Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн (1992)

С.И. Баскаков Элекгродинамика и распространение радиоволн Допущено Государственным комитетом СССР по народному образованию в качестве учебного пособия для студентов радиотехнических специальностей вузов РВ МОСКВД «ВЫСШДВ ШКОЛДв 1992 ББК 32.842-5 Б273 УДК 621.396 Р е н е н з е н т ы: кафедра теоретических основ радиотехники Ленинградского электротехнического института им. В. И. Ульянова (Ленина) (зав.

кафедрой — д-р техн. наук, проф. Ю. В. Егоров); кафедра радиоэлектронных систем н устройств Московского государственного техничесного университета им. Н. Э. Баумана (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. Б. А. Розанов). Излагаются основы макрсскопнчесной электродинамики, теория плоских алектрамагннтных волн в различных средах, методы расчетов золнозодныя и колебательных систем, а также устройств излучения а приема электро. магнитных вали.

Рассмотрены вопросы компьютерного анализа алектродннамнческнх систем. Материал книги разбит на даа раздела, один нз которых сслержят основную часть курса, а второй предназначен для факультативной рабаты чптателя. Имеется большое числа задач с образками решеннй, ББК 32.642-5 6Ф2 Б 2302020100(4309000000) †0 156 — 91 001(01) — 92 © С. И. Баскаков, 1992 15ВХ 5-06-002037-1 Баскаков С: И. Б27 Электродинамнка и распространение радиоволн: Учеб.

пособие для вузов по спец. «Радиотехника». — Мл Высш. шк., 1992. — 416 сл ил. 15 В)ч 5-06-002037-1 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие 34 34 36 38 39 45 47 48 49 50 51 53 55 58 60 64 67 69 70 71 72 векторов электромагнитного поля составляющих векторов магнит- ЧАСТЬ' ПЕРВАЯ.

ОСНОВНОИ КУРС Глава первая. Основные положения теории электромагнетнзма . 1.1. Электромагнитное поле и его математические модели 1.2. Плотность тока проводимости. Дифференциальная форма закона Ома 1.3. Закон сохранения заряда 1.4. Закон Гаусса 1.5. Закон неразрывности магнитных силовых линий . 1.6. Закон полного тока 1.7.

Ток смещения 1.8. Закон электромагнитной индунции 1.9. Материальные уравнения электромагнитного поля 1.1О. Поляризационные и сторонние токи Задачи Глава вторая. Уравнения Максвелла . 2.1 Сводка уравнений Максвелла 2 2. Уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Комплексные амплитуды полей 2 3. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Угол диэлектрических потерь 2.4. Энергетические соотношения в электромагнитном поле.

Вектор Пойнти ига 2 5 Магнитный ток Принцип перестановочной двойственности 2.6. Лемма Лоренца Задачи Глава третья. Плоские электромагнитные волны . 3.1. Понятие волнового процесса. Продольные и поперечные волны . 3.2. Плоские волны и их характеристики 33. Затухание волн в материальных средах. Коэффициент распространения 3.4. Волновой характер переменного электромагнитного поля. Уравнение Гельмгольца 3 5. Понятие характеристического сопротивления. Плотность потока мощности в плоской электромагнитной волне .

3.6 Некоторые частные случаи 3.7. Плоские электромагнитные волны с эллиптической поляризацией . 3 8. Плоские волны, распространяющиеся в произвольном направлении Задачи Глава четвертая. Граничные условия для 4.1. Постановка задачи 4.2. Граничные условия для нормальных ного поля 10 1О 12 15 16 17 18 20 21 23 31 32 Оглавление 4.3. Граничные условия ческого поля 4.4.

Граничные условия ного поля 4.5. Граничные условия ческого воля Задачи для нормальных составляющих векторов электри- 73 для касательных составляющих векторов магнит- 74 для касательных составляющих векторов электри- 77 79 79 80 83 85 89 92 99 105 106 !07 108 111 1!2 113 119 120 121 124 127 !28 128 131 133 141 145 148 149 149 150 157 160 163 170 172 181 182 182 Глава пятая. Электромагнитные волны в средах с частотной дисперсией 5.1. Волны в хорошо проводящей среде .

5.2. Плазма и ее электродинамические параметры . 5.3. Распространение электромагнитных воли в бесстолкновительной плазме 5.4. Учет влияния столкновений в плазме . 5.5. Распространение импульсов в средах с частотной дисперсией фазовой скорости. Понятие групповой скорости . 5.6.

Электромагнитные волны в сверхпроводниках . Задачи Глава шестая. Падение плоских электромагнитных волн иа границу раздела двух сред . 6.!. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на идеально проводящую плоскость 6.2. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на диэлектрическое полупространство 6.3. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на диэлектрический слой конечной толщины 6.4.

К вопросу о создании неотражающих сред . 6.5. Падение плоской электромагнитной волны на диэлектрическое полтпространство 'под произвольным углом 6.6. Угол Брюстера 6.7. Полное внутреннее отражение 6.8. Неоднородные плоские волны 6.9. Приближенные граничные условия Леонтовича . Задачи Глава седьмая.

Основы теории направляемых электромагнитных волн . 7.1. Падение плоской волны с параллельной поляризацией . 7.2. Падение плоской волны с перпендикулярной поляризацией . 7.3. Структура электромагнитного поля Е- и Н-волн . 7.4. Некоторые характеристики электромагнитного поля Е- и Н-волн . 7.5.

Связь между продольными и поперечными составляющими векторов поля направляемых волн . Задачи Глава восьмая. Прямоугольный металлический волновод . 8.1. Постановка задачи 8.2. Волны типа Е в прямоугольном волноводе . 8.3. Критическая длина волны. 2!исперсионная характеристика волновода 8.4. Волны типа Н в прямоугольном волноводе . 8.5. Волна типа Ню . 86.

Характеристическое сопротивление волновала . 8.7. Основы приыенения прямоугольных волноводов .. Задачи Глава девятая. Круглый металлический волновод . 9.1. Постановка задачи Оглавление 185 194 198 201 201 201 206 21! 212 215 218 219 219 220 221 224 230 231 231 234 237 243 246 249 253 255 256 27! 274 276 280 282 283 283 285 290 9.2. Волны типа Е в круглом волноводе .. 9.3. Волны типа Н в круглом волноводе . 9.4. Основы применения круглых волноводов Задачи Глава десятая. Волноводы с волнами типа Т 10.1.

Некоторые общие свойства волн типа Т . 10.2. Коаксиальный волновод 10.3, Некоторые применения коаксиальных волноводов . 10.4. Полосковые волноводы 10.5. Отрезок волновода с Т-волной как четырехполюсник Задачи Глава одиннадцатая. Затухание волн в полых металлических волноводах 11.1. Источники потерь в волноводах . !1.2. Коэффициент затухания волн в волноводе . 1!.3.

Общее выражение для коэффициента затухания 11.4. Анализ некоторых частных случаев . Задачи Глава двенадцатая. Колебательные системы СВЧ. Объемные резонаторы 12.1. Эволюция электромагнитных нолебательных систем при повышении рабочей частоты 12.2. Прямоугольный объемный резонатор 12.3. Общая задача о собственных нолебаннях в прямоугольном объемном резонаторе. Классификация типов колебаний .

12.4. Круглый объемный резонатор 12.5. Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов 12.6. Добротность объемных резонаторов 12.7, гтекоторые другие типы объемных резонаторов . Задачи Глава тринадцатая. Неоднородные уравнения Максвелла. Элемеитарнме излучатели 13.1. Постановка задачи 13.2. Векторный и скалярный потенциалы электромагнитного ноля . 13.3. Калибровка потенциалов.

Неоднородное уравнение Гельмгольца . 13.4. Решение неоднородного уравнения Гельмгольца. Функция Грина . 13.5. Элементарный электрический излучатель . 13 б. Структура поля элементарного электрического излучателя 13.7. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя 13.8. Сопротивление излучения. Коэффициент направленного действия элементарного излучателя !3.9. Элементарный излучатель в режиме приема . 13.10. Элементарный щелевой излучатель 13.!1. Элементарный рамочный излучатель Задачи Глава четырнадцатая.

Распространение радиоволн в земных условиях . 14.1. Общие характеристики диапазонов радиоволн . 14.2. Электродинамические свойства земной поверхности и атмосферы Земли 14.3. Влияние тропосферы и ионосфгзы на распространение радиоволн 256 257 259 260 265 267 270 Оглавление 14.4. Формула идеальной радиосвязи.

Множитель ослабления . 14.5. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов Задачи ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ФАКУЛЬТАТИВНЫП КУРС Глава пятнадцатая. Поверхностные электромагнитные волны и замедляющие системы 15.1. Замедление электромагнитных волн диэлектрической пластиной. Поверхностные волны 15.2. Гребенчатая замедляющая система 15.3. Некоторые другие замедляющие системы . Задачи Глава шестнадцатая. Распространение электромагнитных волн в анизотропиой среде 16.1. Физический механизм анизотропии ферритов.

Уравнение движения намагниченности !6 2. Тензор магнитной проницаемости намагниченного феррнга 16.3. Уравнения Максвелла в гиротрапной среде . 16.4. Поперечное распространение электромагнитных волн в намагниченном феррите 16 5. Продольное распространение электромагнитных волн в намагниченном феррите Задачи Глава семнадцатая. Интерференция и дифракция электромагнитных волн 17.1. Условие излучения. Принцип предельного поглощения 17.2. Возбуждение пространства нитью электрического тока. Пилиндрические волны !7.3. Метод физической оптики. Дифракния плоской волны на щели в идеально проводящем экране 17.4. Принцип Гюйгенса. Формула Кирхгофа 17.5.

Дифракция плоской волны на прямоугольном отверстии в идеально проводящем экране 17.6. Дифракция плоской электромагнитной волны на идеально проводящем цилиндре 17.7. Уравнения Максвелла в неоднородной среде . 17.8. Метод геометрической оптики 17.9. Теорема эквивалентности Задачи Глава восемнадцатая. Компьютерные методы решения задач электродинамики 18.1.

Прямоугольный волновод с неоднородным заполнением . 18.2. Метод сеток 18.3. Метод Бубнова — Галеркина 18.4. Метод интегральных уравнений Задачи Заключение Приложение А. Выражения основных операций векторного анализа в различных координатных системах Приложение Б. Некоторые полезные векторные тождества . Список рекомендуемой литературы Предметный указатель 296 298 307 310 310 320 324 326 327 328 334 337 338 341 346 347 348 351 355 359 362 369 373 375 384 386 387 388 389 393 397 406 407 409 410 411 4!3 ПРЕДИСЛОВИЕ Книга, предлагаемая вниманию читателя, является учебным пособием по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн», читаемому на радиотехнических факультетах вузов. Данный курс относится к числу базовых дисциплин, закладывающих основы профессиональной подготовки радиоинженера.