Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (Все лекции в электронном виде по ЭДиРРВ)

Портал радиолюбителяН.С. Голубева, В.Н. МитрохинОсновырадиоэлектроникисверхвысоких частотИздание второе, стереотЮiноеДопущено Министерством образования и наукиРоссийской Федерации в качестве учебного пособиядля студентов высших учебных заведений,обучающихся по направлению подготовки«Радиотехника>>МоскваИздательство МПУ имени Н.Э. Баумана2008УДКББК538.3(075.8)22.3ГбОРецензенты:Кафедра «Физика и техника оптической связи»Нижегородского государственного технического университета(заведующий кафедрой засл.

деятель науки Российской Федерации,д-р техн. наук, проф . С.Б . Раевский) ;засл. деятель науки Российской Федерации,д-р техн. наук, проф. Г.Г. Шишкин(Московский государственный авиационный институт -ТУ)Голубева Н.С., Митрохин В.И.ГбООсновы радиоэлектроники сверхвысоких частот: Учеб. пособие для ву-зов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2006. -488с.: ил.

(Электро­ника).ISBN 5-7038-2740-ХИзложены основы теории линейных и нелинейных электромагнитныхпроцессов в пассивных и активных средах. Рассмотрено взаимодействиеэлектромагнитного поля с электронным потоком, диэлектрической, маг­нитной и плазменной средами, а также вопросы преобразования частот,усиления и генерирования. Приведена теория волноводов , в том числе не­однородных, сложных конфигураций, содержащих намагниченные ферри­ты; резонаторов; ферритовых устройств сверхвысоких частот. В приложе­нии кратко изложены применяемый математический аппарат и основныесведения из квантовой механики.Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, которыйчитают авторы в МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Для студентов радиотехнических специальностей вузов. Будет полез­но аспирантам и инженерам.УДК538.3(075.8)ББК22.3ISBN 5-703 8-2740-Х© Н.С. Голубева, В .Н. Митрохин, 2006© МПУ им. Н.Э. Баумана, 2006© Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана,2006175-летию МГТУ им. НЭ. Бауманаи светлой памяти нашего учителя -Александра Михайловича Кугушева посвящаетсяПРЕДИСЛОВИЕДостижения современной радиоэлектроники нanurn: широкое применение вовсех областях человеческой деятельности.

В значительной степени это связано спростотой преобразования электромагнитной энергии из одного вида в другой ивозможностью передачи ее на любые расстояния.В книге дается анализ физических процессов, происходящих в линейных и не­линейных, в активных и пассивных средах. Изложение основывается на уравненияхэлектромагнитного поля, в которые нелинейность вводится через параметры среды.Процессы передачи электромагнитной энергии по направляющим системам,в том числе по регулярным, неоднородным, сложного поперечного сечения, со­держащим намагниченные ферриты волноводам и по ступенчатым и плавнымпереходам, рассматриваются как линейные.

В этом случае электромагнитноеполе не взаимодействует со средой, в которой оно распространяется. Характери­стики поля и среды не изменяются.Нелинейные процессы преобразования частоты, самофокусировка и самока­нализация,прикоторыхэнергияэлектромагнитногополяневозрастает,рас­сматриваются как результат взаимодействия поля с пассивной средой; генериро­вание и усиление электромагнитного поля-с активной средой.В книге рассмотрены физические процессы в колебательных системах,включая объемные резонаторы и ферритовые волноводные устройства сверхвы­соких частот, использующие эффект Фарадея и ферромагнитный резонанс, раз­личия в структурах полей прямой и обратной волн.Волноводные устройства сверхвысоких частот относятся к устройствам сраспределенными параметрами, и электромагнитные процессы, происходящие вних, имеют волновой характер.

Поэтому, если интерес представляют особенно­сти передачи энергии через эти устройства, то нет необходимости определятьэлектромагнитное поле в каждой точке системы сложным электродинамическимпутем. Для расчета характеристик целесообразно воспользоваться более про­стым путем-теорией электрических цепей, оперирующей интегральнымифункциями (током, напряжением, сопротивлением, индуктивностью, емкостью).Применяемые методы решений уравнений и основные понятия квантовоймеханики приведены в приложении, что дает возможность не нарушать логику ипоследовательность изложения основного материала.Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам рукописи-кафедре «Физика и техника оптической связи» Нижегородского государственно­го технического университета (заведующий кафедрой профессор С.Б.

Раевский)и профессору Г.Г. Шишкину. Их советы и ценные замечания способствовалиулучшению содержания книги.Н. С. Голубева,В.Н. МитрохинОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯА-векторный потенциалА-то же в комплексной формеАпт-коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения[А]- матрица передачиВ-вектор магнитной индукцииВ-то же в комплексной формеВт,,-коэффициент Эйнштейна для индуцированного поглощенияВ,,"'-коэффициент Эйнштейна для индуцированного излученияС0-погонная емкость длинной линиис-скорость светаDвектор электрической индукцииi>-то же в комплексной формее-заряд электронаЕ-вектор напряженности электрического поляЕ-то же в комплексной формеЕт-амплитуда напряженности электрического поляЕт-комплексная амплитуда напряженности электрического поляЕт (пrо) -комплексная амплитуда напряженности п-й гармоники электриче-ского поляЕд-действующее значение напряженности электрического поляЕд-комплексное действующее значение напряженности электрического поляЕст- вектор напряженности стороннего электрического поляЕстf-то же в комплексной форме- частота(F;k) -тензор напряженности электромагнитного поля(f;k ) -тензор индукцииgкоэффициент вырождения-g(ro) -форм-фактор спектральной линииНвектор напряженности магнитного поляН-то же в комплексной формеОсновные обозначенияНт-амплитуда напряженности магнитного поляЙт-комплексная амплитуда напряженности магнитного поляЙ т (пrо) -комплексная амплитуда напряженности п-й гармоники магнитного поляНд-действующее значение напряженности магнитного поляЙд-комплексное действующее значение напряженности магнитного поляh, 1i-постоянная Планкаi-комплексное действующее значение переменного тока-мгновенное значение тока-вектор плотности токаJJmjт( 1i = h / (2n) )амплитуда плотности токакомплексная амплитуда плотности тока-jm(nro) -комплексная амплитуда п-й гармоники плотности токаJст-вектор плотности стороннего токаJ :т-амплитуда плотности стороннего тока.

ст] т-комплексная амплитуда плотности стороннего токаJ пол Jнам J-вектор плотности тока поляризацииJ пов-поверхностная плотность токаk-постоянная Больцманаk-вектор комплексной постоянной распространениявектор плотности тока намагниченностичетырехмерный вектор плотности токаk(nro) -комплексная постоянная распространения п-й гармоникиk 1 (пrо) -комплексная постоянная распространения п-й гармоники токаkм (nro)-комплексная постоянная распространения п-й гармоники намагни-ченностиk Р ( пrо) -комплексная постоянная распространения п-й гармоники поляризацииk0-постоянная распространения направляющей системыLo-погонная индуктивность длинной линииМ-вектор намагниченностиМт-комплексная амплитуда намагниченности- длинаМ т(пrо)- комплексная амплитуда п-й гармоники намагниченности(М ik )7-тензор поляризациит-масса электронап-коэффициент преломленияОсновные обозначения8Nп-населенность п-го уровняР-вектор поляризацииРт-комплексная амплитуда поляризацииРт (пrо) -комплексная амплитуда п-й гармоники поляризацииР-Р0- действительная (активная) мощностьР,-реактивная мощностьРЕ-комплексный коэффициент прохождения по электрическому полюР8-комплексный коэффициент прохождения по магнитному полюр нам-средняя плотность мощности , связанная с намагниченностью0комплексная мощностьр0 пол р пров0иидр поrл0средняя плотность мощности , связанная с поляризацией-средняя плотность мощности, связанная с проводимостью-средняя плотность мощности индуцированного поглощенияр;:~-средняя плотность мощности индуцированного излученияQ-добротностьq-электрический зарядR0[S]-погонное сопротивление длинной линии-волновая матрица рассеянияТТ- период[Т]-t- времяабсолютная температураволновая матрица передачиИ-комплексное действующее значение напряженияv-вектор скоростиV- объемvrp- групповая скоростьvФ-W- энергияw-плотность энергииw0-средняя плотность энергииУфазовая скорость= g ± jb -комплексная проводимостьZ- вектор ГерцаZ = R ± }Х - комплексное сопротивлениеZ0-волновое сопротивлениеZ 0н-волновое сопротивление направляющей системы при волне НZ 0E-волновое сопротивление направляющей системы при волне ЕОсновные обозначенияааус-постоянная затухания-постоянная усиленияа□от -коэффициент потерь для активной среды~-фазовая постоянная-комплексный коэффициент отражения по электрическому полю€-относительная диэлектрическая проницаемость€0-электрическая постоянная€а-абсоmотная диэлектрическая проницаемостьГГвГнЕакомплексный коэффициент отражения по напряжениюкомплексный коэффициент отражения по магнитному поmо=€: - }€: -€; (пrо)комплексная абсолютная диэлектрическая проницаемость- линейная абсолютная диэлектрическая проницаемость на частоте псо0 00угол падения-угол отраженияt)-угол преломлениялЛ-длина волны в направляющей системеАР-резонансная длина волны-магнитная постоянная-абсолютная магнитная проницаемостьµµ0µаµадлина волныповерхностная плотность зарядаотносительная магнитная проницаемость= µ: - Jµ;, -комплексная абсолютная магнитная проницаемостьµ; (пrо)-р-объемная плотность зарядар св-объемная плотность связанных зарядовcr-удельная проводимостьлинейная абсоmотная магнитная проницаемость на частоте псосrл (пrо)-'t-линейная плотность заряда<р- фаза<р-скалярный потенциалХээлектрическая восприимчивостьХм-со-круговая частотаroP-резонансная круговая частотаФ-четырехмерный вектор-потенциалПудельная линейная проводимость на частоте псомагнитная восприимчивостьвектор Пойнтинга9Основные обозначения10iI-комплексный вектор ПойнтингаП0-среднее значение вектора ПойнтингаОбщие математические обозначенияА- векторIAI- модульА,,-нормальная составляющая вектора АAt-тангенциальная составляющая вектора ААпт-значения корней функции БесселяВптезначения корней производной функции Бесселяоснование натурального логарифмаJ п ( х) -функция Бесселя п-го порядкаNn(x) -функция Неймана п-го порядкаСимволы математических операций[АВ] - векторное произведение(АВ) - скалярное произведениеgrad - градиентGrad - четырехмерный градиентdiv - дивергенцияDiv - четырехмерная дивергенцияrot - роторRot - четырехмерный роторV- оператор ГамильтонаЛ- оператор Лапласа••2-четырехмерный оператор Гамильтона-оператор Даламбера-интеграл по замкнутой поверхности Sf - интеграл по поверхности Ss,Рsf - интеграл по контуру LL,Р-интеграл по замкнутому контуру LLf - интеграл по объему VV[а ik ]-(µ ik ) -iматрицатензор- оператор1.