Кугушев А.М., Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники. Электродинамика и распространение радиоволн (2001)

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие Основные обозначения .. Общие математические обозначения. Символы математических операций .. 4 7 8 , 9 . 10 ...... 1 5 1.4. Дифференциальные уравнения зле«тромагнитного поля ..........,...,........................, 18 1.5. Уравнения непрерывности (закон сохранения заряда)...............................,.................,.. 19 1.6. Линейные, нелинейные и параметрические электромагнитные процессы в средах.....

20 1.7. Граничные условия.. .22 !.8. Теорема Умова — Пойнтннга... .26 1.9. Уравнения электромагнитного поля в частных производных второго порядка Г л а в а 2. Электромагнитное поле монохроматнческого источника в неограниченной среде..... 54 2.!. Основные уравнения. .54 2.2. Энергетические соотношения н теорема Умова — Пойнтинга в комплексном виде....

62 2.3. Излучение электромагнитных волн. Электрический диполь Герца......................,....... 68 ..... 71 ..81 ,. 91 ..92 93 3.1. Распространение электромагнитного поля в безграничных диэлектрических средах ......... 93 3.2. Самофокуснровка н самоканалнзацня энергии электромагнитного поля ................... ! 06 3.3. Распространение электромагнитного поля в безграничной изотропной плазме........ 109 3.4.

Поляризация электромагнитных волн .. .115 3.5. Распространение электромагнитного поля в безграничной магнитной среде............. 119 3.6. Распространение электромагнитного поля в безграничных аннзотропных средах .... 133 Вопросы, .. 142 Задачи..

.. 142 Г л а в а 4. Электромагнитное поле монохроматнческого источника в ограниченных средах .. 144 4.1. Наклонное падение электромагнитной волны на плоскую границу рыдала двух сред. Формулы Френеля.. ,. 144 4.2. Полное прохождение электромагнитного поля прн наклонном падении на границу линейных сред без потерь. Угол Брюстера....................................................... !59 4.3.

Полное отражение электромагнитного поля от границы раздела двух линейных сред без потерь. ... 160 4.4. Нормальное падение электромагнитного поля на границу раздела двух сред........... 164 Г л а в а 1. Основные характеристики и уравнения электромагнитного поля и среды ... 1.1. Характеристики поля..

1.2. Характеристики среды . 1.3. Интегральные уравнения электромагнитного поля,.............. (волновые уравнению). 1.! О. Классификация электромагнитных полей .. 1.11. Электродинамики движущихся сред... 1.12. Уравнение непрерывности преобразования тока и заряда.... !.13. Волновые уравнения для движущихся сред.

1.14. Тензоры электромагнитного поля .. 1.15. Тензор поляризации 1.16. Уравнения для «медленно» движущихся сред .. 1.17. Уравнения Максвелла для движущихся сред.. Вопросы. Задачи., 2.4. Плоская однородная монохроматическая волна в неограниченной однородной изотропной линейной среде. Фазовая и групповая скорости ... 2.5. Пассивные и ватнвные среды ... Вопросы. Задачи..

Гл а в а 3. Нелинейные процессы в пассивных средах ...31 .38 .41 ....41 .44 .45 .49 .49 .50 .51 .52 Оглавление 367 плоскость 169 ..... 170 172 176 !76 178 178 Глава 5. Волноводы ... 5.1. Направляющие системы паралелльными плоскостями......... 179 !87 193 198 201 207 212 ..227 .228 .229 229 .239 .254 .255 Глава 6. Резонаторы. 6.1. Объемные резонаторы 6.2.

Открытые резонаторы. Вопросы ... Задачи. Усиление и генери- .256 Условия усиления и .256 .263 .277 .289 .291 .292 Глава Список литературы -. ... 362 Прелметный указатель...... ..... 363 4.5. Нормальное падение электромагнитного поля на движущуюся раздела Эффект Доплера .. 4.6. Поьщермоторные силы (давление) электромагнитной волны..................... 4.7. Поверхностный эффект.. Вопросы ... Задачи.. 5.2. Электромагнитные волны между проводящими 5.3.

Прямоугольный волновод. Н гволны. 5,4. Поле Нм в прямоугольном волноводе. 5.5. Прямоугольный волновод. Емгволны . 5.6. Волновод круглого сечения .. 5.7. Коаксиакьный волновод (кабель). 5.8. Неоднородные волноводы .. Вопросы ... Задачи.. 7. Взаимодействие электромагнитного поля с активной средой рование. 7.1. Распространение электромагнитной волны в активной среде генерирования.. 7.2. Усиление бегущей волны. 73. Усиление в резонаторе .. 7.4. Электромагнитная волна в электронном патоке Вопросы ..

Задачи, Приложение. Математические и физические дополнения П.1. Преобразование координат. Тензоры... П,2. Векторный анализ .. П.З. Специальная теория относительности .. П.4. Функции комплексной переменной. Символический метод...... П.5. Специальные уравнения и их решения., П.б. Энергетические уровни атомов и молекул ..... П.7. Квантовые переходы... П.8. Уравнение Шредингера....... П.9. Квантовыс ансамбли... ПЛО. Операторы и их свойства П.11. Операторы энергии и импульса... ПЛ2. Среднее значение.

Матрицы, П.13. Матрица электрического дипольного момента. П.14. Матрица энергии.. П.15. Матрица плотности... П.16. Вероятность перехода .... П.17. Ширина спектральной линии,. П.18. Устойчивость стационарных Решений... ... 293 .293 .297 .... 309 ..... 3 1 8 ..... 323 .. 331 ..... 336 ...,. 337 .340 .341 ..... 343 ..... 344 ...345 ..... 347 .349 ..... 351 ...357 ..... 359 ПРЕДИСЛОВИЕ Достижения современной радиоэлектроники нашли широкое применение во всех областях человеческой деятельности.

В значительной степени это связано с простотой преобразования электромагнитной энергии из одного вида в другой и возможностью передачи ее на любые расстояния. В книге дается анализ физических процессов, происходящих в линейных и нелинейных, активных и пассивных средах.

Изложение основывается на уравнениях электромагнитного поля, нелинейность в которые вводится через параметры среды. Процессы передачи электромагнитной энергии являются линейными. В этом случае электромагнитное поле не взаимодействует со средой, в которой оно распространяется. Характеристики поля и среды не изменяются. Нелинейные процессы преобразования частоты, самофокусировка и самоканализация, при которых энергия электромагнитного поля не возрастает, рассматривается как результат взаимодействия поля с пассивной средой; генерирование и усиление — с активной средой.

Применяемые методы решений уравнений и основные понятия квантовой механики приведены в приложении, что дает возможность не нарушать логику и последовательность изложения основного материала. Ссылки на приложения даны в тексте буквой П. Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам рукописи— профессорам Г.Г. Шишкину и В.И. Юдину. Их советы и ценные замечания способствовали улучшению содержания книги.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ поля А — векторный потенциал А — то же в комплексной форме А„— коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения  — вектор магнитной индукции  — то же в комплексной форме В „— коэффициент Эйнштейна для индуцированного поглощения „— коэффициент Эйнштейна для индуцированного излучения с — скорость света Р— вектор электрической индукции Р— то же в комплексной форме е — заряд электрона Н вЂ” вектор напряженности электрического поля Н вЂ” то же в комплексной форме Š— амплитуда напряженности электрического поля Š— комплексная амплитуда напряженности электрического поля Е (лв) — комплексная амплитуда напряженности и-й гармоники электр ского поля ń— действующее значение напряженности электрического поля ń— комплексное действующее значение напряженности электрического Š— вектор напряженности стороннего электрического поля Š— то же в комплексной форме — частота (Га ) — тензор напряженности электромагнитного поля (~;„) — тензор индукции — коэффициент вырождения я(в) — форм-фактор спектральной линии Н вЂ” вектор напряженности магнитного поля Н вЂ” то же в комплексной форме Н вЂ” амплитуда напряженности магнитного поля Основные обозначения Н вЂ” комплексная амплитуда напряженности магнитного поля Н (па) — комплексная амплитуда напряженности п-й гармоники магнитного поля Н, — действующее значение напряженности магнитного поля комплексное действующее значение напряженности магнитного поля й постоянная Планка ( й = — ) 2к Н, Л ,/ ./ ,/„(па) вектор плотности тока амплитуда плотности тока комплексная амплитуда плотности тока — комплексная амплитуда п-й гармоники плотности тока Л" — вектор плотности стороннего тока ,/„— амплитуда плотности стороннего тока ./ — комплексная амплитуда плотности стороннего тока Л„,„— вектор плотности тока поляризации Л„,„— вектор плотности тока намагниченности Л вЂ” 4-вектор плотности тока ./„„ — поверхностная плотность тока — постоянная Больцмана Й вЂ” комплексный вектор постоянной распространения /~(па) — комплексная постоянная распространения и-й гармоники /с (па) — комплексная постоянная распространения и-й гармоники тока /с„(па) — комплексная постоянная распространения п-й гармоники намагни- ченности — масса электрона — коэффициент преломления — населенность п-го уровня — вектор поляризации Ф„ Р /г„(па) †комплексн постоянная распространения и-й гармоники поляризации /с — постоянная распространения направляющей системы / — длина М вЂ” вектор намагниченности М„, — комплексная амплитуда намагниченности М„,(па) — комплексная амплитуда и-й гармоники намагниченности (Мя) — тензор поляризации Основные обозначения Р„(на) Р ! Рн ро „вЂ” средняя плотность мощности, связанная с намагниченностью ро „,„— средняя плотность мощности, связанная с поляризацией Ро пров ннп Ро„„ ини Ронин Т Т вЂ” постоянная усиления а„, — постоянная затухания — фазовая постоянная Г, Г„ а Ю ьф вй' «'о Х го 2он ~ов комплексная амплитуда поляризации комплексная мощность действительная (активная) мощность реактивная мощность — комплексная амплитуда и-й гармоники поляризации комплексный коэффициент прохождения по электрическому полю комплексный коэффициент прохождения по магнитному полю — средняя плотность мощности, связанная с проводимостью — средняя плотность мощности индуцированного поглощения средняя плотность мощности индуцированного излучения добротность электрический заряд абсолютная температура период время вектор скорости объем — групповая скорость — фазовая скорость — энергия — плотность энергии — средняя плотность энергии — вектор Герца — волновое сопротивление — волновое сопротивление направляющей системы при волне Н вЂ” волновое сопротивление направляющей системы при волне Š— комплексный коэффициент отражения по электрическому полю — комплексный коэффициент отражения по магнитному полю — относительная диэлектрическая проницаемость Основные обозначения ве — электрическая постоянная в, — абсолютная диэлектрическая проницаемость е, = в', — ~в"„— комплексная абсолютная диэлектрическая проницаемость в,"(нез) — линейная абсолютная диэлектрическая проницаемость на частоте па Но На Н, = Н', — д~," — комплексная абсолютная магнитная проницаемость НЛнез) ."( ) — электрическая восприимчивость А — вектор )А! А„ О О о Э Х х Л Хр 03 Ф П П вЂ” угол падения †уг отражения — угол преломления — длина волны — поверхностная плотность заряда — длина волны в направляющей системе — резонансная длина волны — относительная магнитная проницаемость — магнитная постоянная — абсолютная магнитная проницаемость — линейная абсолютная магнитная проницаемость на частоте на объемная плотность заряда объемная плотность связанных зарядов удельная проводимость — удельная линейная проводимость на частоте на линейная плотность заряда фаза скалярный потенциал магнитная восприимчивость круговая частота резонансная круговая частота 4-вектор-потенциал вектор Пойнтинга комплексный вектор Пойнтиига среднее значение вектора Пойнтинга Общие математические обозначении — модуль — нормальная составляющая вектора А Основные обозначения А, — тангенциальная составляющая вектора А А„— значения корней функции Бесселя „— значения корней производной функции Бесселя е — основание натурального логарифма .У„(х) — функция Бесселя и-го порядка Ж„(х) — функция Неймана л-го порядка Символы математических операций (АВ] — векторное произведение (АВ) — скалярное произведение агад — градиент бгао' — четырехмерный градиент о 1ч — дивергенция () в — четырехмерная дивергенция го1 — ротор Ч вЂ” оператор Гамильтона А — оператор Лапласа П вЂ” четырехмерный оператор Гамильтона П вЂ” оператор Даламбера — интеграл по поверхности Я в — интеграл по замкнутой поверхности Я вЂ” интеграл по контуру Š— интеграл по замкнутому контуру Х в — интеграл по объему Г г (аа ) — матрица ()га ) — тензор — оператор Глава 1 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И СРЕДЫ 1.1.