового контролю (іспит), кількість Перелік видів навчальної роботи студента, поточного контролю успішності та проміжної атестації - дві контрольні роботи (для очно-заочної та заочної форм навчання); -тести (тренувальні по темам, рубежів по розділах дисципліни, питання для самоперевірки і т.п.); - один залік (з лабораторних робіт частини 1 електродинаміка); -два іспиту .. Робочі навчальні матеріали.1. Робоча програма (170 годину.) Частина 1 - електродінаміка.1.1. Розділ 1. Інтегральні і диференціальні рівняння електромагнетизму Основні поняття і визначення (4 год.) [1], з Основні поняття і визначення, матеріальність електромагнітного поля, вектори електромагнітного поля, класифікація середовищ в електродинаміки. Рівняння Максвелла - фундаментальні рівняння електродинаміки (1 год.) [1], з рівняння Максвелла в інтегральній і диференціальній формах і їх фізичний зміст. Рівняння безперервності електричного струму. Сторонні електричні і магнітні струми і заряди. Повна система рівнянь ЕМП в симетричній і несиметричною формах. Рівняння Максвелла при гармонії- 6

7 чеський залежності електромагнітних процесів від часу. Комплексна діелектрична проникність середовищ. Принцип перестановною подвійності рівнянь Максвелла. Енергетичні характеристики ЕМП (6 год.) [1], с Баланс енергії в ЕМП: локалізація, рух і перетворення енергії. Енергетичні характеристики при гармонійної залежності електромагнітних процесів від часу. Електромагнітні хвилі - форма існування ЕМП (6 год.) [1], з Хвильові рівняння для векторів ЕМП. Електродинамічні потенціали. Хвильові рівняння для електродинамічних потенціалів. Хвильові рівняння в комплексній формі. Приватні види рівнянь ЕМП (4 год.) [3], з Електростатичне поле: система зарядів, диполь, ємність, провідники і діелектрики в електростатичному полі. Стаціонарне поле: система струмів, магнітний диполь, індуктивність. Квазістаціонарне поле: від рівнянь Максвелла до теорії цепей..1 .. Розділ. Граничні задачі електродинаміки Основні методи вирішення задач електродинаміки (8 год.) [1], с. 1-7 Внутрішні і зовнішні завдання електродинаміки. Крайові умови і умова випромінювання. Єдність розв'язку задач електродинаміки. Принцип суперпозиції рішень, теорема взаємності, теорема еквівалентності. Суворі методи вирішення: потенціалів, що запізнюються, розділення змінних, Кірхгофа. Наближені методи розв'язування: геометричній і хвильової оптики, крайових хвиль, геометричній теорії дифракції, моделювання. 7

8 Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ) (10 год.) [1], с. 7-4 Загальні властивості хвильових процесів. Плоскі однорідні електромагнітні хвилі в однорідної безмежної ізотропної середовищі. Хвилі в діелектрику, полупроводнике і провіднику. Сферичні ЕМВ в безмежних однорідних середовищах. Випромінювання ЕМВ (1 год.) [1], з Види елементарних випромінювачів. Випромінювання системи заданих струмів. Елементарний електричний випромінювач: складові векторів ЕМП, функція спрямованості, потужність і опір випромінювання. Елементарний магнітний випромінювач. Елемент Гюйгенса. Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі (10 год.) [3], з Електромагнітні хвилі та оптичні промені. Граничні умови для векторів електромагнітного поля. Віддзеркалення і заломлення електромагнітних хвиль на плоскій границі розділу середовищ. Закони Снеллиуса і формули Френеля. Поняття кутів Брюстера, повного внутрішнього відображення, поверхневого ефекту Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах. Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи. Хвилеводи (16 год.) [1], з Загальні відомості про напрямних системах і направляються хвилях. Порожні металеві хвилеводи: прямокутний, круглий. Структура електромагнітного поля, основні типи хвиль, фазова і групова швидкості, довжина хвилі в хвилеводі, характеристичне опір, загасання електромагнітних 8

9 нітних хвиль, збудження і зв'язок волноводов, вибір розмірів хвилеводу для роботи на заданому типі хвиль. Коаксіальні і двопровідні лінії передачі (4 год.) [3], с. 4-9 Особливості хвиль типу Т і основні параметри Т хвилі в коаксіальної і двухпроводной лінії передачі. Фазова постійна, фазова швидкість, групова швидкість, довжина хвилі в лінії, хвильовий опір. Діапазон одномодової роботи коаксіальної лінії. Об'ємні резонатори (8 год.) [3], з Відрізок направляючої структури як резонатор. Загальна теорія об'ємних резонаторів на основі прямокутного, циліндричного і коаксіального волноводов. Власна частота і добротність резонаторів. Порушення резонаторів. Частина поширення радіоволн.1.4. Розділ 4. Поширення ЕМВ поблизу поверхні Землі. Вплив перешкод. Основні поняття і визначення (4 год.), С. 4-7 Основні поняття і визначення в теорії РРВ. Роль і місце питань поширення радіохвиль в підготовці радіоінженерів. Історія розвитку теорії РРВ. Класифікація радіохвиль за діапазонами частот і способів розповсюдження на природних трасах. Поширення радіохвиль у вільному просторі (10 год.), З Електромагнітне поле изотропного і спрямованого випромінювачів у вільному просторі. Рівняння ідеальної радіозв'язку для випромінювачів 9

10 різних типів. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зони Френеля у вільному просторі. Істотна і мінімальна області простору при поширенні радіохвиль. Втрати передачі при поширенні радіохвиль у вільному просторі. Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль (18 год.), З Електричні параметри земної поверхні. Постановка і загальне рішення задачі дифракції радіохвиль навколо однорідної сферичної Земної поверхні. Аналіз загального рішення задачі: вплив електричних параметрів поверхні Землі і відстані між кореспондуючими пунктами на величину і поведінку множника ослаблення в просторі. Відстань прямої видимості і розрахунок множника ослаблення в зоні прямої видимості. Інтерференційні формули. Межі застосовності інтерференційних формул. Розрахунок множника ослаблення в зонах тіні і півтіні. Відображення радіохвиль від поверхні Землі, істотна і мінімальна області відбиває. Облік впливу кривизни Земної поверхні при відображенні радіохвиль. Вплив неоднорідності електричних параметрів Земної поверхні на поширення радіохвиль уздовж неї. Вплив нерівностей поверхні Землі на поширення радіохвиль. Критерій Релея. Загальні відомості про поширення радіохвиль поблизу статистично нерівних поверхонь Розділ 5. Вплив атмосфери Землі на поширення радіохвиль. Вплив тропосфери Землі на поширення радіохвиль (10 год.), З Склад і будова атмосфери Землі. Електромагнітні параметри тропосфери, стратосфери та іоносфери. Рефракція радіохвиль в тропосфері і іоносфері. Рівняння траєкторії хвилі і радіус кривизни променя. Види рефракції радіохвиль в тропосфері. Еквівалентний радіус Землі. Процес утворення і параметри тропосферних волноводов. 10

11 Вплив іоносфери Землі на поширення радіохвиль (8 год.), З Траєкторія радіохвиль в іоносфері. Відображення радіохвиль від іоносфери. Критична і максимальна частоти. Фазова і групова швидкості поширення радіохвиль в іоносфері. Вплив магнітного поля Землі на поширення радіохвиль в іоносфері. Розсіювання і поглинання радіохвиль в тропосфері і іоносфері. Методи експериментального дослідження тропосфери та іоносфери Розділ 6. Моделі та методи розрахунку радиотрасс. Радіолінії різного призначення. Діапазони застосовуваних частот (8 год.), З Лінії радіомовлення, телебачення, радіозв'язку, радіолокації, радіонавігації, радіоуправління і телеметрії. Призначення радіоліній, діапазони застосовуваних частот і особливості поширення радіохвиль цих діапазонів на трасі радіолінії. Методи розрахунку різних радіоліній, з Методики розрахунку радіоліній різного призначення і різних діапазонів радіохвиль. 11

12 .. Тематичний план дісціпліни..1. Тематичний план дисципліни для студентів очної форми навчання п / п Найменування розділів і тем Кількість годин за очною формою навчання Види занять (години) лекції ПЗ (С) ЛР аудит. ДОТ аудит. ДОТ аудит. ДОТ Самостійна робота Тести Види контролю Контрольні роботи Реферати ЛР Курсова робота ВСЬОГО Розділ 1. Інтегральні і диференціальні рівняння електромагнетизму 1.1 Основні поняття і визначення 3 1. Рівняння Максвелла фундаментальні рівняння електродинаміки Енергетичні характеристики електромагнітного поля (ЕМП) Електромагнітні хвилі форма існування ЕМП Приватні види рівнянь ЕМП 7 Розділ. Граничні задачі електродинаміки 8.1 Основні методи вирішення задач електродинаміки 9. Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ) в однорідному середовищі 10.3 Сферические ЕМВ в безмежних середовищах. Випромінювання ЕМВ Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі 1 Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи. Хвилеводи Коаксіальні і двопровідні лінії передачі Об'ємні резонатори Розділ 4. Поширення 4 ЕМВ поблизу поверхні Землі. Вплив перешкод Основні поняття і визначення

13 18 4. Поширення радіохвиль у вільному просторі Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль 0 Розділ 5. Вплив атмосфери Землі на поширення радіохвиль Вплив тропосфери Землі на поширення радіохвиль 5. Вплив іоносфери Землі на поширення радіохвиль 3 Розділ 6. Моделі та методи розрахунку радиотрасс Радіолінії різного призначення. Діапазони застосовуваних частот 5 6. Методи розрахунку різних радіоліній Тематичний план дисципліни для студентів очно-заочної форми навчання п / п Найменування розділів і тем Кількість годин за денною формою Види занять (години) Лекції ПЗ ЛР аудиторних. ДОТ аудиторних. ДОТ аудиторних. ДОТ Самост. робота Тести Види контролю Контр. роботи ПЗ ЛР Курс. роботи Всього Розділ 1. Інтегральні і диференціальні рівняння електромагне- 1 тизма Основні поняття і визначення Рівняння Максвелла - фундаментальні рівняння електродинаміки Енергетичні характеристики електромагнітного поля (ЕМП) Електромагнітні хвилі-форма існування ЕМП Приватні види рівнянь ЕМП 4 7 Закладка. Граничні задачі електродинаміки Основні методи вирішення задач електродинаміки Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ) в однорідному середовищі Сферические ЕМВ в безмежних однорідних середовищах. Випромінювання ЕМВ Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі

14 1 Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах Щоб Їх електромагнітні хвилі і напрямні системи. Хвилеводи Коаксіальні і двопровідні лінії передачі Об'ємні резонатори Розділ 4. Поширення електромагнітних хвиль поблизу поверхні Землі. Вплив перешкод Основні поняття і визначення Поширення радіохвиль у вільному просторі Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Розділ 5. Вплив атмосфери Землі на поширення радіохвиль Вплив тропосфери Землі на поширення радіохвиль вплив іоносфери Землі на поширення радіохвиль Розділ 6. Моделі та методи розрахунку радиотрасс Радіолінії різного призначення. Діапазони застосовуваних частот Методи розрахунку різних радіоліній Тематичний план дисципліни для студентів заочної форми навчання п / п Найменування розділів і тем Кількість годин за очною формою навчання Види занять (години) лекції ПЗ (С) ЛР аудит. ДОТ аудит. ДОТ аудит. ДОТ Самостійна робота Тести Види контролю Контрольні роботи Реферати ЛР Курсова робота ВСЬОГО Розділ 1. Інтегральні і диференціальні рівняння електромагнетизму 1.1 Основні поняття і визначення 3 1. Рівняння Максвелла фундаментальні рівняння електродинаміки Енергетичні характеристики електромагнітного поля (ЕМП)

15 5 1.4 Електромагнітні хвилі форма існування ЕМП Приватні види рівнянь ЕМП Розділ. Граничні задачі електродинаміки Основні методи вирішення задач електродинаміки 9. Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ) в однорідному середовищі Сферические ЕМВ в безмежних середовищах. Випромінювання ЕМВ Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі Розділ 3. ЕМВ в напрямних 3 системах. Електромагнітних нітних коливання в об'ємних резонаторах Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи. Волново- ди Коаксіальні і двопровідні лінії передачі Об'ємні резонатори Розділ 4. Поширення 4 ЕМВ поблизу поверхні Землі. Вплив перешкод Основні поняття і визначення Поширення радіохвиль у вільному просторі Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Розділ 5. Вплив атмосфери 5 Землі на поширення радіохвиль Вплив тропосфери Землі на поширення радіохвиль 5. Вплив іоносфери Землі на поширення радіохвиль 3 Розділ 6. Моделі та методи розрахунку радиотрасс радіолінії різного призначення. Діапазони застосовуваних частот 5 6. Методи розрахунку різних радіоліній

16 .3. Структурно-логічна схема дисципліни Електродинаміка та поширення радіохвиль Розділ 1 Інтегральні і диференціальні рівнянням Розділ Граничні задачі електро- Розділ 3 Електромагнітні хвилі в напрямних Розділ 4 Поширення електромагнітних хвиль поблизу Розділ 5 Вплив атмосфери Землі на поширення Розділ 6 Моделі і методи розрахунку ра- Основні поняття і определе- Рівняння Максвелла- фундаментальні Основні методи вирішення завдань електроді- Щоб Їх електромагнітні хвилі і Основні поняття і определе- Вплив тропосфери Землі на поширення Радіолінії різного призначення. Діап Енергетичні характеристики електро- Плоскі електромагнітні хвилі Сферические електромагнітні хвилі в безгра- Коаксіальні і двопровідні лінії передачі Поширення радіохвиль у вільному про- Вплив іоносфери Землі на поширення Методи розрахунку різних ра- Електромагнітні хвилі форма су- Плоскі електромагнітні віл Об'ємні резонатори Вплив поверхні Землі на поширення поширення радіохвиль в космічному Приватні види рівнянь електромагнітних

17 .4. Часовий графік вивчення дисципліни (для студентів, що займаються з застосуванням ДОТ) Назва розділу (теми) Тривалість вивчення розділу (теми) 1 Розділ 1. Інтегральні і диференціальні 7 дн. рівняння електродинаміки Розділ. Граничні задачі електродинаміки 9 дн. 3 Розділ 3. Електромагнітні хвилі в напрямних системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах 7 дн. 4 Розділ 4. Поширення електромагнітних 7 дн. хвиль поблизу поверхні Землі 5 Розділ 5. Вплив атмосфери Землі на поширення 4 дн. радіохвиль 6 Розділ 6. Моделі та методи розрахунку радиотрасс 4 дн. 7 Контрольна робота 1 дн. 8 Контрольна робота дн. ІТОГО.5. Практичний блок.5.1. Практичні заняття Практичні заняття (очна форма навчання) 4 дн. Номер і найменування теми Тема.3 Сферические ЕМВ в безмежних середовищах. Випромінювання ЕМВ Тема 3.1 Направляти ЕМВ і напрямні системи. Хвилеводи Тема 4. Поширення радіохвиль у вільному просторі Рішення задач на випромінювання ЕМВ елементарними електричним і магнітним диполями Визначення розмірів хвилеводів і характеристик ЕМП в прямокутному і круглому хвилеводах Визначення параметрів ліній радіозв'язку у вільному (космічному) просторі Найменування тем практичних занять Кількість годин Тема 4.3 Вплив по - Розрахунок напруженості ЕМП на ра-

18 поверхні Землі на поширення радіохвиль діолініях, що проходять поблизу поверхні Землі Практичні заняття (заочна та очно-заочна форми навчання). Практичні заняття для студентів зазначених форм навчання навчальними робочими планами НЕ предусмотрени..5 .. Лабораторні роботи Лабораторні роботи (очна форма навчання) Номер та найменування розділу (теми) Розділ. Граничні задачі електродинаміки Тема .. Плоскі електромагнітні хвилі Тема.4. Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах Тема 3.1. Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи Тема 3.3. Об'ємні резонатори Найменування лабораторної роботи Дослідження поляризації електромагнітного поля Дослідження відображення і заломлення плоских ЕМВ на плоскій границі розділу двох однорідних діелектричних середовищ Дослідження основної хвилі в підлогою прямокутному металевому хвилеводі Дослідження електромагнітного поля в циліндричній об'ємному резонаторі Кількість годин

19 Розділ 4. Поширення ЕМВ поблизу поверхні Землі Тема 4 .. Поширення радіохвиль у вільному просторі Тема 4.3. Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Дослідження області простору, що виявляє істотний вплив на поширення радіохвиль в однорідному середовищі Дослідження впливу поверхні Землі на поширення радіохвиль 4 4 Лабораторні роботи (очно-заочна форма навчання) Номер та найменування розділу (теми) Розділ. Граничні задачі електродинаміки Тема .. Плоскі електромагнітні хвилі Тема.4. Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах Тема 3.1. Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи Тема 3.3. Об'ємні резонатори Найменування лабораторної роботи Дослідження поляризації електромагнітного поля Дослідження відображення і заломлення плоских ЕМВ на плоскій границі розділу двох однорідних діелектричних середовищ Дослідження основної хвилі в підлогою прямокутному металевому хвилеводі Дослідження електромагнітного поля в циліндричній об'ємному резонаторі Кількість годин

20 Розділ 4. Поширення ЕМВ поблизу поверхні Землі Тема 4 .. Поширення радіохвиль у вільному просторі Тема 4.3. Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Дослідження області простору, що виявляє істотний вплив на поширення радіохвиль в однорідному середовищі Дослідження впливу поверхні Землі на поширення радіохвиль 4 4 Лабораторні роботи (заочна форма навчання) Номер та найменування розділу (теми) Розділ. Граничні задачі електродинаміки Тема .. Плоскі електромагнітні хвилі Тема.4. Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі Розділ 3. ЕМВ в направляючих системах. Електромагнітні коливання в об'ємних резонаторах Тема 3.1. Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи Тема 3.3. Об'ємні резонатори Найменування лабораторної роботи Дослідження поляризації електромагнітного поля Дослідження відображення і заломлення плоских ЕМВ на плоскій границі розділу двох однорідних діелектричних середовищ Дослідження основної хвилі в підлогою прямокутному металевому хвилеводі Дослідження електромагнітного поля в циліндричній об'ємному резонаторі Кількість годин 4

21 Розділ 4. Поширення ЕМВ поблизу поверхні Землі Тема 4 .. Поширення радіохвиль у вільному просторі Тема 4.3. Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Дослідження області простору, що виявляє істотний вплив на поширення радіохвиль в однорідному середовищі Дослідження впливу поверхні Землі на поширення радіоволн.6. Бально-рейтингова система оцінки знань при використанні ДОТ Дисципліна Електродинаміка та поширення радіохвиль, як зазначалося вище, складається з двох частин. Вивчення першої частини курсу (електродинаміки) здійснюється в п'ятому семестрі і закінчується здачею іспиту. Перша частина курсу містить три розділи (дванадцять тем), при вивченні яких необхідно виконати першу контрольну роботу, що складається з двох завдань. Кожна тема в опорному конспекті закінчується переліком питань для самоперевірки, які слід розглядати в якості тренувальних тестів з відкритим завданням. Після вивчення кожної теми необхідно відповісти на питання тренувальних тестів поточного (проміжного) контролю, що містить п'ять питань. Вивчення кожного розділу закінчується відповіддю на питання тесту рубіжного контролю, що містить десять питань. Номери відповідних тестів наведені в тематичному плані. Визначення рейтинг-балів проводиться таким чином: - за правильну відповідь на питання тесту рубіжного контролю - бала; - за правильно розв'язану задачу - 0 балів. При успішній роботі з матеріалами першої частини курсу студент може отримати х10х3 + 0х \u003d 100 балів. Подолання порогу в 70 балів, а також виконання циклу лабораторних робіт по розділах і 3 в період екзаменаційної сесії та отримання за- 5

22 чета з лабораторних робіт, забезпечує допуск до іспиту. Вивчення другої частини курсу здійснюється в шостому семестрі і закінчується іспитом. Друга частина курсу складається з трьох розділів (семи тем), при вивченні яких необхідно виконати другу контрольну роботу, що складається з двох завдань. Кожна тема в опорному конспекті закінчується питаннями для самоперевірки, які слід розглядати в якості тренувальних тестів з відкритим завданням. Після вивчення кожної теми необхідно відповісти на питання тренувального тесту поточного (проміжного) контролю, що складається з п'яти питань. Вивчення кожного розділу закінчується відповіддю на питання тесту рубіжного контролю, що містить десять питань. Номери відповідних тестів наведені в тематичному плані. Визначення рейтинг-балів при вивченні другої частини курсу проводиться так само, як і першої частини. При успішній роботі з матеріалами другої частини курсу студент може отримати х10х3 + 0х \u003d 100 балів. Подолання порогу в 75 балів і виконання циклу лабораторних робіт в період екзаменаційної сесії забезпечує допуск до іспиту. 3. Інформаційні ресурси дисципліни 3.1. Бібліографічний список Основний: 1. Калашников, В.С. Електродинаміка та поширення радіохвиль (електродинаміка): письм. лекції / В.С. Калашников, Л.Я. Родос. СПб .: Іздво СЗТВ, Родос, Л.Я. Електродинаміка та поширення радіохвиль (поширення радіохвиль): учеб.- метод. комплекс: Учеб.пособие / Л.Я. Родос. - СПб .: Изд-во СЗТВ, Красюк, Н.П. Електродинаміка та поширення радіохвиль: навч. посібник для вузів / Н.П. Красюк, Н.Д. Димовіч.- М .: Вища. шк., Додатковий: 6

23 4. Петров, Б.М. Електродинаміка та поширення радіохвиль: навч. для вузів / Б.М. Петров. е вид., испр. М .: Гаряча лінія Телеком, Красюк, Н.П. Поширення УКВ в неоднорідній тропосфері: навч. посібник / Н.П. Красюк, Л.Я. Родос. Л .: СЗПІ, Чистяков, Д. А. Закони та рівняння електродинаміки як слідства рівнянь Максвелла: конспект лекцій / Д.А. Чистяков. СПб .: СЗПІ, Чистяков, Д.А. Основи електродинаміки в задачах з рішеннями: писмо. лекції / Д.А. Чистяков. СПб .: СЗПІ, Чистяков, Д.А. Рівняння Максвелла фізичні аксіоми електродинаміки: письм. лекції / Д.А. Чистяков. СПб .: СЗПІ, В електронній бібліотеці СЗТВ за адресою є джерела з бібліографічного списку під номерами: 1 ;; Опорний конспект (сценарій навчального процесу) Дисципліна Електродинаміка та поширення радіохвиль, як зазначалося вище, є фундаментальною дисципліною і повністю виходить на курсах фізики і вищої математики. У зв'язку з цим, приступаючи до її вивчення, необхідно відновити в пам'яті основні відомості з другої частини курсу загальної фізики (електрика і магнетизм) і наступних розділів вищої математики: рівняння математичної фізики, векторний аналіз, теорія поля. Основною метою дисципліни є вивчення рівнянь Максвелла, їх фізичного сенсу і застосування цих рівнянь для вирішення прикладних завдань радіофізики і радіотехніки. Методика і послідовність вивчення дисципліни відповідають переліку тем тематичного плану. Матеріал кожної теми насичений математичними співвідношеннями, фізична інтерпретація яких найчастіше досить складна, тому вивчення матеріалу вимагає серйозної, вдумливої \u200b\u200bроботи. 7

24 3..1. Основні поняття і визначення в електродинаміки Основні поняття і визначення викладені в на сторінках При вивченні даного розділу необхідно усвідомити призначення дисципліни при підготовці радіоінженерів, місце і завдання її в системі сучасних уявлень природознавства, звернувши особливу увагу на матеріальність електромагнітного поля. Необхідно засвоїти, що електромагнітне поле у \u200b\u200bвсіх своїх проявах повністю характеризується двома основними і чотирма додатковими векторами. Електромагнітне поле існує і розглядається в різних середовищах, які класифікуються за характером залежності їх електромагнітних параметрів від часу, просторових координат, величини і напрямки векторів електромагнітного поля, існуючого в даному середовищі. Всі математичні співвідношення даного курсу записуються в одиницях "СІ". Питання для самоперевірки 1. Які основні особливості електромагнітного поля, що підтверджують його матеріальність ?. У чому полягає фізичний зміст векторів, що характеризують електромагнітне поле? 3. Який вид мають матеріальні рівняння для векторів електромагнітного поля? 4. Які класифікації середовищ, застосовуються в електродинаміки? 3 ... Рівняння Максвелла - фундаментальні рівняння електродинаміки Зміст даного розділу представлено в на сторінках Необхідно звернути увагу на те, що рівняння Максвелла є результатом узагальнення великого числа фізичних законів, являють собою фундаментальні залежності макроскопічної електродинаміки, що дозволяють отримати всі основні співвідношення теорії електромагніт- 8

25 ного поля. Слід усвідомити, що джерелами електромагнітного поля є електрично заряджені частинки або рухомі, або знаходяться в спокої. У практичних додатках часто використовується гармонійна залежність від часу величин, що входять в рівняння Максвелла, тому для їх подання зручно застосовувати символічний метод. Питання для самоперевірки 1. Які експериментальні закони лежать в основі рівнянь Максвелла ?. У чому полягає фізичний зміст струму зміщення? 3. Який фізичний зміст рівнянь Максвелла в інтегральній і диференціальній формах? 4. У чому полягає різниця між симетричною і несиметричною формами записи рівнянь Максвелла? Енергетичні характеристики ЕМП Зміст даного розділу викладено в на сторінках Електромагнітне поле як вид матерії має певною енергією. Для нього справедливий закон збереження. Аналітичним поданням цього закону є рівняння балансу електромагнітної енергії - теорема Умова - Пойнтінга. Питання для самоперевірки 1. Які енергетичні складові можуть входити в рівняння балансу енергії електромагнітного поля ?. Запишіть вираз для вектора Пойнтінга в разі гармонійних в часі полів Електромагнітні хвилі - форма існування ЕМП Зміст даного розділу наведено в на сторінках З рівнянь Максвелла випливає, що електромагнітне поле може су- 9

26 ществовать у вигляді електромагнітних хвиль. Адекватними співвідношеннями, що описують хвильовий характер електромагнітного поля, є хвильові рівняння - диференціальні рівняння в приватних похідних другого порядку, які можуть бути отримані безпосередньо з рівнянь Максвелла - диференціальних рівнянь в приватних похідних першого порядку. Для вирішення різного роду прикладних задач використовуються зазвичай хвильові рівняння для векторів поля і хвильові рівняння для електродинамічних потенціалів. При гармонійної залежності електродинамічних процесів від часу форма запису і рішення хвильових рівнянь істотно спрощуються. Питання для самоперевірки 1. Які види хвильових рівнянь використовуються для вирішення задач електродинаміки ?. У чому полягає сенс каліброваного співвідношення? 3. У чому полягає відмінність рівнянь Даламбера і Гельмгольца від узагальненого хвильового рівняння? 4. Чи є різниця між векторним потенціалом і вектором Герца в разі гармонійного електромагнітного поля? Приватні види рівнянь ЕМП Зміст даного розділу наведено в на Сторінки Рівняння стаціонарних і статичних полів виходять як окремі випадки з рівнянь електродинаміки - рівнянь Максвелла за умови, що джерела електромагнітного поля або стаціонарні (не залежать від часу), або, крім того, ще й нерухомі (статичні). Стаціонарні і статичні поля матеріальні; для них виконується закон збереження і перетворення енергії, але вони не носять хвильового характеру і в рівняннях, що описують їх поведінку, не міститься тимчасової залежності (наприклад, рівняння Пуассона і Лапласа). Питання для самоперевірки 10

27 1. За яких умов система рівнянь Максвелла розпадається на системи рівнянь електро- і магнітостатики ?. У чому полягає відмінність стаціонарних і статичних полів? 3. Чим визначається величина енергії електростатичного поля? 4. Запишіть рівняння другого порядку в приватних похідних для статичних і стаціонарних полів. 5. Які методи використовуються для вирішення задач електростатики? Основні методи вирішення задач електродинаміки Зміст даного розділу викладено в на сторінках 1 7. При освоєнні цього розділу необхідно вивчити особливості формулювання і вирішення внутрішніх і зовнішніх задач електродинаміки, звернувши особливу увагу на формулювання умов єдиності рішення електродинамічних задач для обмежених і безмежних обсягів простору, основні принципи і теореми, які використовуються при побудові рішень практичних завдань. Вивчити строгі і наближені методи рішення, враховуючи, що результати рішення будь-якими суворими методами збігаються, в той час як результати виконання завдання, отримані різними наближеними методами, відрізняються один від одного. Питання для самоперевірки 1. Як формулюються внутрішні і зовнішні завдання електродинаміки ?. У чому полягає роль умови випромінювання при вирішенні зовнішніх завдань? 3. Як формулюється теорема єдиності рішення задач електродинаміки? 4. За яких умов справедливий принцип суперпозиції рішень? 5. Для яких середовищ виконується теорема взаємності і в чому полягає її сутність? 6. Яка роль теореми еквівалентності для зовнішніх задач електродинаміки? 7. Що лежить в основі рішення задач методом запізнілих потен- 11

28 циал? 8. За яких умов метод Кірхгофа може розглядатися як строгий метод розв'язання? 9. Сформулюйте умови застосовності методів геометричної та хвильової оптики. 10. У чому полягає сутність методів крайових хвиль і геометричної теорії дифракції? 11. У чому полягає сутність методу електродинамічного моделювання? Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ) Зміст розділу представлено в на сторінках 7 4. В даному розділі необхідно звернути увагу на те, що для характеристики будь-якого хвильового процесу вводяться поняття фазового і амплітудного хвильових фронтів. У загальному випадку фазові фронти можуть мати довільну форму, проте основними є: плоска, циліндрична і сферична. Для характеристики векторних хвильових процесів крім амплітуди, фази і частоти коливань, вводиться поняття поляризації. Необхідно вивчити всі існуючі різновиди поляризації електромагнітних хвиль. Тут же слід розглянути рішення рівнянь Гельмгольца для векторів електромагнітного поля у вигляді плоских хвиль, звернувши увагу на різні математичні форми запису виразів, взаємну орієнтацію векторів напруженостей електричного і магнітного полів і вектора Пойнтінга, а також на зв'язок між ними та електромагнітними параметрами середовища. Слід вивчити особливості поширення плоскої хвилі в діелектрику, полупроводнике і провіднику, звернувши увагу на специфіку поширення плоскої хвилі в середовищах з провідністю (експоненціальне убування амплітуди, поява фазового зсуву і дисперсії). Питання для самоперевірки 1. У чому полягає відмінність хвильових процесів від коливальних процесів в радіотехнічних ланцюгах? 1

29. Яка додаткова характеристика вводиться для опису векторних хвильових процесів? 3. Які види поляризації прийнято розглядати в задачах електродинаміки? 4. Які основні властивості плоскої хвилі? 5. Який характер носить хвильовий число в різних середовищах? 6. У чому полягають особливості поширення плоскої хвилі в середовищах з провідністю? 7. Яка природа явища дисперсії при поширенні плоскої хвилі в полупроводящей середовищі? 8. До чого призводить нелінійність і анізотропія середовища при поширенні плоскої хвилі? Сферичні ЕМВ в безмежних однорідних середовищах. Випромінювання ЕМВ Зміст даного розділу наведено в на сторінках При вивченні цього розділу необхідно усвідомити постановку задачі про випромінювання електромагнітних хвиль, а також те, що випромінювання створюється тільки електричними зарядами, що рухаються з прискоренням. Необхідно засвоїти мета введення поняття елементарного випромінювача, види моделей елементарних випромінювачів і методи розрахунку їх характеристик. Слід звернути увагу на особливості розподілу електромагнітного поля елементарного випромінювача в просторі в залежності від відстані та кутових координат, засвоїти особливості поведінки вектора Пойнтінга. Необхідно також знати основні технічні характеристики випромінювачів, такі як діаграма спрямованості, потужність і опір випромінювання, коефіцієнт спрямованої дії. Питання для самоперевірки 1. Яка мета введення поняття елементарного випромінювача? 13

30. Як формулюється задача випромінювання електромагнітних хвиль? 3. Який метод вирішення використовується для розрахунку випромінювання елементарного електричного диполя? 4. Назвіть характерні зони простору і критерії поділу, в яких прийнято розглядати поле випромінювання. 5. Охарактеризуйте енергетичні властивості поля, що випромінює елементарним випромінювачем. 6. Які характеристики властиві елементарного випромінювача як антени? 7. Які моделі використовуються для опису елементарного магнітного випромінювача? 8. Порівняйте випромінює здатність елементарних електричного і магнітного випромінювачів. 9. Який вигляд має діаграма спрямованості елемента Гюйгенса? Плоскі ЕМВ в неоднорідному середовищі Зміст даного розділу представлено в на сторінках При вивченні цього розділу студент повинен усвідомити постановку задачі про відображення і в ламанні плоскої електромагнітної хвилі на плоскій границі розділу середовищ і фізику явищ, що мають місце на межі поділу. Необхідно знати методику отримання співвідношень для векторів електромагнітного поля на межі розділу, звернувши увагу на галузі використання граничних умов. Слід також вивчити зміст і сенс таких понять як кут повного внутрішнього відображення, кут Брюстера, поверхневий ефект. Питання для самоперевірки 1. У чому полягає фізика відображення, і заломлення плоскої хвилі на межі розділу середовищ ?. Як формулюється електродинамічна задача на відображення і пре- 14

31 ломленія плоскої хвилі на межі розділу середовищ? 3. У чому полягає сенс введення граничних умов? 4. Як визначається поляризація електромагнітної хвилі, падаючої на межу розділу середовищ? 5. У чому полягає фізичний зміст явища повної поляризації? 6. Що розуміється під товщиною скін-шару? 7. Зобразіть поведінку модуля, і фази коефіцієнта відбиття при падінні плоскої хвилі на межу розділу в функції від кута падіння Щоб Їх ЕМВ і напрямні системи. Хвилеводи Зміст даного розділу наведено в на сторінках В даному розділі слід вивчити існуючі види направляючих систем, типи і основні особливості електромагнітних хвиль, що поширюються в них, розглянути рішення хвильового рівняння для прямокутного і круглого волноводов. Необхідно усвідомити основні параметри, що характеризують роботу хвилеводу: критична довжина хвилі, довжина хвилі в хвилеводі, фазова і групова швидкості, характеристичний опір хвилеводу. Необхідно знати і вміти зобразити графічно структуру основних типів коливань в прямокутному і круглому хвилеводі, а також вміти вибрати розміри хвилеводу для роботи на заданому типі коливань. Слід також мати уявлення про розподіл струмів на стінках хвилеводу і системах збудження і зв'язку волноводов. Питання для самоперевірки 1. Назвіть існуючі в даний час типи напрямних систем .. У чому полягає відмінність електричних, магнітних і поперечних електромагнітних хвиль в лініях передачі? 3. Які типи хвиль можуть поширюватися в хвилеводах, коаксіальних і дротяних лініях передачі? 4. Сформулюйте постановку задачі про поширення електромагнітних 15

32 нітних хвиль в хвилеводі. 5. Які граничні умови використовуються при вирішенні хвильового рівняння в підлогою металевому хвилеводі? 6. В яких межах можуть змінюватися фазова і групова швидкості електромагнітних хвиль в хвилеводі? 7. Який тип коливань прийнято називати основним? 8. Виходячи з яких умов, проводиться вибір розмірів поперечного перерізу хвилеводу? 9. Сформулюйте вимоги до пристроїв збудження електромагнітних коливань в волноводе Коаксіальні і двопровідні лінії передачі Зміст розділу представлено в на Сторінки 4 9. У даному розділі необхідно вивчити основні поняття, пов'язані з поперечним електромагнітних хвиль, звернути увагу на особливості розподілу електромагнітної хвилі уздовж лінії передачі і в її поперечних перетинах. Слід також уміти записати вирази для основних параметрів, що характеризують дані лінії передачі: хвильового опору, погонной ємності й індуктивності, коефіцієнта ослаблення, величини яку переносять потужності. Питання для самоперевірки 1. Сформулюйте основні властивості поперечної хвилі в лініях передачі .. Покажіть картину силових ліній електромагнітної хвилі в площині поперечного перерізу коаксіальної і двухпроводной ліній передачі. 3. Запишіть вирази для основних параметрів розглянутих ліній передачі Об'ємні резонатори Зміст даного розділу представлено в на сторінках При вивченні даного розділу необхідно усвідомити призначення і конст- 16

33 руктівних особливості різних видів об'ємних резонаторів. Ознайомитися з методом вирішення хвильового рівняння для об'ємного резонатора, побудованого на базі прямокутного хвилеводу, типами та структурою найпростіших видів коливань в ньому, а також з методами розрахунку основних параметрів резонатора. Слід знати основні типи коливань в циліндричних об'ємних резонаторах, способи визначення власної резонансної частоти, добротності і розмірів резонатора, способи збудження. Питання для самоперевірки 1. Які типи об'ємних резонаторів використовуються в техніці надвисоких частот ?. Які типи коливань можуть існувати в об'ємних резонаторах? 3. Як визначається добротність об'ємного резонатора? 4. З яких міркувань визначаються розміри об'ємних резонаторів, побудованих на основі прямокутного і круглого волноводов? 5. Які системи збудження резонаторів використовуються на практиці? Основні поняття і визначення в теорії РРВ Зміст даного розділу представлено в на сторінці 4. В даному розділі, необхідно звернути увагу на роль російських вчених в розробці теорії і розвитку техніки систем радіомовлення, радіозв'язку, телебачення, радіолокації. Слід пам'ятати, що в даний час в усьому світі прийнята десяткова система розподілу частотного діапазону хвиль на піддіапазони. Необхідно мати уявлення про особливості поширення радіохвиль цих піддіапазонів. Питання для самоперевірки 1. На які піддіапазони поділяють весь діапазон радіохвиль ?. Які особливості поширення радіохвиль різних піддіапазонів? 17

34 Поширення радіохвиль у вільному просторі Зміст даного розділу представлено в на сторінках У цьому розділі слід звернути увагу на енергетичні співвідношення при поширенні радіохвиль ненаправленного і спрямованого випромінювачів у вільному просторі. Необхідно вміти вивести і проаналізувати рівняння ідеальної радіозв'язку; використовуючи принцип Гюйгенса-Френеля, побудувати зони Френеля і визначити істотну і мінімальну області простору, що впливають на поширення радіохвиль. Необхідно також звернути увагу на те, що навіть при поширенні радіохвиль у вільному просторі має місце ослаблення потоку енергії електромагнітного поля з відстанню. Слід вміти пояснити фізику цього явища і записати математичний вираз для втрат передачі у вільному просторі. Питання для самоперевірки 1. Як визначити щільність потоку енергії і напруженість поля ненаправленного і спрямованого випромінювачів у вільному просторі ?. Як формулюється принцип Гюйгенса-Френеля? 3. Як будуються зони Френеля при РРВ у вільному просторі? 4. З яких міркувань визначають істотну і мінімальну області, що впливають на РРВ у вільному просторі? 5. Як пояснити процес ослаблення електромагнітного поля у вільному просторі? Вплив поверхні Землі на поширення радіохвиль Зміст даного розділу представлено в на сторінках В даному розділі необхідно засвоїти, що поверхня Землі має суттєвий вплив на РРВ. Це вплив враховується введенням множника ослаблення поля вільного простору, який обчислюється, виходячи з конкретного виду радиотрасс. Потрібно знати електромагнітні параметри 18

35 основних різновидів земної поверхні. Для визначення множника ослаблення необхідно вирішити складне завдання дифракції радіохвиль навколо реальної поверхні Землі. Слід мати на увазі, що в даний час ця задача, навіть в самій суворої постановці, не враховує нерівностей поверхні Землі і вирішується для гладкої сферичної поверхні. Отримувані, навіть при такій постановці завдання, вирази, є надзвичайно складними і розрахунки множника ослаблення можливі тільки із застосуванням ЕОМ, тому в інженерній практиці, для деяких радиотрасс, застосовують наближені методи рішення, що базуються на інтерференційних формулах в освітленій області і одночленной дифракційної формулою в області глибокої тіні. Для врахування впливу реального розподілу параметрів Землі уздовж радиотрасс і нерівностей її поверхні також застосовують наближені методи. Слід звернути увагу на явища: берегової рефракції (викривлення траєкторій електромагнітної хвилі); ефект посилення величини електромагнітного поля за рахунок перешкод; на стрибкоподібне зміна величини електромагнітного поля при переході через кордон ділянок траси з різними електромагнітними параметрами. Нерівності на поверхні Землі розподілені випадковим чином, що призводить до необхідності застосування методів математичної статистики при дослідженні процесів поширення радіохвиль над подібними нерівними поверхнями. Питання для самоперевірки 1. Як враховують вплив поверхні Землі на РРВ ?. Якими електромагнітними параметрами характеризують поверхню Землі? 3. Як формулюють завдання дифракції радіохвиль навколо поверхні Землі? 4. Які характерні області простору прийнято виділяти при изу- 19

Методичні вказівки щодо вивчення дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» і «Електромагнітні поля і хвилі» для студентів ВДБВ-6-16 Список літератури Основна література 1.Нікольскій В.В.,

ЗМІСТ Передмова ... 8 Глава 1. Основи електромагнетизму ... 9 1.1. Електромагнітне поле ... 9 1.2. Щільність струму провідності ... 12 1.3. Закон збереження заряду ... 14 1.4. Закон Гаусса ... 15 1.5. закон

1 1. Цілі і завдання дисципліни 1.1. Цілі викладання дисципліни Дисципліна «Основи електродинаміки і поширення радіохвиль» забезпечує базову підготовку радіоінженерів в теорії електродинаміки і

Перелік запитань для підготовки до іспиту з дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» зимова сесія 2018/19 навчального року групи РРБО-16 * Питання, які не були розглянуті на заняттях,

Скорочення: Опр Ф-ка Ф-ла - Пр - визначення формулювання формула приклад 1. Електричне поле 1) Фундаментальні властивості заряду (перерахувати) 2) Закон Кулона (Ф-ла, рис) 3) Вектор напруженості електричного

МІНІСТЕРСТВО ПОВІТРЯНОГО ТРАНСПОРТУ ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА освітня установа вищої професійної освіти «Московський державний технічний університет ГРОМАДЯНСЬКОЇ

Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕІ» «ЗАТВЕРДЖУЮ» Директор ІРЕ Мірошникова І.М. підпис

Питання для самоконтролю за темами: Електростатика, магнетизм, коливання. 1. Які носії електричного заряду ви знаєте? 2. Чим заряджене тіло відрізняється від нейтрального на атомарному рівні. 3. Що

Бакалаври ФІЗИКА І природознавство (для студентів факультету ІБМ) 3 СЕМЕСТР Модуль 1 Таблиця 1 Види аудиторних занять і самостійної роботи Терміни проведення або виконання, тижні Трудомісткість, годинник

Електродинаміка 1. Математичні методи електродинаміки. Елементи векторного і тензорного обчислення (коротке зведення основних формул і понять). Спеціальні функції математичної фізики. 2. Основні

8 ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ І ВИПРОМІНЮВАННЯ рухомих зарядів Розглянемо електромагнітне поле рухомого довільним чином точкового заряду Воно описується запізнілими потенціалами які запишемо в вигляді

2 Розділ 1. Основні поняття теорії електромагнітного поля Основні величини, що характеризують електромагнітне поле. Класифікація середовищ по відношенню до електромагнітного поля. Система рівнянь електродинаміки.

ÔÅÄÅÐÀËÜÍÎÅ ÀÃÅÍÒÑÒÂÎ ÏÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÞ Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ ÀÝÐÎÊÎÑÌÈ ÅÑÊÎÃÎ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈß ЕЛЕКТРОДИНАМІКА.

Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої освіти «Саратовський державний технічний університет імені Гагаріна Ю.А.» Кафедра «Автоматизовані електротехнологічні

Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти «Академія цивільного захисту Міністерства Російської Федерації у справах цивільної оборони, надзвичайних

Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. Електромагнітні поля і хвилі ВИДАННЯ ДРУГЕ, перероблене і доповнене ВИДАВНИЦТВО «РАДЯНСЬКЕ РАДІО» МОСКВА - одна тисяча дев'ятсот сімдесят один Викладаються основи теорії електромагнітного поля. головне

ПРОЕКТ ПРОГРАМИ ДИСЦИПЛІНИ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Федеральне державне бюджетне освітня установа вищої професійної освіти «Новосибірський національний

Електростатики 1. Два роду електричних зарядів, їх властивості. Способи зарядки тел. Найменший неподільний електричний заряд. Одиниця електричного заряду. Закон збереження електричних зарядів. Електростатика.

Титульний аркуш робочої навчальної програми Ф СО ПГУ 7.18.3 / 30 Міністерство освіти і науки Республіки Казахстан Павлодарський державний університет ім. С. Торайгирова Кафедра «Радіотехніка та телекомунікації»

3 1 ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНИ ТЕОРІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ Система рівнянь електродинаміки (рівнянь Максвелла) описує найбільш загальні закони електромагнітного поля Ці закони пов'язують між собою електричні

Додаток 7 до наказу 853-1 від 27 вересня 2016 р МОСКОВСЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ ІНСТИТУТ (НАЦІОНАЛЬНИЙ ДОСЛІДНИЙ УНІВЕРСИТЕТ) ПРОГРАМА ВСТУПНОГО міждисциплінарних ІСПИТУ до магістратури за НАПРЯМКУ

ГОУ ВПО РОСІЙСЬКО-ВІРМЕНСЬКИЙ (СЛОВ'ЯНСЬКИЙ) УНІВЕРСИТЕТ Складено відповідно до державних вимог до мінімуму змісту та рівня підготовки випускників за вказаним напрямком і Положенням

ЗМІСТ Введення ................................................ ................ 5 Список прийнятих позначень та скорочень ............................ ...... 7 Прийняті позначення ......................................... ......

1. Цілі і завдання освоєння навчальної дисципліни 1.1. Мета дисципліни Курс Електродинаміка і поширений радіохвиль є курсом напрямки 10400.6 "Радіотехніка" і знайомить студентів з фізичними основами

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Федеральне державне автономне установа вищої професійної освіти "Казанський (Приволзький) федеральний університет" Інститут

Тесту Тестові завдання з дисципліни «Основи електродинаміки і поширення радіохвиль» (залишкові знання) Рубрикація Міра Бал оцінки труднощі 1 2 4 1 2 2 4 1. Плоскі електромагнітні хвилі (ЕМХ)

Вид занять Розподіл годин дисципліни по семестрах семестрів, число навчальних тижнів в семестрах 1 19 2 20 3 19 4 20 5 19 6 18 7 19 8 7 Разом УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД

Програма дисципліни "Антени та поширення радіохвиль"; 118. Радіофізика; доцент, к.н. (Доцент) Насиров І.А. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Федеральне державне автономне

ГЛАВА 5 Плоскі хвилі Випромінювач електромагнітної хвилі створює навколо себе фронт цих хвиль На великих відстанях від випромінювача хвилю можна вважати сферичної Але на дуже великих відстанях від випромінювача

Електромагнітні хвилі Існування електромагнітних хвиль було теоретично передбачене великим англійським фізиком Дж. Максвеллом в 1864 році. Максвелл проаналізував всі відомі на той час закони

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Федеральне державне автономне освітня установа вищої освіти «Новосибірський національний дослідницький державний

5 Щоб Їх хвилі направляти хвиля це хвиля яка поширюється вздовж заданого напрямку Пріоритетність напрямку забезпечується направляючою системою 5 Основні властивості і параметри спрямовується

Федеральне агентство з освіти ГОУ ВПО Уральський державний технічний університет - УПІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ Питання для програмованого теоретичного колоквіуму з фізики для студентів

Некомерційне акціонерне товариство Алматинська УНІВЕРСИТЕТ ЕНЕРГЕТИКИ І ЗВ'ЯЗКУ ФАКУЛЬТЕТ радіотехніки ТА ЗВ'ЯЗКУ КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКА Затверджено Декан Медеуов У.И. «2» 06 2012р. ПРОГРАМА КУРСУ (Syllabus)

ЗМІСТ Передмова ... 6 Як користуватися книгою ... 9 Методичні вказівки до вирішення задач ... 12 Позначення фізичних величин ... 14 Введення ... 16 1. Електростатика і постійний струм ... 18 1.1. електростатичне

Робоча навчальна програма з дисципліни Антени та розповсюдження радіохвіль Введення 1.1. Об'єкт вивчення об'єкт вивчення: 1) радіофізичні процеси, що виникають при поширенні радіохвиль в атмосфері

ЗМІСТ Введення ... 5 Список прийнятих позначень та скорочень ... 7 Прийняті позначення ... 7 Прийняті скорочення ... 7 Частина перша МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ електромагнітних полів Глава 1 Загальні відомості про електромагнітне

Центр забезпечення якості освіти Інститут Група ПІБ МОДУЛЬ: ФІЗИКА (електромагнетизму + КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ (МОДУЛЬ 5 І 6)) 1 Вірні твердження 1) магнітні властивості постійних магнітів обумовлені

Теорія ліній передачі Поширення електромагнітної енергії по напрямних системам Напрямна система це лінія, здатна передавати електромагнітну енергію в заданому напрямку. Таким каналізуються

Волгоградський державний університет Фізико-технічний інститут Кафедра лазерної фізики ЗАТВЕРДЖЕНО ВЧЕНИМ РАДОЮ Протокол від 2014 р Директор фізико-технічного інституту К.М. Фірсов 2014 р РЕКОМЕНДОВАНО

Зміст Передмова ... 3 1. ОСНОВНІ УЯВЛЕННЯ І РІВНЯННЯ ТЕОРІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ПОЛЯ ... 6 1.1. Характеристики електромагнітного поля і середовища ... 6 1.2. Інтегральні рівняння електромагнітного

Теорія сейсмічних хвиль Програма дисципліни Програма дисципліни «Теорія сейсмічних хвиль» складена відповідно до вимог (федеральний компонент) Вказати, в рамках якої спеціальності (напряму)

ПИТАННЯ ДО ЗАЛІКУ З ОЦІНКОЮ З ОСНОВ електродинаміки ФІЗИЧНІ ВИЗНАЧЕННЯ 1. У яких одиницях вимірюється електричний заряд в СІ і СГСЕ (ГС)? Як пов'язані між собою ці одиниці для заряду? заряд протона

Міністерство освіти Республіки Білорусь Установа освіти «Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки» «Стверджую» Декан факультету комп'ютерного проектування Будник

Стаття

• формат djvu
• розмір 922.8 КБ
• доданий 05 лютого 2010 р

Заборонкова, Т. М. Основи електродинаміки і поширення радіохвиль:
навчально-методичний посібник / Т. М. Заборонкова, Е. Н. Мясні-
ков. - Н. Новгород: Изд-во ФГТУ ВПО «ВГАВТ», 2009. - 133 с.

зміст:
Статичні електричне та магнітне поля,
Електростатичне поле,
Постійний електричний струм,
Стаціонарне магнітне поле,
Рух заряджених частинок в постійних електричному і магнітному полях,
Електромагнітне поле, рівняння Максвелла,
Закон електромагнітної індукції,
Струм зміщення, система рівнянь Максвелла,
Усереднені рівняння Максвелла -Лоренца в матеріальних середовищах,
Граничні умови для електричного і магнітногополей,
Електромагнітні хвилі у вільному просторі,
Плоска монохроматична електромагнітна хвиля,
Поляризація електромагнітних хвиль,
Сферичні електромагнітні хвилі в свободномпространстве,
Випромінювання електромагнітних хвиль елементарним вібратором,
Електромагнітні хвилі в однорідних матеріальних середовищах,
Електромагнітні хвилі в однорідному ізотропномдіелектріке,
Електромагнітні хвилі в середовищі з поглинанням,
Дисперсія діелектричної проникності,
Поширення пакетів електромагнітних хвиль групова швидкість,
Перенесення енергії пакетом хвиль,
Дисперсія і резонансне поглинання молекулярногогаза
Електромагнітні хвилі в плазмі,
Параметри іоносферної плазми,
Електромагнітні хвилі в однорідної ізотропнойплазме,
Електромагнітні хвилі в однорідної магнітоактивної плазмі,
Падіння електромагнітних хвиль на границю розділу однорідних середовищ,
Віддзеркалення і заломлення хвиль від плоскої межі розділу двох середовищ,
Відображення від ідеально провідної поверхні,
Відображення від недосконалого провідника,
Поширення електромагнітних хвиль в плавно неоднорідному середовищі,
Плавно неоднорідна среда, наближення геометричної оптики,
Рефракція радіохвиль в атмосфері Землі,
Відображення радіохвиль від шару неоднорідної плазми. ,
Особливості відображення радіохвиль від іоносфери при обліку магнітного поля,
Інтерференція і дифракція електромагнітних хвиль,
Інтерференція плоских монохроматичних хвиль,
Принцип Гюйгенса -Френеля -Кірхгофа,
Дифракція Фраунгофера,
Дифракція Френеля,
Дифракція радіохвиль на випадкових неоднорідностях електронної концентрації,
Поширення радіохвиль в атмосфері Землі,
Ідеальна радиотрасс, діапазони радіохвиль,
Вплив підстильної поверхні на поширення радіохвиль,
Вплив тропосфери на поширення радіохвиль,
Поширення радіохвиль в іоносфері.

Схожі розділи

Дивіться також

Бабаєнко Л.А. Електродинаміка та поширення радіохвиль 1 частина

• формат pdf
• розмір 582.45 КБ
• доданий 06 вересня 2011 р

Навчальний посібник СПбДПУ 2006р. 55 сторінок. частина 1 Конспект лекцій (частина I) відповідає групі розділів дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» напрямів підготовки бакалаврів 552500 «Радіотехніка», а також спеціальності 2015000 «Побутова радіоелектронна апаратура». Розглянуто основні рівняння електродинаміки, граничні умови для векторів електромагнітного поля, енергетичні характеристики, статичні та стаціонарні ...

Бабаєнко Л.А. Електродинаміка та поширення радіохвиль 2 частина

• формат pdf
• розмір 509.49 КБ
• доданий 06 вересня 2011 р

Навчальний посібник СПбДПУ 2006р. 42 сторінки. частина 2 Конспект лекцій (частина 2) відповідає групі розділів дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» напрямів підготовки бакалаврів 552500 «Радіотехніка», а також спеціальності 2015000 «Побутова радіоелектронна апаратура». Розглянуто Постановка задач електродинаміки, електромагнітні хвилі в різних середовищах, Хвильові явища на межі поділу двох середовищ призначений для студентів ...

Бабаєнко Л.А. Електродинаміка та поширення радіохвиль 3 частина

• формат pdf
• розмір 529.18 КБ
• доданий 06 вересня 2011 р

Навчальний посібник СПбДПУ 2006р. 49 сторінок. частина 3 Л.А.Бабенко. Електродинаміка та поширення радіохвиль. Основні рівняння електродинаміки. Статичні та стаціонарні поля. Конспект лекцій. Частина 3 Конспект лекцій (частина 3) відповідає групі розділів дисципліни «Електродинаміка та поширення радіохвиль» напрямів підготовки бакалаврів 552500 «Радіотехніка», а також спеціальності 2015000 «Побутова радіоелектронна апаратура». Розгляді питання ...

Баскаков С.І. Електродинаміка та поширення радіохвиль. (Підручник + задачник)

• формат djvu
• розмір 12.97 МБ
• доданий 11 березня 2010 р

Два файлу: підручник і задачник. 1. Баскаков. Електродинаміка та поширення радіохвиль. 1992. 2. Баскаков. Збірник завдань по курсу "Електродинаміка та поширення радіохвиль". 1981 1. Баскаков. Електродинаміка та поширення радіохвиль: Викладаються основи макроскопічної електродинаміки, теорія плоских електромагнітних хвиль в різних середовищах, методи розрахунків хвилеводних і коливальних систем, а також пристроїв випромінювання і прийому електромагніт ...

Долуханов М.П. поширення радіохвиль

• формат djvu
• розмір 3.81 МБ
• доданий 06 січня 2009 р

Видавництво "Зв'язок", Москва 1972 рік. У книзі на ряду з загальними питаннями поширення радіохвиль детально розглянуто поширення над плоскою і гладкою сферичної поверхнями Землі, над нерівній місцевістю; аналізується вплив тропосфери на поширення земних хвиль; розглянуті процеси поширення тропосферних хвиль, поглинання радіохвиль в тропосфері. Викладено питання будови іоносфери і поширення в ній радіохвиль. Подр ...

Лекції - Електродинаміка та поширення радіохвиль

Стаття

• формат doc
• розмір 1.98 МБ
• доданий 26 грудня 2009 р

Володимирський державний університет (ВлГУ). Викладач: Гаврилов В. М. 184 стор. Електромагнітне поле і параметри середовищ. Основні рівняння електродинаміки. Граничні умови. Енергія електромагнітного поля. Електродинамічні потенціали гармонійного поля. Плоскі електромагнітні хвилі. Поширення радіовлон в різних середовищах. Хвильові явища на межі поділу двох середовищ. Поверхневий ефект. Елементарні випромінювачі. Основні ті ...

1.1 Електромагнітне поле

Електромагнітне поле складається з електричного поля, взаємозалежного з магнітним полем. Електричне поле представляють вектор електричної індукції, функціонально залежний від вектора напруженості електричного поля . Магнітне поле представляють вектор магнітної індукції
, Функціонально залежний від напруженості магнітного поля .

Вектори електромагнітного поля в загальному випадку являють нестаціонарне електромагнітне векторне поле, що є функцією координат і часу:

- електрична індукція;

- магнітна індукція.

Стаціонарне електромагнітне векторне поле, є функцією координат і не залежить від часу:

- напруженість електричного поля;

- напруженість магнітного поля;

- електрична індукція;

- магнітна індукція.

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі дорівнює швидкості світла

c \u003d 3 × 10 8 м / с.

де λ - довжина хвилі, м;

T - період, с.

частота , Гц

c \u003d λf

Кругова частота, с -1

ω \u003d 2πf.

Чим більше довжина електромагнітної хвилі, тим менше частота. Електромагнітні хвилі починаються з меншою частоти, потім починаються радіохвилі діапазонів наддовгих, довгих хвиль, далі середні хвилі з більшою частотою, короткі, ультракороткі хвилі з ще більшою частотою. За радіохвилями слід інфрачервоне випромінювання з меншою довжиною хвилі, але більшою частотою, ніж у радіохвиль. Видиме світло, починається з хвиль червоного кольору. Назви квітів починаються з літер в порядку приказки: "Кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан". Закінчується видиме світло хвилями фіолетового кольору. Далі йдуть: ультрафіолетове, рентгенівське, гамма випромінювання і космічна радіація.

Теорія електромагнітного поля базується на векторному численні і векторних полях, найбільш важливі положення яких розглянемо нижче.

1.2 Скалярні і векторні поля

1.2.1 Потенційний (безвіхревое) і вихровий векторні поля

Лінії потенційного (безвихрового) поляпочинаються в джерелі і закінчуються в стоці. Лінії вихрового (соленоідального) поля не мають джерел, завжди замкнені, безперервні( см. малюнок[ 4 ] ) .

Р малюнок - Потенційне (безвіхревое) і вихровий поля

циркуляція вектора потенційного поля по замкнутому контуруLдорівнює нулю

потік вектора вихрового поля через замкнутий ую поверхню Sдорівнює нулю

Електростатичне поле може бути тільки потенційним (безвихровим), магнітне поле є тільки вихровим.

1.2.2 Градієнт скалярного поля, оператор Гамільтона

Градієнт (перепад) скалярного поля φ - це вектор, що показує в якому напрямку найбільш швидко збільшується φ, рівний за величиною похідною за цим напрямком

Умовний вектор або оператор Гамільтона

Градієнт скалярного поля φ, записаний за допомогою оператора Гамільтона (оператора «Набла»)

Поверхня рівня φ містить однакові значення φ \u003d const скалярного поля, тому градієнт скалярного поля φ перпендикулярний поверхні рівня φ і спрямований в бік збільшення φ (див. Рисунок [4]).

Малюнок - Градієнт скалярного поля

1.2.3 Дивергенція (розбіжність)

Дано векторне поле в точці (x; y; z)

де
- одиничні вектори (орти) в напрямках осей координат x, y, z відповідно.

Для векторного поля в точці (x; y; z) дивергенція (розбіжність) в точці P дорівнює межі потоку вектора через поверхнюS, обмежує обсягV, поділеного на V при прагненні V до нуля

Значення дивергенції в точкахP векторних полів (див. Рисунок [4]).

Малюнок - Значення дивергенції

При розбіжність більшою нуля

всередині області V знаходяться джерела векторного поля.

При негативній розбіжність

всередині об ласті V знаходяться стоки векторного поля.

При розбіжність рівною нулю

з мулові лінії поля пронизують областьV або замкнуті (вихровий поле).

1.2.4 Ротор (вихор)

Ротор (вихор) дозволяє оцінити ступінь обертання в якійсь точці (x; y; z ) Векторного поля

де - одиничні вектори (орти) в напрямках осей координат x, y, z відповідно.

Для векторного поля в точці (x; y; z) проекція ротора на напрямок нормалі до поверхні, рав на межі циркуляції вектора навколо контуру C, поділеній на площуΔ Sповерхні, огранич енно й контуром C, при прагненні Δ Sдо нуля

Напрямок нормалі пов'язано з напрямком обходу контуру C правилом правого гвинта.

Ротор (вихор) векторного поля, використовуючи оператор Гамільтона

проекції вектора
на осі координат

Якщо в точці P ротор дорівнює нулю

,

то обертання в цій точці немає і векторне поле потенційне.

1.3 Види розподілу зарядів

Густина зарядів, Кл / м 3

Заряд, зосереджений в обсязі V, Кл

поверхност ная щільність зарядів, Кл / м 2

Заряд, зосереджений на поверхні S, Кл

линів ная щільність зарядів, Кл / м

заряд нитки , Кл

Заряд точкових зарядів дорівнює сумі N зарядів кінцевої величини

1.4 Електричне поле

Вектор електричного зміщення (електричної індукції) дорівнює електричної постійної ε 0, помноженої на дужку, в якій одиниця складається з електричної сприйнятливістю χ е, помноженої на вектор напруженості електричного поля

електрична постійна

Вектор електричного зміщення (електричної індукції) в речовині

де ε - абсолютна електрична проникність.

Вектор електричної індукції у вакуумі

.

1.5 Магнітне поле

Вектор магнітної індукції дорівнює магнітної постійної μ 0, помноженої на дужку, в якій одиниця складається з магнітною сприйнятливістю χ м, помноженої на вектор напруженості магнітного поля

магнітної постійна

Вектор магнітної індукції в речовині

де μ - абсолютна магнітна проникність.

Вектор магнітної індукції у вакуумі

1.6 Закон Ома в диференціальній формі

Закон Ома для ділянки кола

U \u003d IR

щільність струму

висловимо

проинтегрируем по і отримаємо залежність струму від щільності струму

Закон Ома в диференціальній формі дозволяє визначити щільність струму, А / м 2

де σ - питома провідність середовища, См / м.

2 Рівняння Максвелла

Система рівнянь Максвелла в диференціальної формі описує змінні електромагнітні поля

Вектори в рівняннях Максвелла представляють нестаціонарне електромагнітне векторне поле, що є функцією координат x, y, z і часу t.

2.1 Окремі випадки електромагнітних явищ

В окремих випадках рівняння Максвелла можуть спрощуватися.

2.1.1 Стаціонарне електромагнітне поле

Стаціонарне електромагнітне поле створюється постійними струмами і описується векторними функціями координат, що не залежать від часу:

Напруженість електричного поля;

Електрична індукція;

Напруженість магнітного поля;

Магнітна індукція.

Векторні функції не залежать від часу, тому приватні похідні по часу в рівняннях Максвелла дорівнюють нулю:

Система у Рівняння Максвелла в диференціальної формі набуває вигляду, що описує стаціонарне електромагнітне поле:

2.1.2 Статичні електричні або магнітні поля

Статичні поля не змінюються з часом і не мають рухомих зарядів, отже, струмів

.

Система рівнянь Максвелла розділяється на дві незалежні одна від одної системи рівнянь. Перша система характеризує електростатичне поле і називається системою диференціальних рівнянь електростатики

Друга система рівнянь описує магнитостатическое поле, що створюється постійними нерухомими магнітами

Ця система рівнянь може використовуватися для опису магнітних полів, створених постійними струмами, але в областях, в яких щільність струму дорівнює нулю, і які не зчеплені з струмом (не охоплюють лінії струму).

2.1.3 Рівняння Максвелла в комплексній формі

Якщо вектори електромагнітного поля змінюються в часі по гармонійним законам, то система рівнянь Максвелла може бути представлена \u200b\u200bв комплексній формі, яка не містить часу, для комплексних векторів

або комплексних амплітуд

2.1.4 Хвильові рівняння

З рівнянь Максвелла в комплексній формі, висловлюючи окремо рівняння для комплексних векторів і виходять хвильові рівняння Гельмгольцадля векторів

і комплексних амплітуд

де - хвильове число, д ля вакууму

.

3 Плоскі електромагнітні хвилі

На великих відстанях від джерела елемент сферичної хвилі наближено можна прийняти плоским. Плоскі хвилі не можуть бути створені джерелами, вони придумані для значного спрощення теорії електромагнітних хвиль в окремих випадках.

Вектори напруженості електричного і магнітного полів плоскої хвилі синфазних і осцилюють уздовж взаємно перпендикулярних напрямків в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі. Такі хвилі є поперечними (див. Малюнок).

Малюнок - Миттєва картина розподілу напруженості електричного і магнітного полів вздовж напрямку поширення плоскої хвилі. В часі картина поля переміщається в просторі з фазової швидкістю v ф уздовж осі z

Фронт хвилі являє собою геометричне місце точок поля з однаковою фазою: у плоскій хвилі (див. Малюнок) однієї з цих поверхонь є площина z \u003d z 0, перпендикулярна напряму поширення хвилі. Параметри поля при переміщенні в межах фронту хвилі не змінюються.

Фронт плоскої хвилі є площиною, перпендикулярної напрямку поширення хвилі. Параметри поля при переміщенні в межах цієї площини не змінюються, тому приватні похідні за напрямками x і y дорівнюють нулю:

У Олнова рівняння Гельмгольцадля плоскої хвилі стають одновимірнимидля векторів

і комплексних амплітуд

Рішення диференціальних рівнянь для векторів

де , - орт в напрямку векторів електричної та магнітної напруженостей відповідно;

A, B, C, D - коефіцієнти.

Дійсні частини векторів

Проаналізуємо в першому рівнянні перший доданок. На малюнку покажемо положення максимуму електричного поля в моменти часу t (точка A) і t + Δ t.

Малюнок - Положення максимумів електричного поля

За час Δ tположення максимуму перемістилося наΔ z,можемо записати рівність

A cos (ωt - kz) \u003d A cos (ωt + ωΔt - kz - k Δz),

в якому аргументи рівні

ω t - kz \u003d ωt + ωΔt - kz - k Δz

0 \u003d ωΔt - kΔz

ωΔt \u003d kΔz.

Звідси отримуємо фазових у швидкість v ф - швидкість поширення фронту хвилі

для вакууму

тому фазова швидкість в вакуумі

Підставами значення констант

отже, в вакуумі швидкість поширення фронту хвилі дорівнює швидкості світла.

Фазова швидкість в якийсь середовищі

Фазова швидкість не залежить від частоти.

Амплітуди двох точок на відстані довжини хвилі λ з фазами, що відрізняються на 2π рівні, тому виконується рівність

cos (ωt - kz) \u003d cos (ωt - k (z + λ) + 2π),

в якому аргументи рівні

ωt - kz \u003d ωt - k (z + λ) + 2π,

ωt - kz \u003d ωt - kz - kλ + 2π.

скоротимо ω t - kz

0 = − k λ + 2π,

k λ \u003d 2 π.

Звідси довжина хвилі

Для довільної середовища

,

тому довжина хвилі

У вакуумі довжина хвилі

Довжина хвилі в інших середовищах

Хвильовий опір вакууму

Для сухого повітря приймається таке ж хвильовий опір.

4 Поширення радіохвиль

Всі електромагнітні хвилі, в тому числі і радіохвилі поширюються у вакуумі зі швидкістю 3 × 10 8 м / с.

4.1 Поширення радіохвиль у вільному просторі

Поширення радіохвиль в атмосфері, уздовж земної поверхні, в земній корі, в космічному просторі нашої галактики і за її межами приймемо за вільне поширення радіохвиль, яке і розглянемо.

4.1.1 Класифікація радіохвиль за діапазонами

Радіохвилі мають діапазон частот від тисяч герц до тисяч гігагерц: 3 · 10 3 - 3 х 10 12 Гц. У довгих хвиль частота менше, ніж у коротких хвиль, що мають велику частоту.

Застосування радіохвиль можливо завдяки передавальному пристрою, природному середовищу поширення радіохвиль і приймального пристрою, все разом утворюють радиолинию.

Земні атмосфера і поверхня є середовищами поглинають, електрично неоднорідними, що мають не постійну в часі і просторі провідність, діелектричну проникність, залежать від частоти поширюються радіохвиль.

Тому радіохвилі були розділені на діапазони частот з приблизно однаковими умовами поширення радіохвиль в межах цих діапазонів частот. Діапазони частот прийняті Міжнародним консультативним комітетом по радіо (МККР) відповідно до Регламенту радіозв'язку.

Для радіозв'язку використовуються і хвилі оптичного діапазону: інфрачервоні, видимі і ультрафіолетові.

Потужність електромагнітних хвиль залежить від частоти в 4-го ступеня

P ~ ω 4.

Хвилі з більшою частотою, але з меншою довжиною хвилі здатні мати більшу потужність.

Антени з вузькою діаграмою спрямованості мають розміри значно перевищують довжину хвилі, для високих частот простіше зробити такі високоефективні антени.

Чим вище несуча частота, тим більше число незалежних модульованих каналів може передаватися такими радіохвилями.

4.2 Положення з теорії антен

Простір навколо антени розділяється на три області, що мають різну структуру полів і розрахункових формул: ближня, проміжна і далека. У реальних лініях зв'язку зазвичай має місце далека область (зона Фраунгофера) на відстанях від антени

де L - максимальний розмір випромінюючої області антени, м;

λ - довжина хвилі, м.

Характеристичне (хвильовий) опір вільного середовища

Вектор Пойнтінга (вектор Умова - Пойнтінга), Вт / м 2

де P - потужність, Вт;

r - відстань від антени до точки спостереження, м.

де D - коефіцієнт спрямованої дії (КНД) антени.

Середнє значення вектора Пойнтінга в далекій зоні

зі співвідношення

висловимо амплітуду напруженості магнітного поля

Підставами

Прирівняємо вектори Пойнтінга

скоротимо

Амплітуда напруженості електричного поля в далекій зоні антени у вільному просторі

Напруженість поля в інших напрямках визначається за допомогою діаграми спрямованості антени F (θ, α), в якій кути θ і α в сферичної системі координат (r, θ, α) задають напрямок на точку спостереження:

5 Поширення радіохвиль різних діапазонів

5.1 Поширення наддовгих і довгих хвиль

Наддовгі хвилі (СДВ) мають довжину хвилі понад 10 000 м і частоту менше 30 кГц. Довгі хвилі (ДВ) мають довжину хвилі від 1000 до 10 000 м і частоту 300-30 кГц.

СДВ і ДВ мають велику довжину хвилі, тому добре огинають земну поверхню. Токи провідності цих радіохвиль значно перевищують струми зміщення для всіх видів земної поверхні, тому відбувається незначне поглинання енергії при поширенні поверхневої хвилі. Тому СДВ і ДВ можуть поширюватися на відстані до 3 тис. Км.

СДВ і ДВ слабо поглинаються в іоносфері. Чим нижче частота радіохвилі, тим потрібна нижча електронна концентрація іоносфери для повороту радіохвилі до Землі. Тому, поворот СДВ і ДВ відбувається в нижній межі іоносфери (вдень в шарі D і вночі в шарі E) на висоті 80-100 км. Тропосфера на поширення СДВ і ДВ практично не впливає. Навколо Землі СДВ і ДВ поширюються, відбиваючись від іоносфери і від земної поверхні в сферичному шарі 80-100 км між нижньою межею іоносфери і земною поверхнею.

Лінії зв'язку на СДВ і ДВ володіють великою стійкістю напруженості електричного поля. Протягом доби і року величина сигналу мало змінюється, а також не піддається випадковим змінам. Тому СДВ і ДВ широко використовуються в навігаційних системах.

Обмежений частотний діапазон (3-300 кГц) СДВ і ДВ не дозволяє розмістити навіть один телевізійний канал, для якого потрібна смуга 8МГц.

Велика довжина хвилі СДВ і ДВ диктує використання громіздких антен.

Незважаючи на недоліки, СДВ і ДВ використовуються в радіонавігації, радіомовлення, радіотелефонного і телеграфного зв'язку в тому числі і з підводними об'єктами, так як ці та оптичні хвилі слабо поглинаються в морській воді.

5.2 Поширення середніх хвиль

Середні хвилі (СВ) мають довжину хвилі від 100 до 1 000 м, частоту від 300 кГц до 3 МГц (0,3 - 3 МГц). Можуть поширюватися земні і іоносферні СВ, які використовуються переважно в радіомовленні.

Земні СВ-радіолінії обмежені протяжністю не більше 1000 км через істотне поглинання СВ земною поверхнею.

Іоносферних СВ може позначитися від шару E іоносфери. Через найнижчий шарD іоносфери, що з'являється тільки вдень, СВ проходять і сильно поглинаються в ньому,практично виключаючи зв'язок днем. Тому вночі в іоносфері поглинання СВ значно зменшуєтьсяі на відстанях великих 1000 км від передавача зв'язоквідновлюється.

Через інтерференції іоносферних хвиль між собою або (і вночі) з земними хвилями виникають випадкові завмирання сигналу (федінга). Антіфедінговие антени мають притиснутий до земної поверхні максимум діаграми спрямованості для боротьби з завмираннямиі перехресної модуляцією на СВ.

5.3 Поширення коротких хвиль

Короткі хвилі (КВ) мають довжину хвилі від 10 до 100 м (в 10 разів коротше середніх хвиль), частоту від 3 до 30 МГц (в 10 разів більше частоти СВ). КВ використовуються переважно для радіомовлення.

КВ сильно поглинаються земною поверхнею і погано огинають поверхню Землі, тому земні КВ поширюються лише на кілька десятків кілометрів.

КВ відчувають поглинання і проходять в самих нижніх шарах іоносфери D і E, але відбиваються від шаруF.

Розрахунок КВ ліній зв'язку полягає в складанні графіка робочих частот в залежності від часу доби (хвильового розкладу).

5.4 Особливості поширення ультракоротких хвиль

Ультракороткі хвилі (УКХ) мають довжину хвилі менше 10 м і частоту понад 30 МГц. За частотою знизу УКВ межують з КВ, а зверху з інфрачервоними хвилями. Іоносфера для УКВ прозора, тому УКВ-лінії застосовуються в основному в межах прямої видимості.

УКВ мають великий частотний діапазон, здатний передавати значні обсяги інформації. На метрових і дециметрових хвилях можна розмістити 297 телевізійних каналів. У всьому короткохвильовому діапазоні розмістяться всього 3 телевізійні канали, а в усьому СВ діапазоні жодного.

Розвиток мобільного та супутникового зв'язку, Інтернету та інші вищевказані причини змушують радіотехніку переходити на більш високі частоти, тому УКВ набувають все більшої значущості.

5.4.1 Поширення ультракоротких хвиль в межах прямої видимості

УКВ лінії зв'язку, що працюють в межах прямої видимості:

УКВ і телевізійне мовлення;

Радіолокаційні станції (РЛС);

Радіорелейні лінії зв'язку (РРЛ);

Зв'язок з космічними об'єктами;

Мобільний зв'язок.

5.4.2 Поширення УКХ за горизонт

Дальнє поширення УКХ за лінію горизонту відбувається наступним чином:

Завдяки розсіювання на неоднорідностях тропосфери;

Сверхрефракція в тропосфері;

Розсіювання на неоднорідностях іоносфери;

Завдяки відображенню від шарів іоносфери F 2 і E S;

- завдяки відображенню від метеорних слідів;

Завдяки посиленню перешкодою (див. Рисунок)

Малюнок - Поширення радіохвиль при посиленні перешкодою

Перелік умовних позначень, символів, одиниць і термінів

D, B - вектори електричної і магнітної індукції

Е, Н - вектори напруженостей електричного і магнітного поля

I (r, t) - електричний струм

j (r, t) - вектор щільності електричного струму

P-потужність електромагнітного поля

M - вектор намагніченості

P - вектор поляризації

q - електричний заряд

ε, μ - абсолютні діелектрична і магнітна проникності

ε 0, μ 0 - діелектрична і магнітна постійні

ε r, μ r -відносні діелектрична і магнітна проникності

П - вектор Пойнтінга (вектор Умова - Пойнтінга)

ρ, ξ, τ - щільності об'ємного, поверхневого і лінійного заряду

σ - питома провідність середовища

φ - скалярний електростатичний потенціал

χ е, χ м - електрична і магнітна сприйнятливість

W - енергія електромагнітного поля

W е, W м - енергії електричного і магнітного поля

w-щільність енергії електромагнітного поля

w е, w м - щільності енергій електричного і магнітного поля

k - хвильове число

СДВ - наддовгі хвилі

ДВ - довгі хвилі

СВ - середні хвилі

КВ - короткі хвилі

УКХ - ультракороткі хвилі

РЛС - радіолокаційна станція

РРЛ - радіорелейний лінія

D - коефіцієнт спрямованої дії (КНД) антени

G - коефіцієнт посилення антени

F (θ, α) - діаграма спрямованості антени

R 0 - радіус Землі (6371 км)

Z 0 - хвильовий опір вільного простору

Список використаних джерел

1.Електродінаміка і поширення радіохвиль: навч. посібник / Л.А. Боков, В.А. Замотрінскій, А.Е. Мандель. - Томськ: Томськ. держ. ун-т систем упр. і радіоелектроніки, 2013. - 410 с.

2.Морозов А.В. Електродинаміка та поширення радіохвиль: підручник для вищ. військових навчань. закладів / Морозов А. В., нирці А. Н., Шмаков Н. П. - М.: Радіотехніка, 2007. - 408 с.

3.Яманов Д.Н. Основи електродинаміки і поширення радіохвиль. Частина I. Основи електродинаміки: Тексти лекцій. - М .: МГТУ ГА, 2002. - 80 с.

4.Панько В.С. Лекції з курсу «Електродинаміка та поширення радіохвиль».

Консультації Ольшевського Андрія Георгійовича по Skype da .irk .ru

Теоретичні основи електротехніки (ТОЕ), електроніка, схемотехніка, основи цифрової, аналогової електроніки, електродинаміка та поширення радіохвиль.

Зрозуміле пояснення теорії, ліквідація прогалин в розумінні, навчання прийомам рішення задач, консультування при написанні курсових, дипломів.

Генерація, впровадження ідей. Основи наукових досліджень, методи генерації, впровадження наукових, винахідницьких, бізнес ідей. Навчання прийомам вирішення наукових проблем, винахідницьких задач. Наукове, изобретательское, письменницьке, інженерне творчість. Постановка, вибір, рішення найбільш цінних наукових, винахідницьких задач, ідей.

Публікації результатів творчості. Як написати і опублікувати наукову статтю, подати заявку на винахід, написати, видати книгу. Теорія написання, захисту дисертацій. Заробляння грошей на ідеях, винаходи. Консультування при створенні винаходів, написанні заявок на винаходи, наукових статей, заявок на винаходи, книг, монографій, дисертацій. Співавторство у винаходах, наукових статтях, монографіях.

Підготовка студентів і школярів з математики, фізики, інформатики, школярів бажаючих отримати багато балів (частина C) і слабких учнів до ОГЕ (ДПА) і ЄДІ. Одночасне поліпшення поточної успішності шляхом розвитку пам'яті, мислення, зрозумілого пояснення складного, наочного піднесення предметів. Особливий підхід до кожного учня. Підготовка до олімпіад, що забезпечує пільги під час вступу. 15-річний досвід поліпшення успішності учнів.

Вища математика, алгебра, геометрія, теорія ймовірностей, математична статистика, лінійне програмування.

Авіаційні, ракетні і двигун автомобіля. Гіперзвукові, прямоточні, ракетні, імпульсні детонаційні, пульсуючі, газотурбінні, поршневі двигуни внутрішнього згоряння - теорія, конструкція, розрахунок, міцність, проектування, технологія виготовлення. Термодинаміка, теплотехніка, газова динаміка, гідравліка.

Авіація, механіка, аеродинаміка, динаміка польоту, теорія, конструкція, аерогідромеханіки. Надлегкі літальні апарати, екраноплани, літаки, вертольоти, ракети, крилаті ракети, апарати на повітряній подушці, дирижаблі, гвинти - теорія, конструкція, розрахунок, міцність, проектування, технологія виготовлення.

Теоретична механіка (теормех), опір матеріалів (спрямують), деталі машин, теорія механізмів і машин (ТММ), технологія машинобудування, технічні дисципліни.

Аналітична геометрія, нарисна геометрія, інженерна графіка, креслення. Комп'ютерна графіка, програмування графіки, креслення в Автокад, Нанокад, фотомонтаж.

Логіка, графи, дерева, дискретна математика.

OpenOffice і LibreOffice Basic, Visual Basic, VBA, NET, ASP.NET, макроси, VBScript, Бейсік, С, С ++, Делфі, Паскаль, Delphi, Pascal, C #, JavaScript, Fortran, html, Маткад. Створення програм, ігор для ПК, ноутбуків, мобільних пристроїв. Використання безкоштовних готових програм, двигунів з відкритими початковими кодами.

Створення, розміщення, розкручування, програмування сайтів, інтернет-магазинів, заробітки на сайтах, Web-дизайн.

Інформатика, користувач ПК: тексти, таблиці, презентації, навчання методу оператора ПК за 2 години, бази даних, 1С, Windows, Word, Excel, Access, Gimp, OpenOffice, Автокад, nanoCad, Інтернет, мережі, електронна пошта.

Пристрій, ремонт комп'ютерів стаціонарних і ноутбуків.

Відеоблогер, створення, редагування, розміщення відео, відеомонтаж, заробляння грошей на відеоблозі.

Вибір, досягнення цілей, планування.

Навчання заробляння грошей в Інтернет: блогер, відеоблогер, програми, сайти, інтернет-магазин, статті, книги та ін.

Skype: da.irk.ru

сайти: www.da.irk.ru

11.01.18 Ольшевський Андрій Георгійович e-mail:[Email protected]

Ви можете підтримати розвиток сайту за допомогою платіжної форми нижче.

Також Ви можете оплатити консультаційні та інші послуги Ольшевського Андрія Георгійовича