Статья

• формат djvu
• размер 922.8 КБ
• добавлен 05 февраля 2010 г.

Заборонкова, Т. М. Основы электродинамики и распространение радиоволн:
учебно-методическое пособие / Т. М. Заборонкова, Е. Н. Мясни-
ков. - Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009. – 133 с.

Содержание:
Статические электрическое и магнитное поля,
Электростатическое поле,
Постоянный электрический ток,
Стационарное магнитное поле,
Движение заряженных частиц в постоянных электрическом и магнитном полях,
Электромагнитное поле, уравнения Максвелла,
Закон электромагнитной индукции,
Ток смещения, система уравнений Максвелла,
Усредненные уравнения Максвелла –Лоренца в материальных средах,
Граничные условия для электрического и магнитногополей,
Электромагнитные волны в свободном пространстве,
Плоская монохроматическая электромагнитная волна,
Поляризация электромагнитных волн,
Сферические электромагнитные волны в свободномпространстве,
Излучение электромагнитных волн элементарным вибратором,
Электромагнитные волны в однородных материальных средах,
Электромагнитные волны в однородном изотропномдиэлектрике,
Электромагнитные волны в среде с поглощением,
Дисперсия диэлектрической проницаемости,
Распространение пакетов электромагнитных волн групповая скорость,
Перенос энергии пакетом волн,
Дисперсия и резонансное поглощение молекулярногогаза
Электромагнитные волны в плазме,
Параметры ионосферной плазмы,
Электромагнитные волны в однородной изотропнойплазме,
Электромагнитные волны в однородной магнитоактивной плазме,
Падение электромагнитных волн на границу раздела однородных сред,
Отражение и преломление волн от плоской границы раздела двух сред,
Отражение от идеально проводящей поверхности,
Отражение от неидеального проводника,
Распространение электромагнитных волн в плавно неоднородной среде,
Плавно неоднородная среда, приближение геометрической оптики,
Рефракция радиоволн в атмосфере Земли,
Отражение радиоволн от слоя неоднородной плазмы. ,
Особенности отражения радиоволн от ионосферы при учете магнитного поля,
Интерференция и дифракция электромагнитных волн,
Интерференция плоских монохроматических волн,
Принцип Гюйгенса –Френеля –Кирхгофа,
Дифракция Фраунгофера,
Дифракция Френеля,
Дифракция радиоволн на случайных неоднородностях электронной концентрации,
Распространение радиоволн в атмосфере Земли,
Идеальная радиотрасса, диапазоны радиоволн,
Влияние подстилающей поверхности на распространение радиоволн,
Влияние тропосферы на распространение радиоволн,
Распространение радиоволн в ионосфере.

Похожие разделы

Смотрите также

Бабаенко Л.А. Электродинамика и распространение радиоволн 1 часть

• формат pdf
• размер 582.45 КБ
• добавлен 06 сентября 2011 г.

Учебное пособие СПБГПУ 2006г. 55 страниц. часть 1 Конспект лекций (часть I) соответствует группе разделов дисциплины «Электродинамика и распространение радиоволн» направлений подготовки бакалавров 552500 «Радиотехника», а также специальности 2015000 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура». Рассмотрены основные уравнения электродинамики, граничные условия для векторов электромагнитного поля, энергетические характеристики, статические и стационарные...

Бабаенко Л.А. Электродинамика и распространение радиоволн 2 часть

• формат pdf
• размер 509.49 КБ
• добавлен 06 сентября 2011 г.

Учебное пособие СПБГПУ 2006г. 42 страницы. часть 2 Конспект лекций (часть 2) соответствует группе разделов дисциплины «Электродинамика и распространение радиоволн» направлений подготовки бакалавров 552500 «Радиотехника», а также специальности 2015000 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура». Рассмотрены Постановка задач электродинамики, электромагнитные волны в различных средах,Волновые явления на границе раздела двух сред Предназначено для студенто...

Бабаенко Л.А. Электродинамика и распространение радиоволн 3 часть

• формат pdf
• размер 529.18 КБ
• добавлен 06 сентября 2011 г.

Учебное пособие СПБГПУ 2006г. 49 страниц. часть 3 Л.А.Бабенко. Электродинамика и распространение радиоволн. Основные уравнения электродинамики. Статические и стационарные поля. Конспект лекций. Часть 3 Конспект лекций (часть 3) соответствует группе разделов дисциплины «Электродинамика и распространение радиоволн» направлений подготовки бакалавров 552500 «Радиотехника», а также специальности 2015000 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура». Рассмотре...

Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. (учебник+задачник)

• формат djvu
• размер 12.97 МБ
• добавлен 11 марта 2010 г.

Два файла: учебник и задачник. 1. Баскаков. Электродинамика и распространение радиоволн. 1992. 2. Баскаков. Сборник задач по курсу "Электродинамика и распространение радиоволн". 1981 1. Баскаков. Электродинамика и распространение радиоволн: Излагаются основы макроскопической электродинамики, теория плоских электромагнитных волн в различных средах, методы расчётов волноводных и колебательных систем, а также устройств излучения и приёма электромагн...

Долуханов М.П. Распространение радиоволн

• формат djvu
• размер 3.81 МБ
• добавлен 06 января 2009 г.

Издательство "Связь", Москва 1972 год. В книге на ряду с общими вопросами распространения радиоволн подробно рассмотрено распространение над плоской и гладкой сферической поверхностями Земли, над неровной местностью; анализируется влияние тропосферы на распространение земных волн; рассмотрены процессы распространения тропосферных волн, поглощения радиоволн в тропосфере. Изложены вопросы строения ионосферы и распространения в ней радиоволн. Подр...

Лекции - Электродинамика и распространение радиоволн

Статья

• формат doc
• размер 1.98 МБ
• добавлен 26 декабря 2009 г.

Владимирский государственный университет (ВлГУ). Преподаватель: Гаврилов В. М. 184 стр. Электромагнитное поле и параметры сред. Основные уравнения электродинамики. Граничные условия. Энергия электромагнитного поля. Электродинамические потенциалы гармонического поля. Плоские электромагнитные волны. Распространение радиовлон в различных средах. Волновые явления на границе раздела двух сред. Поверхностный эффект. Элементарные излучатели. Основные те...

1.1 Электромагнитное поле

Электромагнитное поле состоит из электрического поля, взаимозависимого с магнитным полем. Электрическое поле представляют вектор электрической индукции , функционально зависимый от вектора напряженности электрического поля . Магнитное поле представляют вектор магнитной индукции
, функционально зависимый от напряженности магнитного поля .

Векторы электромагнитного поля в общем случае представляют нестационарное электромагнитное векторное поле, являющееся функцией координат и времени:

- электрическая индукция;

- магнитная индукция.

Стационарное электромагнитное векторное поле, является функцией координат и не зависит от времени:

- напряженность электрического поля;

- напряженность магнитного поля;

- электрическая индукция;

- магнитная индукция.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света

c = 3·10 8 м/с.

где λ - длина волны, м;

T - период, с.

Частота, Гц

c = λf

Круговая частота, с -1

ω = 2πf .

Чем больше длина электромагнитной волны, тем меньше частота. Электромагнитные волны начинаются с меньшей частоты, затем начинаются радиоволны диапазонов сверхдлинных, длинных волн, далее средние волны с большей частотой, короткие, ультракороткие волны с еще большей частотой. За радиоволнами следует инфракрасное излучение с меньшей длиной волны, но большей частотой, чем у радиоволн. Видимый свет, начинается с волн красного цвета. Названия цветов начинаются с букв в порядке поговорки: "Каждый охотник желает знать, где сидит фазан". Заканчивается видимый свет волнами фиолетового цвета. Далее следуют: ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма излучения и космическая радиация.

Теория электромагнитного поля базируется на векторном исчислении и векторных полях, наиболее важные положения которых рассмотрим ниже.

1.2 Скалярные и векторные поля

1.2.1 Потенциальное (безвихревое) и вихревое векторные поля

Линии потенциального (безвихревого) поля начинаются в истоке и заканчиваются в стоке. Линии вихревого (соленоидального) поля не имеют источников, всегда замкнуты, непрерывны ( см. рисунок [ 4 ] ) .

Р исунок — Потенциальное (безвихревое) и вихревое поля

Циркуляция вектора потенциального поля по замкнутому контуру L равна нулю

Поток вектора вихревого поля через замкнут ую поверхность S равен нулю

Электростатическое поле может быть только потенциальным (безвихревым), магнитное поле является только вихревым.

1.2.2 Градиент скалярного поля, оператор Гамильтона

Градиент (перепад) скалярного поля φ - это вектор, показывающий в каком направлении наиболее быстро увеличивается φ, равный по величине производной по этому направлению

Условный вектор или оператор Гамильтона

Градиент скалярного поля φ, записанный с помощью оператора Гамильтона (оператора «набла»)

Поверхность уровня φ содержит одинаковые значения φ = const скалярного поля, поэтому градиент скалярного поля φ перпендикулярен поверхности уровня φ и направлен в сторону увеличения φ (см. рисунок [ 4 ] ) .

Рисунок — Градиент скалярного поля

1.2.3 Дивергенция (расходимость)

Дано векторное поле в точке (x ; y ; z )

где
- единичные векторы (орты) в направлениях осей координат x , y , z соответственно.

Для векторного поля в точке (x ; y ; z ) дивергенция (расходимость) в точке P равна пределу потока вектора через поверхность S, ограничивающую объем V, деленного на V при стремлении V к нулю

Значения дивергенции в точках P векторных полей (см. рисунок [ 4 ] ) .

Рисунок — Значения дивергенции

При расходимости большей нуля

внутри области V находятся источники векторного поля .

При отрицательной расходимости

внутри об ласти V находятся стоки векторного поля .

При расходимости равной нулю

с иловые линии поля пронизывают область V или замкнуты (вихревое поле).

1.2.4 Ротор (вихрь)

Ротор (вихрь) позволяет оценить степень вращения в какой-то точке (x ; y ; z ) векторного поля

где - единичные векторы (орты) в направлениях осей координат x , y , z соответственно.

Для векторного поля в точке (x ; y ; z ) проекция ротора на направление нормали к поверхности , рав на пределу циркуляции вектора вокруг контура C, деленной на площадь Δ S поверхности , огранич енно й контуром C, при стремлении Δ S к нулю

Направление нормали связано с направлением обхода контура C правилом правого винта.

Ротор (вихрь) векторного поля , используя оператор Гамильтона

Проекции вектора
на оси координат

Если в точке P ротор равен нулю

,

то вращения в этой точке нет и векторное поле потенциальное.

1.3 Виды распределения зарядов

Объемная плотность зарядов, Кл/м 3

Заряд, сосредоточенный в объеме V, Кл

Поверхност ная плотность зарядов, Кл/м 2

Заряд, сосредоточенный на поверхности S , Кл

Линей ная плотность зарядов, Кл/м

Заряд нити, Кл

Заряд точечных зарядов равен сумме N зарядов конечной величины

1.4 Электрическое поле

Вектор электрического смещения (электрической индукции) равен электрической постоянной ε 0 , умноженной на скобку, в которой единица складывается с электрической восприимчивостью χ э, умноженной на вектор напряженности электрического поля

Электрическая постоянная

Вектор электрического смещения (электрической индукции) в веществе

где ε - абсолютная электрическая проницаемость.

Вектор электрической индукции в вакууме

.

1.5 Магнитное поле

Вектор магнитной индукции равен магнитной постоянной μ 0 , умноженной на скобку, в которой единица складывается с магнитной восприимчивостью χ м, умноженной на вектор напряженности магнитного поля

Магнитной постоянная

Вектор магнитной индукции в веществе

где μ - абсолютная магнитная проницаемость.

Вектор магнитной индукции в вакууме

1.6 Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома для участка цепи

U = IR

Плотность тока

Выразим

Проинтегрируем по и получим зависимость тока от плотности тока

Закон Ома в дифференциальной форме позволяет определить плотность тока, А/м 2

где σ - удельная проводимость среды, См/м.

2 Уравнения Максвелла

Система уравнений Максвелла в дифференциальной форме описывает переменные электромагнитные поля

Векторы в уравнениях Максвелла представляют нестационарное электромагнитное векторное поле, являющееся функцией координат x, y, z и времени t.

2.1 Частные случаи электромагнитных явлений

В частных случаях уравнения Максвелла могут упрощаться.

2.1.1 Стационарное электромагнитное поле

Стационарное электромагнитное поле создается постоянными токами и описывается векторными функциями координат, не зависящими от времени:

Напряженность электрического поля;

Электрическая индукция;

Напряженность магнитного поля;

Магнитная индукция.

Векторные функции не зависят от времени, поэтому частные производные по времени в уравнениях Максвелла равны нулю:

Система у равнений Максвелла в дифференциальной форме принимает вид, описывающий стационарное электромагнитное поле:

2.1.2 Статические электрические или магнитные поля

Статические поля не изменяются со временем и не имеют движущихся зарядов, следовательно, токов

.

Система уравнений Максвелла разделяется на две независимые друг от друга системы уравнений. Первая система характеризует электростатическое поле и называется системой дифференциальных уравнений электростатики

Вторая система уравнений описывает магнитостатическое поле, создаваемого постоянными неподвижными магнитами

Эта система уравнений может использоваться для описания магнитных полей, созданных постоянными токами, но в областях, в которых плотность тока равна нулю , и которые не сцеплены с током (не охватывают линии тока).

2.1.3 Уравнения Максвелла в комплексной форме

Если векторы электромагнитного поля изменяются во времени по гармоническим законам, то система уравнений Максвелла может быть представлена в комплексной форме, не содержащей времени, для комплексных векторов

или комплексных амплитуд

2.1.4 Волновые уравнения

Из уравнений Максвелла в комплексной форме, выражая отдельно уравнения для комплексных векторов и получаются волновые уравнения Гельмгольца для векторов

и комплексных амплитуд

где - волновое число, д ля вакуума

.

3 Плоские электромагнитные волны

На больших расстояниях от источника элемент сферической волны приближенно можно принять плоским. Плоские волны не могут быть созданы источниками, они придуманы для значительного упрощения теории электромагнитных волн в отдельных случаях.

Векторы напряженности электрического и магнитного полей плоской волны синфазные и осциллируют вдоль взаимно перпендикулярных направлений в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Такие волны являются поперечными (см. рисунок).

Рисунок - Мгновенная картина распределения напряженности электрического и магнитного полей вдоль направления распространения плоской волны. Во времени картина поля перемещается в пространстве с фазовой скоростью v ф вдоль оси z

Фронт волны представляет собой геометрическое место точек поля с одинаковой фазой: у плоской волны (см. рисунок) одной из этих поверхностей является плоскость z = z 0 , перпендикулярная направлению распространения волны . Параметры поля при перемещении в пределах фронта волны не изменяются.

Фронт плоской волны является плоскостью, перпендикулярной направлению распространения волны. Параметры поля при перемещении в пределах этой плоскости не изменяются, поэтому частные производные по направлениям x и y равны нулю:

В олновые уравнения Гельмгольца для плоской волны становятся одномерными для векторов

и комплексных амплитуд

Решение дифференциальных уравнений для векторов

где , - орты в направлении векторов электрической и магнитной напряженностей соответственно;

A, B, C, D - коэффициенты.

Действительные части векторов

Проанализируем в первом уравнении первое слагаемое. На рисунке покажем положение максимума электрического поля в моменты времени t (точка A) и t + Δ t.

Рисунок — Положение максимумов электрического поля

За время Δ t положение максимума переместилось на Δ z, можем записать равенство

A cos (ωt − kz ) = A cos (ωt + ωΔt − kz − k Δz ),

в котором аргументы равны

ωt − kz = ωt + ωΔt − kz − k Δz

0 = ωΔt - kΔz

ωΔt = kΔz.

Отсюда получаем фазов ую скорость v ф — скорость распространения фронта волны

Для вакуума

поэтому фазовая скорость в вакууме

Подставим значения констант

следовательно, в вакууме скорость распространения фронта волны равна скорости света.

Фазовая скорость в какой-то среде

Фазовая скорость не зависит от частоты.

Амплитуды двух точек на расстоянии длины волны λ с фазами, отличающимися на 2 π равны, поэтому выполняется равенство

cos(ωt − kz) = cos(ωt − k(z + λ) + 2π),

в котором аргументы равны

ωt − kz = ωt − k(z + λ) + 2π,

ωt − kz = ωt − kz − kλ + 2π.

Сократим ωt − kz

0 = − k λ + 2π,

k λ= 2 π.

Отсюда длина волны

Для произвольной среды

,

поэтому длина волны

В вакууме длина волны

Длина волны в остальных средах

Волновое сопротивление вакуума

Для сухого воздуха принимается такое же волновое сопротивление.

4 Распространение радиоволн

Все электромагнитные волны, в том числе и радиоволны распространяются в вакууме со скоростью 3·10 8 м/с.

4.1 Распространение радиоволн в свободном пространстве

Распространение радиоволн в атмосфере, вдоль земной поверхности, в земной коре, в космическом пространстве нашей галактики и за ее пределами примем за свободное распространение радиоволн, которое и рассмотрим.

4.1.1 Классификация радиоволн по диапазонам

Радиоволны имеют диапазон частот от тысяч герц до тысяч гигагерц: 3· 10 3 — 3 · 10 12 Гц. У длинных волн частота меньше, чем у коротких волн, имеющих большую частоту.

Применение радиоволн возможно благодаря передающему устройству, природной среде распространения радиоволн и приемному устройству, все вместе образующими радиолинию.

Земные атмосфера и поверхность являются средами поглощающими, электрически неоднородными, имеющими не постоянную во времени и пространстве проводимость, диэлектрическую проницаемость, зависящие от частоты распространяющихся радиоволн.

Поэтому радиоволны были разделены на диапазоны частот с примерно одинаковыми условиями распространения радиоволн в пределах этих диапазонов частот. Диапазоны частот приняты Международным консультативным комитетом по радио (МККР) в соответствии с Регламентом радиосвязи.

Для радиосвязи используются и волны оптического диапазона: инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые.

Мощность электромагнитных волн зависит от частоты в 4-й степени

P ~ ω 4 .

Волны с большей частотой, но с меньшей длиной волны способны обладать большей мощностью.

Антенны с узкой диаграммой направленности имеют размеры значительно превышающие длину волны, для высоких частот проще сделать такие высокоэффективные антенны.

Чем выше несущая частота, тем большее число независимых модулируемых каналов может передаваться такими радиоволнами.

4.2 Положения из теории антенн

Пространство вокруг антенны разделяется на три области, имеющих различную структуру полей и расчетных формул: ближняя, промежуточная и дальняя. В реальных линиях связи обычно имеет место дальняя область (зона Фраунгофера) на расстояниях от антенны

где L - максимальный размер излучающей области антенны, м;

λ - длина волны, м.

Характеристическое (волновое) сопротивление свободной среды

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

где P - мощность, Вт;

r - расстояние от антенны до точки наблюдения, м.

где D - коэффициент направленного действия (КНД) антенны.

Среднее значение вектора Пойнтинга в дальней зоне

Из соотношения

выразим амплитуду напряженности магнитного поля

Подставим

Приравняем векторы Пойнтинга

Сократим

Амплитуда напряженности электрического поля в дальней зоне антенны в свободном пространстве

Напряженность поля в других направлениях определяется с помощью диаграммы направленности антенны F(θ,α), в которой углы θ и α в сферической системе координат (r,θ,α) задают направление на точку наблюдения:

5 Распространение радиоволн различных диапазонов

5.1 Распространение сверхдлинных и длинных волн

Сверхдлинные волны (СДВ) имеют длину волны более 10 000 м и частоту менее 30 кГц. Длинные волны (ДВ) имеют длину волны от 1000 до 10 000 м и частоту 300-30 кГц.

СДВ и ДВ имеют большую длину волны, поэтому хорошо огибают земную поверхность. Токи проводимости этих радиоволн значительно превышают токи смещения для всех видов земной поверхности, поэтому происходит незначительное поглощение энергии при распространении поверхностной волны. Поэтому СДВ и ДВ могут распространяться на расстояния до 3 тыс. км.

СДВ и ДВ слабо поглощаются в ионосфере. Чем ниже частота радиоволны, тем требуется более низкая электронная концентрация ионосферы для поворота радиоволны к Земле. Поэтому, поворот СДВ и ДВ происходит в нижней границе ионосферы (днем в слое D и ночью в слое E) на высоте 80-100 км. Тропосфера на распространение СДВ и ДВ практически не влияет. Вокруг Земли СДВ и ДВ распространяются, отражаясь от ионосферы и от земной поверхности в сферическом слое 80-100 км между нижней границей ионосферы и земной поверхностью.

Линии связи на СДВ и ДВ обладают большой устойчивостью напряженности электрического поля. В течении суток и года величина сигнала мало меняется, а также не подвергается случайным изменениям. Поэтому СДВ и ДВ широко используются в навигационных системах.

Ограниченный частотный диапазон (3-300 кГц) СДВ и ДВ не позволяет разместить даже один телевизионный канал, для которого требуется полоса 8МГц.

Большая длина волны СДВ и ДВ диктует использование громоздких антенн.

Несмотря на недостатки, СДВ и ДВ используются в радионавигации, радиовещании, радиотелефонной и телеграфной связи в том числе и с подводными объектами, так как эти и оптические волны слабо поглощаются в морской воде.

5.2 Распространение средних волн

Средние волны (СВ) имеют длину волны от 100 до 1 000 м, частоту от 300 кГц до 3 МГц (0,3 - 3 МГц). Могут распространяться земные и ионосферные СВ, которые используются преимущественно в радиовещании.

Земные СВ-радиолинии ограничены протяженностью не более 1000 км из-за существенного поглощения СВ земной поверхностью.

Ионосферная СВ способна отразиться от слоя E ионосферы. Через самый низкий слой D ионосферы, появляющийся только днем, СВ проходят и сильно поглощаются в нем, практически исключая связь днем . Поэтому ночью в ионосфере поглощение СВ значительно уменьшается и на расстояниях больших 1000 км от передатчика связь восстанавливается.

Из-за интерференции ионосферных волн между собой или (и ночью) с земными волнами возникают случайные замирания сигнала (фединг). Антифединговые антенны имеют прижатый к земной поверхности максимум диаграммы направленности для борьбы с замираниями и перекрестной модуляцией на СВ.

5.3 Распространение коротких волн

Короткие волны (КВ) имеют длину волны от 10 до 100 м (в 10 раз короче средних волн), частоту от 3 до 30 МГц (в 10 раз больше частоты СВ). КВ используются преимущественно для радиовещания.

КВ сильно поглощаются земной поверхностью и плохо огибают поверхность Земли, поэтому земные КВ распространяются лишь на несколько десятков километров.

КВ испытывают поглощение и проходят в самых нижних слоях ионосферы D и E, но отражаются от слоя F.

Расчет КВ линий связи заключается в составлении графика рабочих частот в зависимости от времени суток (волнового расписания).

5.4 Особенности распространения ультракоротких волн

Ультракороткие волны (УКВ) имеют длину волны менее 10 м и частоту более 30 МГц. По частоте снизу УКВ граничат с КВ, а сверху с инфракрасными волнами. Ионосфера для УКВ прозрачна, поэтому УКВ-линии применяются в основном в пределах прямой видимости.

УКВ имеют большой частотный диапазон, способный передавать значительные объемы информации. На метровых и дециметровых волнах можно разместить 297 телевизионных каналов. Во всем коротковолновом диапазоне разместятся всего 3 телевизионных канала, а во всем СВ диапазоне ни одного.

Развитие мобильной и спутниковой связи, Интернета и другие вышеуказанные причины заставляют радиотехнику переходить на более высокие частоты, поэтому УКВ приобретают все большую значимость.

5.4.1 Распространение ультракоротких волн в пределах прямой видимости

УКВ линии связи, работающие в пределах прямой видимости:

УКВ и телевизионное вещание;

Радиолокационные станции (РЛС);

Радиорелейные линии связи (РРЛ);

Связь с космическими объектами;

Мобильная связь.

5.4.2 Распространение УКВ за горизонт

Дальнее распространение УКВ за линию горизонта происходит следующими способами:

Благодаря рассеянию на неоднородностях тропосферы;

Сверхрефракция в тропосфере;

Рассеивание на неоднородностях ионосферы;

Благодаря отражению от слоев ионосферы F 2 и E S ;

- благодаря отражению от метеорных следов;

Благодаря усилению препятствием (см. рисунок )

Рисунок — Распространение радиоволн при усилении препятствием

Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов

D,B - векторы электрической и магнитной индукции

Е,Н - векторы напряженностей электрического и магнитного поля

I(r, t) - электрический ток

j (r,t) − вектор плотности электрического тока

P −мощность электромагнитного поля

M - вектор намагниченности

P - вектор электрической поляризации

q - электрический заряд

ε,μ − абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости

ε 0 ,μ 0 − диэлектрическая и магнитная постоянные

ε r ,μ r −относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости

П - вектор Пойнтинга (вектор Умова - Пойнтинга)

ρ,ξ,τ - плотности объемного, поверхностного и линейного заряда

σ − удельная проводимость среды

ϕ - скалярный электростатический потенциал

χ э,χ м - электрическая и магнитная восприимчивости

W − энергия электромагнитного поля

W э,W м - энергии электрического и магнитного поля

w −плотность энергии электромагнитного поля

w э,w м - плотности энергий электрического и магнитного поля

k - волновое число

СДВ - сверхдлинные волны

ДВ - длинные волны

СВ - средние волны

КВ - короткие волны

УКВ - ультракороткие волны

РЛС - радиолокационная станция

РРЛ - радиорелейная линия

D - коэффициент направленного действия (КНД) антенны

G - коэффициент усиления антенны

F(θ,α) - диаграмма направленности антенны

R 0 - радиус Земли (6371 км)

Z 0 − волновое сопротивление свободного пространства

Список использованных источников

1.Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие / Л.А. Боков, В.А. Замотринский, А.Е. Мандель. - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2013. - 410 с.

2.Морозов А.В. Электродинамика и распространение радиоволн: учебник для высш. военных учеб. заведений / Морозов А. В., Нырцов А. Н., Шмаков Н. П. - М. : Радиотехника, 2007. - 408 с.

3.Яманов Д.Н. Основы электродинамики и распространение радиоволн. Часть I. Основы электродинамики: Тексты лекций. - М.: МГТУ ГА, 2002. - 80 с.

4.Панько В.С. Лекции по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн».

Консультации Ольшевского Андрея Георгиевича по Skype da .irk .ru

Теоретические основы электротехники (ТОЭ), электроника, схемотехника, основы цифровой, аналоговой электроники, электродинамика и распространение радиоволн.

Понятное объяснение теории, ликвидация пробелов в понимании, обучение приемам решения задач, консультирование при написании курсовых, дипломов.

Генерация, внедрение идей. Основы научных исследований, методы генерации, внедрения научных, изобретательских, бизнес идей. Обучение приемам решения научных проблем, изобретательских задач. Научное, изобретательское, писательское, инженерное творчество. Постановка, выбор, решение наиболее ценных научных, изобретательских задач, идей.

Публикации результатов творчества. Как написать и опубликовать научную статью, подать заявку на изобретение, написать, издать книгу. Теория написания, защиты диссертаций. Зарабатывание денег на идеях, изобретениях. Консультирование при создании изобретений, написании заявок на изобретения, научных статей, заявок на изобретения, книг, монографий, диссертаций. Соавторство в изобретениях, научных статьях, монографиях.

Подготовка студентов и школьников по математике, физике, информатике, школьников желающих получить много баллов (часть C) и слабых учеников к ОГЭ (ГИА) и ЕГЭ. Одновременное улучшение текущей успеваемости путем развития памяти, мышления, понятного объяснения сложного, наглядного преподнесения предметов. Особый подход к каждому ученику. Подготовка к олимпиадам, обеспечивающим льготы при поступлении. 15-летний опыт улучшения успеваемости учеников.

Высшая математика, алгебра, геометрия, теория вероятностей, математическая статистика, линейное программирование.

Авиационные, ракетные и автомобильные двигатели. Гиперзвуковые, прямоточные, ракетные, импульсные детонационные, пульсирующие, газотурбинные, поршневые двигатели внутреннего сгорания - теория, конструкция, расчет, прочность, проектирование, технология изготовления. Термодинамика, теплотехника, газовая динамика, гидравлика.

Авиация, аэромеханика, аэродинамика, динамика полета, теория, конструкция, аэрогидромеханика. Сверхлегкие летательные аппараты, экранопланы, самолеты, вертолеты, ракеты, крылатые ракеты, аппараты на воздушной подушке, дирижабли, винты - теория, конструкция, расчет, прочность, проектирование, технология изготовления.

Теоретическая механика (теормех), сопротивление материалов (сопромат), детали машин, теория механизмов и машин (ТММ), технология машиностроения, технические дисциплины.

Аналитическая геометрия, начертательная геометрия, инженерная графика, черчение. Компьютерная графика, программирование графики, чертежи в Автокад, Нанокад, фотомонтаж.

Логика, графы, деревья, дискретная математика.

OpenOffice и LibreOffice Basic, Visual Basic, VBA, NET, ASP.NET, макросы, VBScript, Бэйсик, С, С++, Делфи, Паскаль, Delphi, Pascal, C#, JavaScript, Fortran, html, Маткад. Создание программ, игр для ПК, ноутбуков, мобильных устройств. Использование бесплатных готовых программ, движков с открытыми исходными кодами.

Создание, размещение, раскрутка, программирование сайтов, интернет-магазинов, заработки на сайтах, Web-дизайн.

Информатика, пользователь ПК: тексты, таблицы, презентации, обучение методу скоропечатания за 2 часа, базы данных, 1С, Windows, Word, Excel, Access, Gimp, OpenOffice, Автокад, nanoCad, Интернет, сети, электронная почта.

Устройство, ремонт компьютеров стационарных и ноутбуков.

Видеоблогер, создание, редактирование, размещение видео, видеомонтаж, зарабатывание денег на видеоблогах.

Выбор, достижение целей, планирование.

Обучение зарабатыванию денег в Интернет: блогер, видеоблогер, программы, сайты, интернет-магазин, статьи, книги и др.

Skype: da.irk.ru

Сайты: www.da.irk.ru

11.01.18 Ольшевский Андрей Георгиевич e-mail: [email protected]

Вы можете поддержать развитие сайта с помощью платежной формы ниже.

Также Вы можете оплатить консультационные и прочие услуги Ольшевского Андрея Георгиевича

Транскрипт

1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра радиотехники ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Институт радиоэлектроники Специальность подготовки дипломированного специалиста: радиотехника Направление подготовки бакалавра: радиотехника Санкт-Петербург Издательство СЗТУ 009

2 Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК Электродинамика и распространение радиоволн: учебнометодический комплекс / сост. Л.Я. Родос, Д.А. Чистяков. СПб.: Изд-во СЗТУ, с. Учебно-методический комплекс (УМК) разработан в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования. В УМК рассмотрены вопросы теории электромагнитного поля, основные методы решения прикладных задач электродинамики применительно к распространению электромагнитных волн в направляющих системах и радиоволн на естественных трассах. УМК предназначен для студентов специальности, изучающих дисциплину «Электродинамика и распространение радиоволн», и бакалавров техники и технологии по направлению, изучающих эту же дисциплину. Рассмотрено на заседании кафедры радиотехники г., одобрено методической комиссией института радиоэлектроники г. Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. кафедрой Г.И. Худяков, д-р техн. наук, проф.); В.С. Калашников, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр. ВНИИРА. Составители: Л.Я. Родос, канд. техн. наук, доц.; Д.А. Чистяков, канд. техн. наук, доц. Северо-Западный государственный заочный технический университет, 008 Родос Л.Я., Чистяков Д.А., 008

3 1. Информация о дисциплине 1.1. Предисловие Электродинамика и распространение радиоволн (ЭД и РРВ) относится к дисциплинам общепрофессионального цикла. Ее объем по государственному образовательному стандарту (ГОСу) составляет 170 часов. Она включает в себя две взаимосвязанные части: часть 1 - собственно электродинамику (теоретическую электродинамику) и часть - распространение радиоволн (прикладную электродинамику). Данная дисциплина является базовой для современной радиотехники. Целью изучения дисциплины является приобретение студентами теоретических знаний и навыков решения задач в области теории электромагнитного поля, особенностей взаимодействия электромагнитных волн с различными физическими средами, распространения радиоволн вдоль направляющих систем и на естественных трассах. Задачи изучения дисциплины усвоение основных положений электродинамики и особенностей распространения радиоволн. В результате изучения дисциплины студент должен овладеть знаниями по дисциплине, формируемыми на нескольких уровнях: Иметь представление: о философской трактовке понятия «электромагнитное поле», об истории развития учения об электромагнетизме, о взаимосвязи электрических, магнитных и оптических явлений, о векторном характере электромагнитных и оптических полей, о диапазонах радиоволн, использующихся в технике, основных особенностях распространения радиоволн на естественных трассах. Знать: уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах, физический смысл всех слагаемых, входящих в эти уравнения; механизмы влияния Земли и атмосферы Земли на распространение радиоволн различных диапазонов. 3

4 Уметь: преобразовывать уравнения Максвелла в уравнения электро- и магнитостатики, стационарных электрических и магнитных полей, в волновые уравнения для векторов электромагнитного поля, векторного и скалярного потенциалов; формулировать задачу (выбрать модель) для расчета параметров конкретной радиолинии. Получить навыки: решения задач электродинамики методами: разделения переменных, запаздывающих потенциалов, скалярного и векторного интегралов Кирхгофа; выбора типа, размеров и расчета параметров направляющих систем (линий передачи электромагнитной энергии); расчета характеристик излучения элементарных излучателей и реальных антенн; выбора модели и определения характера и степени влияния трассы распространения радиоволн на характеристики конкретной радиотехнической системы. Изучение дисциплины «Электродинамика и распространение радиоволн» требует освоения ряда предшествующих дисциплин. К ним относятся: математика (ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, векторная теория поля, решение дифференциальных уравнений); физика (электричество и магнетизм, электродинамика); информатика (методы алгоритмизации, численные методы решения). В свою очередь, курс ЭД и РРВ лежит в основе всех дисциплин, определяющих профессиональную подготовку специалиста в области радиотехники: основы теории цепей, радиотехнические цепи и сигналы, устройства СВЧ и антенны, устройства приема и обработки сигналов, устройства генерирования и формирования сигналов, радиотехнические системы и др. Содержание, объем и порядок изучения материалов курса «Электродинамика и распространение радиоволн» в соответствии с требованиями ГОСа изложены в «Рабочей программе», представленной в рубрике «Информационные ресурсы». Там же представлен «Тематический план», содержащий информацию о видах отчетности по темам. 4

5 1.. Содержание дисциплины и виды учебной работы Содержание дисциплины В соответствии с ГОСом в курсе «Электродинамика и распространение радиоволн» должны изучаться следующие дидактические единицы: интегральные и дифференциальные уравнения электромагнетизма; полная система уравнений Максвелла, граничные условия; энергия электромагнитного поля; теорема Умова-Пойнтинга; граничные задачи электродинамики; аналитические и численные методы решения граничных задач; электромагнитные волны в различных средах; электродинамические потенциалы; электромагнитные волны в направляющих системах; электромагнитные колебания в объемных резонаторах; возбуждение электромагнитных полей заданными источниками; излучение электромагнитных волн в свободное пространство; теорема запаздывающих потенциалов; распространение электромагнитных волн вблизи поверхности Земли; тропосферное распространение радиоволн; распространение радиоволн в условиях пересеченной местности и при наличии препятствий; модели и методы расчета радиотрасс Объем дисциплины и виды учебной работы Всего часов Вид учебной работы Форма обучения Очная Очнозаочная Заочная Общая трудоемкость дисциплины (ОТД) 170 Работа под руководством преподавателя (РпРП) В том числе аудиторные занятия: Лекции Практические занятия (ПЗ) Лабораторные работы (ЛР) Количество часов работы с использованием ДОТ Самостоятельная работа студента

6 Промежуточный контроль, количество Контрольная работа - Зачет Вид итогового контроля (экзамен), количество Перечень видов учебной работы студента, текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации - две контрольные работы (для очно-заочной и заочной форм обучения); -тесты (тренировочные по темам, рубежные по разделам дисциплины, вопросы для самопроверки и т.п.); - один зачет (по лабораторным работам части 1- электродинамика); -два экзамена.. Рабочие учебные материалы.1. Рабочая программа (170 час.) Часть 1 - электродинамика.1.1. Раздел 1. Интегральные и дифференциальные уравнения электромагнетизма Основные понятия и определения (4 час.) [ 1 ], с Основные понятия и определения, материальность электромагнитного поля, векторы электромагнитного поля, классификация сред в электродинамике. Уравнения Максвелла - фундаментальные уравнения электродинамики (1 час.) [ 1 ], с Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах и их физический смысл. Уравнение непрерывности электрического тока. Сторонние электрические и магнитные токи и заряды. Полная система уравнений ЭМП в симметричной и несимметричной формах. Уравнения Максвелла при гармони- 6

7 ческой зависимости электромагнитных процессов от времени. Комплексная диэлектрическая проницаемость сред. Принцип перестановочной двойственности уравнений Максвелла. Энергетические характеристики ЭМП (6 час.) [ 1 ], с Баланс энергии в ЭМП: локализация, движение и превращения энергии. Энергетические характеристики при гармонической зависимости электромагнитных процессов от времени. Электромагнитные волны - форма существования ЭМП (6 час.) [ 1 ], с Волновые уравнения для векторов ЭМП. Электродинамические потенциалы. Волновые уравнения для электродинамических потенциалов. Волновые уравнения в комплексной форме. Частные виды уравнений ЭМП (4 час.) [ 3 ], с Электростатическое поле: система зарядов, диполь, емкость, проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Стационарное поле: система токов, магнитный диполь, индуктивность. Квазистационарное поле: от уравнений Максвелла к теории цепей..1.. Раздел. Граничные задачи электродинамики Основные методы решения задач электродинамики (8 час.) [ 1 ], с. 1-7 Внутренние и внешние задачи электродинамики. Краевые условия и условие излучения. Единственность решения задач электродинамики. Принцип суперпозиции решений, теорема взаимности, теорема эквивалентности. Строгие методы решения: запаздывающих потенциалов, разделения переменных, Кирхгофа. Приближенные методы решения: геометрической и волновой оптики, краевых волн, геометрической теории дифракции, моделирования. 7

8 Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) (10 час.) [ 1 ], с. 7-4 Общие свойства волновых процессов. Плоские однородные электромагнитные волны в однородной безграничной изотропной среде. Волны в диэлектрике, полупроводнике и проводнике. Сферические ЭМВ в безграничных однородных средах. Излучение ЭМВ (1 час.) [ 1 ], с Виды элементарных излучателей. Излучение системы заданных токов. Элементарный электрический излучатель: составляющие векторов ЭМП, функция направленности, мощность и сопротивление излучения. Элементарный магнитный излучатель. Элемент Гюйгенса. Плоские ЭМВ в неоднородной среде (10 час.) [ 3 ], с Электромагнитные волны и оптические лучи. Граничные условия для векторов электромагнитного поля. Отражение и преломление электромагнитных волн на плоской границе раздела сред. Законы Снеллиуса и формулы Френеля. Понятия углов Брюстера, полного внутреннего отражения, поверхностного эффекта Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах. Направляемые ЭМВ и направляющие системы. Волноводы (16 час.) [ 1 ], с Общие сведения о направляющих системах и направляемых волнах. Полые металлические волноводы: прямоугольный, круглый. Структура электромагнитного поля, основные типы волн, фазовая и групповая скорости, длина волны в волноводе, характеристическое сопротивление, затухание электромаг- 8

9 нитных волн, возбуждение и связь волноводов, выбор размеров волновода для работы на заданном типе волн. Коаксиальные и двухпроводные линии передачи (4 час.) [ 3 ], с. 4-9 Особенности волн типа Т и основные параметры Т волны в коаксиальной и двухпроводной линии передачи. Фазовая постоянная, фазовая скорость, групповая скорость, длина волны в линии, волновое сопротивление. Диапазон одномодовой работы коаксиальной линии. Объемные резонаторы (8 час.) [ 3 ], с Отрезок направляющей структуры как резонатор. Общая теория объемных резонаторов на основе прямоугольного, цилиндрического и коаксиального волноводов. Собственная частота и добротность резонаторов. Возбуждение резонаторов. Часть распространение радиоволн.1.4. Раздел 4. Распространение ЭМВ вблизи поверхности Земли. Влияние препятствий. Основные понятия и определения (4 час.) , с. 4-7 Основные понятия и определения в теории РРВ. Роль и место вопросов распространения радиоволн в подготовке радиоинженеров. История развития теории РРВ. Классификация радиоволн по диапазонам частот и способам распространения на естественных трассах. Распространение радиоволн в свободном пространстве (10 час.) , с Электромагнитное поле изотропного и направленного излучателей в свободном пространстве. Уравнения идеальной радиосвязи для излучателей 9

10 различного типа. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля в свободном пространстве. Существенная и минимальная области пространства при распространении радиоволн. Потери передачи при распространении радиоволн в свободном пространстве. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн (18 час.) , с Электрические параметры земной поверхности. Постановка и общее решение задачи дифракции радиоволн вокруг однородной сферической Земной поверхности. Анализ общего решения задачи: влияние электрических параметров поверхности Земли и расстояния между корреспондирующими пунктами на величину и поведение множителя ослабления в пространстве. Расстояние прямой видимости и расчёт множителя ослабления в зоне прямой видимости. Интерференционные формулы. Пределы применимости интерференционных формул. Расчёт множителя ослабления в зонах тени и полутени. Отражение радиоволн от поверхности Земли, существенная и минимальная области отражающей поверхности. Учёт влияния кривизны Земной поверхности при отражении радиоволн. Влияние неоднородности электрических параметров Земной поверхности на распространение радиоволн вдоль неё. Влияние неровностей поверхности Земли на распространение радиоволн. Критерий Релея. Общие сведения о распространении радиоволн вблизи статистически неровных поверхностей Раздел 5. Влияние атмосферы Земли на распространение радиоволн. Влияние тропосферы Земли на распространение радиоволн (10 час.) , с Состав и строение атмосферы Земли. Электромагнитные параметры тропосферы, стратосферы и ионосферы. Рефракция радиоволн в тропосфере и ионосфере. Уравнение траектории волны и радиус кривизны луча. Виды рефракции радиоволн в тропосфере. Эквивалентный радиус Земли. Процесс образования и параметры тропосферных волноводов. 10

11 Влияние ионосферы Земли на распространение радиоволн (8 час.) , с Траектория радиоволн в ионосфере. Отражение радиоволн от ионосферы. Критическая и максимальная частоты. Фазовая и групповая скорости распространения радиоволн в ионосфере. Влияние магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере. Рассеяние и поглощение радиоволн в тропосфере и ионосфере. Методы экспериментального исследования тропосферы и ионосферы Раздел 6. Модели и методы расчета радиотрасс. Радиолинии различного назначения. Диапазоны применяемых частот (8 час.) , с Линии радиовещания, телевидения, радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоуправления и телеметрии. Назначение радиолиний, диапазоны применяемых частот и особенности распространения радиоволн этих диапазонов на трассе радиолинии. Методы расчета различных радиолиний , с Методики расчёта радиолиний различного назначения и различных диапазонов радиоволн. 11

12 .. Тематический план дисциплины..1. Тематический план дисциплины для студентов очной формы обучения п/ п Наименование разделов и тем Количество часов по очной форме обучения Виды занятий (часы) лекции ПЗ (С) ЛР аудит. ДОТ аудит. ДОТ аудит. ДОТ Самостоятельная работа Тесты Виды контроля Контрольные работы Рефераты ЛР Курсовая работа ВСЕГО Раздел 1. Интегральные и дифференциальные уравнения электромагнетизма 1.1 Основные понятия и определения 3 1. Уравнения Максвелла фундаментальные уравнения электродинамики Энергетические характеристики электромагнитного поля (ЭМП) Электромагнитные волны форма существования ЭМП Частные виды уравнений ЭМП 7 Раздел. Граничные задачи электродинамики 8.1 Основные методы решения задач электродинамики 9. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) в однородной среде 10.3 Сферические ЭМВ в безграничных средах. Излучение ЭМВ Плоские ЭМВ в неоднородной среде 1 Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах Направляемые ЭМВ и направляющие системы. Волноводы Коаксиальные и двухпроводные линии передачи Объемные резонаторы Раздел 4. Распространение 4 ЭМВ вблизи поверхности Земли. Влияние препятствий Основные понятия и определения

13 18 4. Распространение радиоволн в свободном пространстве Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн 0 Раздел 5. Влияние атмосферы Земли на распространение радиоволн Влияние тропосферы Земли на распространение радиоволн 5. Влияние ионосферы Земли на распространение радиоволн 3 Раздел 6. Модели и методы расчета радиотрасс Радиолинии различного назначения. Диапазоны применяемых частот 5 6. Методы расчета различных радиолиний Тематический план дисциплины для студентов очно-заочной формы обучения п/ п Наименование разделов и тем Количество часов по дневной форме Виды занятий (часы) Лекции ПЗ ЛР Аудиторн. ДОТ Аудиторн. ДОТ Аудиторн. ДОТ Самост. работа Тесты Виды контроля Контр. работы ПЗ ЛР Курс. работы Всего Раздел 1. Интегральные и дифференциальные уравнения электромагне- 1 тизма Основные понятия и определения Уравнения Максвелла - фундаментальные уравнения электродинамики Энергетические характеристики электромагнитного поля (ЭМП) Электромагнитные волны -форма существования ЭМП Частные виды уравнений ЭМП 4 7 Раздел. Граничные задачи электродинамики Основные методы решения задач электродинамики Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) в однородной среде Сферические ЭМВ в безграничных однородных средах. Излучение ЭМВ Плоские ЭМВ в неоднородной среде

14 1 Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах Направляемые электромагнитные волны и направляющие системы. Волноводы Коаксиальные и двухпроводные линии передачи Объемные резонаторы Раздел 4. Распространение электромагнитных волн вблизи поверхности Земли. Влияние препятствий Основные понятия и определения Распространение радиоволн в свободном пространстве Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Раздел 5. Влияние атмосферы Земли на распространение радиоволн Влияние тропосферы Земли на распространение радиоволн Влияние ионосферы Земли на распространение радиоволн Раздел 6. Модели и методы расчета радиотрасс Радиолинии различного назначения. Диапазоны применяемых частот Методы расчета различных радиолиний Тематический план дисциплины для студентов заочной формы обучения п/ п Наименование разделов и тем Количество часов по очной форме обучения Виды занятий (часы) лекции ПЗ (С) ЛР аудит. ДОТ аудит. ДОТ аудит. ДОТ Самостоятельная работа Тесты Виды контроля Контрольные работы Рефераты ЛР Курсовая работа ВСЕГО Раздел 1. Интегральные и дифференциальные уравнения электромагнетизма 1.1 Основные понятия и определения 3 1. Уравнения Максвелла фундаментальные уравнения электродинамики Энергетические характеристики электромагнитного поля (ЭМП)

15 5 1.4 Электромагнитные волны форма существования ЭМП Частные виды уравнений ЭМП Раздел. Граничные задачи электродинамики Основные методы решения задач электродинамики 9. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) в однородной среде Сферические ЭМВ в безграничных средах. Излучение ЭМВ Плоские ЭМВ в неоднородной среде Раздел 3. ЭМВ в направляющих 3 системах. Электромаг- нитные колебания в объемных резонаторах Направляемые ЭМВ и направляющие системы. Волново- ды Коаксиальные и двухпроводные линии передачи Объемные резонаторы Раздел 4. Распространение 4 ЭМВ вблизи поверхности Земли. Влияние препятствий Основные понятия и определения Распространение радиоволн в свободном пространстве Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Раздел 5. Влияние атмосферы 5 Земли на распространение радиоволн Влияние тропосферы Земли на распространение радиоволн 5. Влияние ионосферы Земли на распространение радиоволн 3 Раздел 6. Модели и методы расчета радиотрасс Радиолинии различного назначения. Диапазоны применяемых частот 5 6. Методы расчета различных радиолиний

16 .3. Структурно-логическая схема дисциплины Электродинамика и распространение радиоволн Раздел 1 Интегральные и дифференциальные уравне- Раздел Граничные задачи электро- Раздел 3 Электромагнитные волны в направляющих Раздел 4 Распространение электромагнитных волн вблизи Раздел 5 Влияние атмосферы Земли на распространение Раздел 6 Модели и методы расчета ра- Основные понятии и определе- Уравнения Максвелла- фундаментальные Основные методы решения задач электроди- Направляемые электромагнитные волны и Основные понятия и определе- Влияние тропосферы Земли на распространение Радиолинии различного назначения. Диапа- Энергетические характеристики элек- Плоские электромагнитные волны Сферические электромагнитные волны в безгра- Коаксиальные и двухпроводные линии передачи Распространение радиоволн в свободном про- Влияние ионосферы Земли на распространение Методы расчета различных ра- Электромагнитные волны форма су- Плоские электромагнитные вол- Объемные резонаторы Влияние поверхности Земли на распространение Распространение радиоволн в космическом Частные виды уравнений электромаг-

17 .4. Временной график изучения дисциплины (для студентов, занимающихся с применением ДОТ) Название раздела (темы) Продолжительность изучения раздела (темы) 1 Раздел 1. Интегральные и дифференциальные 7 дн. уравнения электродинамики Раздел. Граничные задачи электродинамики 9 дн. 3 Раздел 3. Электромагнитные волны в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах 7 дн. 4 Раздел 4. Распространение электромагнитных 7 дн. волн вблизи поверхности Земли 5 Раздел 5. Влияние атмосферы Земли на распространение 4 дн. радиоволн 6 Раздел 6. Модели и методы расчета радиотрасс 4 дн. 7 Контрольная работа 1 дн. 8 Контрольная работа дн. ИТОГО.5. Практический блок.5.1. Практические занятия Практические занятия (очная форма обучения) 4 дн. Номер и наименование темы Тема.3 Сферические ЭМВ в безграничных средах. Излучение ЭМВ Тема 3.1 Направляемые ЭМВ и направляющие системы. Волноводы Тема 4. Распространение радиоволн в свободном пространстве Решение задач на излучение ЭМВ элементарными электрическим и магнитным диполями Определение размеров волноводов и характеристик ЭМП в прямоугольном и круглом волноводах Определение параметров линий радиосвязи в свободном (космическом) пространстве Наименование тем практических занятий Количество часов Тема 4.3 Влияние по- Расчет напряженности ЭМП на ра-

18 верхности Земли на распространение радиоволн диолиниях, проходящих вблизи поверхности Земли Практические занятия (заочная и очно-заочная формы обучения). Практические занятия для студентов указанных форм обучения учебными рабочими планами не предусмотрены..5.. Лабораторные работы Лабораторные работы (очная форма обучения) Номер и наименование раздела (темы) Раздел. Граничные задачи электродинамики Тема.. Плоские электромагнитные волны Тема.4. Плоские ЭМВ в неоднородной среде Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах Тема 3.1. Направляемые ЭМВ и направляющие системы Тема 3.3. Объемные резонаторы Наименование лабораторной работы Исследование поляризации электромагнитного поля Исследование отражения и преломления плоских ЭМВ на плоской границе раздела двух однородных диэлектрических сред Исследование основной волны в полом прямоугольном металлическом волноводе Исследование электромагнитного поля в цилиндрическом объемном резонаторе Количество часов

19 Раздел 4. Распространение ЭМВ вблизи поверхности Земли Тема 4.. Распространение радиоволн в свободном пространстве Тема 4.3. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Исследование области пространства, оказывающей существенное влияние на распространение радиоволн в однородной среде Исследование влияния поверхности Земли на распространение радиоволн 4 4 Лабораторные работы (очно-заочная форма обучения) Номер и наименование раздела (темы) Раздел. Граничные задачи электродинамики Тема.. Плоские электромагнитные волны Тема.4. Плоские ЭМВ в неоднородной среде Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах Тема 3.1. Направляемые ЭМВ и направляющие системы Тема 3.3. Объемные резонаторы Наименование лабораторной работы Исследование поляризации электромагнитного поля Исследование отражения и преломления плоских ЭМВ на плоской границе раздела двух однородных диэлектрических сред Исследование основной волны в полом прямоугольном металлическом волноводе Исследование электромагнитного поля в цилиндрическом объемном резонаторе Количество часов

20 Раздел 4. Распространение ЭМВ вблизи поверхности Земли Тема 4.. Распространение радиоволн в свободном пространстве Тема 4.3. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Исследование области пространства, оказывающей существенное влияние на распространение радиоволн в однородной среде Исследование влияния поверхности Земли на распространение радиоволн 4 4 Лабораторные работы (заочная форма обучения) Номер и наименование раздела (темы) Раздел. Граничные задачи электродинамики Тема.. Плоские электромагнитные волны Тема.4. Плоские ЭМВ в неоднородной среде Раздел 3. ЭМВ в направляющих системах. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах Тема 3.1. Направляемые ЭМВ и направляющие системы Тема 3.3. Объемные резонаторы Наименование лабораторной работы Исследование поляризации электромагнитного поля Исследование отражения и преломления плоских ЭМВ на плоской границе раздела двух однородных диэлектрических сред Исследование основной волны в полом прямоугольном металлическом волноводе Исследование электромагнитного поля в цилиндрическом объемном резонаторе Количество часов 4

21 Раздел 4. Распространение ЭМВ вблизи поверхности Земли Тема 4.. Распространение радиоволн в свободном пространстве Тема 4.3. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Исследование области пространства, оказывающей существенное влияние на распространение радиоволн в однородной среде Исследование влияния поверхности Земли на распространение радиоволн.6. Балльно-рейтинговая система оценки знаний при использовании ДОТ Дисциплина Электродинамика и распространение радиоволн, как указывалось выше, состоит из двух частей. Изучение первой части курса (электродинамики) осуществляется в пятом семестре и заканчивается сдачей экзамена. Первая часть курса содержит три раздела (двенадцать тем), при изучении которых необходимо выполнить первую контрольную работу, состоящую из двух задач. Каждая тема в опорном конспекте заканчивается перечнем вопросов для самопроверки, которые следует рассматривать в качестве тренировочных тестов с открытым заданием. После изучения каждой темы необходимо ответить на вопросы тренировочных тестов текущего (промежуточного) контроля, содержащего пять вопросов. Изучение каждого раздела заканчивается ответом на вопросы теста рубежного контроля, содержащего десять вопросов. Номера соответствующих тестов приведены в тематическом плане. Определение рейтинг-баллов производится следующим образом: - за правильный ответ на вопрос теста рубежного контроля - балла; - за правильно решенную задачу - 0 баллов. При успешной работе с материалами первой части курса студент может получить х10х3 +0х =100 баллов. Преодоление порога в 70 баллов, а также выполнение цикла лабораторных работ по разделам и 3 в период экзаменационной сессии и получение за- 5

22 чета по лабораторным работам, обеспечивает допуск к экзамену. Изучение второй части курса осуществляется в шестом семестре и заканчивается экзаменом. Вторая часть курса состоит из трех разделов (семи тем), при изучении которых необходимо выполнить вторую контрольную работу, состоящую из двух задач. Каждая тема в опорном конспекте заканчивается вопросами для самопроверки, которые следует рассматривать в качестве тренировочных тестов с открытым заданием. После изучения каждой темы необходимо ответить на вопросы тренировочного теста текущего (промежуточного) контроля, состоящего из пяти вопросов. Изучение каждого раздела заканчивается ответом на вопросы теста рубежного контроля, содержащего десять вопросов. Номера соответствующих тестов приведены в тематическом плане. Определение рейтинг-баллов при изучении второй части курса производится так же, как и первой части. При успешной работе с материалами второй части курса студент может получить х10х3 + 0х =100 баллов. Преодоление порога в 75 баллов и выполнение цикла лабораторных работ в период экзаменационной сессии обеспечивает допуск к экзамену. 3. Информационные ресурсы дисциплины 3.1. Библиографический список Основной: 1. Калашников, В.С. Электродинамика и распространение радиоволн (электродинамика): письм. лекции / В.С. Калашников, Л.Я. Родос. СПб.: Издво СЗТУ, Родос, Л.Я. Электродинамика и распространение радиоволн (распространение радиоволн): учеб.- метод. комплекс: учеб.пособие / Л.Я. Родос. - СПб.: Изд-во СЗТУ, Красюк, Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов/ Н.П. Красюк, Н.Д. Дымович.- М.: Высш. шк., Дополнительный: 6

23 4. Петров, Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. для вузов/ Б.М. Петров. -е изд., испр. М.: Горячая линия Телеком, Красюк, Н.П. Распространение УКВ в неоднородной тропосфере: учеб. пособие / Н.П. Красюк, Л.Я. Родос. Л.: СЗПИ, Чистяков, Д. А. Законы и уравнения электродинамики как следствия уравнений Максвелла: конспект лекций/ Д.А. Чистяков. СПб.: СЗПИ, Чистяков, Д.А. Основы электродинамики в задачах с решениями: писм. лекции/ Д.А. Чистяков. СПб.: СЗПИ, Чистяков, Д.А. Уравнения Максвелла физические аксиомы электродинамики: письм. лекции / Д.А. Чистяков. СПб.: СЗПИ, В электронной библиотеке СЗТУ по адресу имеются источники из библиографического списка под номерами: 1;; Опорный конспект (сценарий учебного процесса) Дисциплина Электродинамика и распространение радиоволн, как указывалось выше, является фундаментальной дисциплиной и целиком базируется на курсах физики и высшей математики. В связи с этим, приступая к ее изучению, необходимо восстановить в памяти основные сведения из второй части курса общей физики (электричество и магнетизм) и следующих разделов высшей математики: уравнения математической физики, векторный анализ, теория поля. Основной целью дисциплины является изучение уравнений Максвелла, их физического смысла и применение этих уравнений для решения прикладных задач радиофизики и радиотехники. Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню тем тематического плана. Материал каждой темы насыщен математическими соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна, поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы. 7

24 3..1. Основные понятия и определения в электродинамике Основные понятия и определения изложены в на страницах При изучении данного раздела необходимо уяснить назначение дисциплины при подготовке радиоинженеров, место и задачи ее в системе современных представлений естествознания, обратив особое внимание на материальность электромагнитного поля. Необходимо усвоить, что электромагнитное поле во всех своих проявлениях полностью характеризуется двумя основными и четырьмя дополнительными векторами. Электромагнитное поле существует и рассматривается в различных средах, которые классифицируются по характеру зависимости их электромагнитных параметров от времени, пространственных координат, величины и направления векторов электромагнитного поля, существующего в данной среде. Все математические соотношения данного курса записываются в единицах "СИ". Вопросы для самопроверки 1. Каковы основные особенности электромагнитного поля, подтверждающие его материальность?. В чем заключается физический смысл векторов, характеризующих электромагнитное поле? 3. Какой вид имеют материальные уравнения для векторов электромагнитного поля? 4. Какие классификации сред, применяются в электродинамике? 3... Уравнения Максвелла - фундаментальные уравнения электродинамики Содержание данного раздела представлено в на страницах Необходимо обратить внимание на то, что уравнения Максвелла являются результатом обобщения большого числа физических законов, представляют собой фундаментальные зависимости макроскопической электродинамики, позволяющие получить все основные соотношения теории электромагнит- 8

25 ного поля. Следует уяснить, что источниками электромагнитного поля являются электрически заряженные частицы либо движущиеся, либо находящиеся в покое. В практических приложениях часто используется гармоническая зависимость от времени величин, входящих в уравнения Максвелла, поэтому для их представления удобно применять символический метод. Вопросы для самопроверки 1. Какие экспериментальные законы лежат в основе уравнений Максвелла?. В чем состоит физический смысл тока смещения? 3. Каков физический смысл уравнений Максвелла в интегральной и дифференциальной формах? 4. В чем заключается разница между симметричной и несимметричной формами записи уравнений Максвелла? Энергетические характеристики ЭМП Содержание данного раздела изложено в на страницах Электромагнитное поле как вид материи обладает определенной энергией. Для него справедлив закон сохранения. Аналитическим представлением этого закона является уравнение баланса электромагнитной энергии - теорема Умова - Пойнтинга. Вопросы для самопроверки 1. Какие энергетические составляющие могут входить в уравнение баланса энергии электромагнитного поля?. Запишите выражение для вектора Пойнтинга в случае гармонических во времени полей Электромагнитные волны - форма существования ЭМП Содержание данного раздела приведено в на страницах Из уравнений Максвелла следует, что электромагнитное поле может су- 9

26 ществовать в виде электромагнитных волн. Адекватными соотношениями, описывающими волновой характер электромагнитного поля, являются волновые уравнения - дифференциальные уравнения в частных производных второго порядка, которые могут быть получены непосредственно из уравнений Максвелла - дифференциальных уравнений в частных производных первого порядка. Для решения различного рода прикладных задач используются обычно волновые уравнения для векторов поля и волновые уравнения для электродинамических потенциалов. При гармонической зависимости электродинамических процессов от времени форма записи и решение волновых уравнений существенно упрощаются. Вопросы для самопроверки 1. Какие виды волновых уравнений используются для решения задач электродинамики?. В чем заключается смысл калибровочного соотношения? 3. В чем состоит отличие уравнений Даламбера и Гельмгольца от обобщенного волнового уравнения? 4. Имеется ли разница между векторным потенциалом и вектором Герца в случае гармонического электромагнитного поля? Частные виды уравнений ЭМП Содержание данного раздела приведено в на cтраницах Уравнения стационарных и статических полей получаются как частные случаи из уравнений электродинамики - уравнений Максвелла при условии, что источники электромагнитного поля либо стационарны (не зависят от времени), либо, кроме того, еще и неподвижны (статичны). Стационарные и статические поля материальны; для них выполняется закон сохранения и превращения энергии, но они не носят волнового характера и в уравнениях, описывающих их поведение, не содержится временной зависимости (например, уравнения Пуассона и Лапласа). Вопросы для самопроверки 10

27 1. При каких условиях система уравнений Максвелла распадается на системы уравнений электро- и магнитостатики?. В чем состоит отличие стационарных и статических полей? 3. Чем определяется величина энергии электростатического поля? 4. Запишите уравнения второго порядка в частных производных для статических и стационарных полей. 5. Какие методы используются для решения задач электростатики? Основные методы решения задач электродинамики Содержание данного раздела изложено в на страницах 1 7. При освоении настоящего раздела необходимо изучить особенности формулировки и решения внутренних и внешних задач электродинамики, обратив особое внимание на формулировку условий единственности решения электродинамических задач для ограниченных и безграничных объемов пространства, основные принципы и теоремы, используемые при построении решений практических задач. Изучить строгие и приближенные методы решения, учитывая, что результаты решения любыми строгими методами совпадают, в то время как результаты решения задачи, полученные различными приближенными методами, отличаются друг от друга. Вопросы для самопроверки 1. Как формулируются внутренние и внешние задачи электродинамики?. В чем состоит роль условия излучения при решении внешних задач? 3. Как формулируется теорема единственности решения задач электродинамики? 4. При каких условиях справедлив принцип суперпозиции решений? 5. Для каких сред выполняется теорема взаимности и в чем заключается ее сущность? 6. Какова роль теоремы эквивалентности для внешних задач электродинамики? 7. Что лежит в основе решения задач методом запаздывающих потен- 11

28 циалов? 8. При каких условиях метод Кирхгофа может рассматриваться как строгий метод решения? 9. Сформулируйте условия применимости методов геометрической и волновой оптики. 10. В чем состоит сущность методов краевых волн и геометрической теории дифракции? 11. В чем состоит сущность метода электродинамического моделирования? Плоские электромагнитные волны (ЭМВ) Содержание раздела представлено в на страницах 7 4. В данном разделе необходимо обратить внимание на то, что для характеристики любого волнового процесса вводятся понятия фазового и амплитудного волновых фронтов. В общем случае фазовые фронты могут иметь произвольную форму, однако основными являются: плоская, цилиндрическая и сферическая. Для характеристики векторных волновых процессов кроме амплитуды, фазы и частоты колебаний, вводится понятие поляризации. Необходимо изучить все существующие разновидности поляризации электромагнитных волн. Здесь же следует рассмотреть решение уравнений Гельмгольца для векторов электромагнитного поля в виде плоских волн, обратив внимание на различные математические формы записи выражений, взаимную ориентацию векторов напряженностей электрического и магнитного полей и вектора Пойнтинга, а также на связь между ними и электромагнитными параметрами среды. Следует изучить особенности распространения плоской волны в диэлектрике, полупроводнике и проводнике, обратив внимание на специфику распространения плоской волны в средах с проводимостью (экспоненциальное убывание амплитуды, появление фазового сдвига и дисперсии). Вопросы для самопроверки 1. В чем заключается отличие волновых процессов от колебательных процессов в радиотехнических цепях? 1

29 . Какая дополнительная характеристика вводится для описания векторных волновых процессов? 3. Какие виды поляризации принято рассматривать в задачах электродинамики? 4. Каковы основные свойства плоской волны? 5. Какой характер носит волновое число в различных средах? 6. В чем заключаются особенности распространения плоской волны в средах с проводимостью? 7. Какова природа явления дисперсии при распространении плоской волны в полупроводящей среде? 8. К чему приводит нелинейность и анизотропия среды при распространении плоской волны? Сферические ЭМВ в безграничных однородных средах. Излучение ЭМВ Содержание данного раздела приведено в на страницах При изучении настоящего раздела необходимо уяснить постановку задачи об излучении электромагнитных волн, а также то, что излучение создается только электрическими зарядами, движущимися с ускорением. Необходимо усвоить цель введения понятия элементарного излучателя, виды моделей элементарных излучателей и методы расчета их характеристик. Следует обратить внимание на особенности распределения электромагнитного поля элементарного излучателя в пространстве в зависимости от расстояния и угловых координат, усвоить особенности поведения вектора Пойнтинга. Необходимо также знать основные технические характеристики излучателей, такие как диаграмма направленности, мощность и сопротивление излучения, коэффициент направленного действия. Вопросы для самопроверки 1. Какова цель введения понятия элементарного излучателя? 13

30 . Как формулируется задача излучения электромагнитных волн? 3. Какой метод решения используется для расчета излучения элементарного электрического диполя? 4. Назовите характерные зоны пространства и критерии разделения, в которых принято рассматривать поле излучения. 5. Охарактеризуйте энергетические свойства поля, излученного элементарным излучателем. 6. Какие характеристики свойственны элементарному излучателю как антенне? 7. Какие модели используются для описания элементарного магнитного излучателя? 8. Сравните излучающую способность элементарных электрического и магнитного излучателей. 9. Какой вид имеет диаграмма направленности элемента Гюйгенса? Плоские ЭМВ в неоднородной среде Содержание данного раздела представлено в на страницах При изучении настоящего раздела студент должен уяснить постановку задачи об отражении и преломлении плоской электромагнитной волны на плоской границе раздела сред и физику явлений, имеющих место на границе раздела. Необходимо знать методику получения соотношений для векторов электромагнитного поля на границе раздела, обратив внимание на области использования граничных условий. Следует также изучить содержание и смысл таких понятий как угол полного внутреннего отражения, угол Брюстера, поверхностный эффект. Вопросы для самопроверки 1. В чем заключается физика отражения, и преломления плоской волны на границе раздела сред?. Как формулируется электродинамическая задача на отражение и пре- 14

31 ломление плоской волны на границе раздела сред? 3. В чем состоит смысл введения граничных условий? 4. Как определяется поляризация электромагнитной волны, падающей на границу раздела сред? 5. В чем заключается физический смысл явления полной поляризации? 6. Что понимается под толщиной скин-слоя? 7. Изобразите поведение модуля, и фазы коэффициента отражения при падении плоской волны на границу раздела в функции от угла падения Направляемые ЭМВ и направляющие системы. Волноводы Содержание данного раздела приведено в на страницах В данном разделе следует изучить существующие виды направляющих систем, типы и основные особенности электромагнитных волн, распространяющихся в них, рассмотреть решение волнового уравнения для прямоугольного и круглого волноводов. Необходимо уяснить основные параметры, характеризующие работу волновода: критическая длина волны, длина волны в волноводе, фазовая и групповая скорости, характеристическое сопротивление волновода. Необходимо знать и уметь изобразить графически структуру основных типов колебаний в прямоугольном и круглом волноводе, а также уметь выбрать размеры волновода для работы на заданном типе колебаний. Следует также иметь представление о распределении токов на стенках волновода и системах возбуждения и связи волноводов. Вопросы для самопроверки 1. Назовите существующие в настоящее время типы направляющих систем.. В чем заключается отличие электрических, магнитных и поперечных электромагнитных волн в линиях передачи? 3. Какие типы волн могут распространяться в волноводах, коаксиальных и проводных линиях передачи? 4. Сформулируйте постановку задачи о распространении электромаг- 15

32 нитных волн в волноводе. 5. Какие граничные условия используются при решении волнового уравнения в полом металлическом волноводе? 6. В каких пределах могут изменяться фазовая и групповая скорости электромагнитных волн в волноводе? 7. Какой тип колебаний принято называть основным? 8. Исходя из каких условий, производится выбор размеров поперечного сечения волновода? 9. Сформулируйте требования к устройствам возбуждения электромагнитных колебаний в волноводе Коаксиальные и двухпроводные линии передачи Содержание раздела представлено в на cтраницах 4 9. В данном разделе необходимо изучить основные понятия, относящиеся к поперечным электромагнитным волнам, обратить внимание на особенности распределения электромагнитной волны вдоль линии передачи и в ее поперечных сечениях. Следует также уметь записать выражения для основных параметров, характеризующих данные линии передачи: волнового сопротивления, погонной емкости и индуктивности, коэффициента ослабления, величины переносимой мощности. Вопросы для самопроверки 1. Сформулируйте основные свойства поперечной волны в линиях передачи.. Изобразите картину силовых линий электромагнитной волны в плоскости поперечного сечения коаксиальной и двухпроводной линий передачи. 3. Запишите выражения для основных параметров рассматриваемых линий передачи Объемные резонаторы Содержание данного раздела представлено в на страницах При изучении данного раздела необходимо уяснить назначение и конст- 16

33 руктивные особенности различных видов объемных резонаторов. Ознакомиться с методом решения волнового уравнения для объемного резонатора, построенного на базе прямоугольного волновода, типами и структурой простейших видов колебаний в нем, а также с методами расчета основных параметров резонатора. Следует знать основные типы колебаний в цилиндрических объемных резонаторах, способы определения собственной резонансной частоты, добротности и размеров резонатора, способы возбуждения. Вопросы для самопроверки 1. Какие типы объемных резонаторов используются в технике сверхвысоких частот?. Какие типы колебаний могут существовать в объемных резонаторах? 3. Как определяется добротность объемного резонатора? 4. Из каких соображений определяются размеры объемных резонаторов, построенных на основе прямоугольного и круглого волноводов? 5. Какие системы возбуждения резонаторов используются на практике? Основные понятия и определения в теории РРВ Содержание данного раздела представлено в на странице 4. В данном разделе, необходимо обратить внимание на роль российских ученых в разработке теории и развитии техники систем радиовещания, радиосвязи, телевидения, радиолокации. Следует помнить, что в настоящее время во всем мире принята десятичная система деления частотного диапазона волн на поддиапазоны. Необходимо иметь представление об особенностях распространения радиоволн этих поддиапазонов. Вопросы для самопроверки 1. На какие поддиапазоны разделяют весь диапазон радиоволн?. Каковы особенности распространения радиоволн различных поддиапазонов? 17

34 Распространение радиоволн в свободном пространстве Содержание данного раздела представлено в на страницах В этом разделе следует обратить внимание на энергетические соотношения при распространении радиоволн ненаправленного и направленного излучателей в свободном пространстве. Необходимо уметь вывести и проанализировать уравнение идеальной радиосвязи; используя принцип Гюйгенса-Френеля, построить зоны Френеля и определить существенную и минимальную области пространства, оказывающие влияние на распространение радиоволн. Необходимо также обратить внимание на то, что даже при распространении радиоволн в свободном пространстве имеет место ослабление потока энергии электромагнитного поля с расстоянием. Следует уметь объяснить физику этого явления и записать математическое выражение для потерь передачи в свободном пространстве. Вопросы для самопроверки 1. Как определить плотность потока энергии и напряженность поля ненаправленного и направленного излучателей в свободном пространстве?. Как формулируется принцип Гюйгенса-Френеля? 3. Как строятся зоны Френеля при РРВ в свободном пространстве? 4. Из каких соображений определяют существенную и минимальную области, влияющие на РРВ в свободном пространстве? 5. Как объяснить процесс ослабления электромагнитного поля в свободном пространстве? Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн Содержание данного раздела представлено в на страницах В данном разделе необходимо усвоить, что поверхность Земли оказывает существенное влияние на РРВ. Это влияние учитывается введением множителя ослабления поля свободного пространства, который вычисляется, исходя из конкретного вида радиотрассы. Нужно знать электромагнитные параметры 18

35 основных разновидностей земной поверхности. Для определения множителя ослабления необходимо решить сложную задачу дифракции радиоволн вокруг реальной поверхности Земли. Следует иметь в виду, что в настоящее время эта задача, даже в самой строгой постановке, не учитывает неровностей поверхности Земли и решается для гладкой сферической поверхности. Получаемые, даже при такой постановке задачи, выражения, являются чрезвычайно сложными и расчёты множителя ослабления возможны только с применением ЭВМ, поэтому в инженерной практике, для некоторых радиотрасс, применяют приближённые методы решения, базирующиеся на интерференционных формулах в освещённой области и одночленной дифракционной формуле в области глубокой тени. Для учёта влияния реального распределения параметров Земли вдоль радиотрассы и неровностей её поверхности также применяют приближённые методы. Следует обратить внимание на явления: береговой рефракции (искривление траекторий электромагнитной волны); эффект усиления величины электромагнитного поля за счёт препятствий; на скачкообразное изменение величины электромагнитного поля при переходе через границу участков трассы с различными электромагнитными параметрами. Неровности на поверхности Земли распределены случайным образом, что приводит к необходимости применения методов математической статистики при исследовании процессов распространения радиоволн над подобными неровными поверхностями. Вопросы для самопроверки 1. Как учитывают влияние поверхности Земли на РРВ?. Какими электромагнитными параметрами характеризуют поверхность Земли? 3. Как формулируют задачу дифракции радиоволн вокруг поверхности Земли? 4. Какие характерные области пространства принято выделять при изу- 19

Методические указания по изучению дисциплин «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Электромагнитные поля и волны» для студентов ВДБВ-6-16 Список литературы Основная литература 1.Никольский В.В.,

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие... 8 Глава 1. Основы электромагнетизма... 9 1.1. Электромагнитное поле...9 1.2. Плотность тока проводимости...12 1.3. Закон сохранения заряда...14 1.4. Закон Гаусса...15 1.5. Закон

1 1. Цели и задачи дисциплины 1.1. Цели преподавания дисциплины Дисциплина «Основы электродинамики и распространение радиоволн» обеспечивает базовую подготовку радиоинженеров в теории электродинамики и

Список вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине «Электродинамика и распространение радиоволн» зимняя сессия 2018/19 учебного года группы РРБО-16 * Вопросы, которые не были рассмотрены на занятиях,

Сокращения: Опр Ф-ка Ф-ла - Пр - определение формулировка формула пример 1. Электрическое поле 1) Фундаментальные свойства заряда (перечислить) 2) Закон Кулона (Ф-ла, рис) 3) Вектор напряженности электрического

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» «УТВЕРЖДАЮ» Директор ИРЭ Мирошникова И.Н. подпись

Вопросы для самоконтроля по темам: Электростатика, магнетизм, колебания. 1. Какие носители электрического заряда вы знаете? 2. Чем заряженное тело отличается от нейтрального на атомарном уровне. 3. Что

Бакалавры ФИЗИКА И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (для студентов факультета ИБМ) 3 СЕМЕСТР Модуль 1 Таблица 1 Виды аудиторных занятий и самостоятельной работы Сроки проведения или выполнения, недели Трудоёмкость, часы

Электродинамика 1. Математические методы электродинамики. Элементы векторного и тензорного исчисления (краткая сводка основных формул и понятий). Специальные функции математической физики. 2. Основные

8 ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ИЗЛУЧЕНИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ Рассмотрим электромагнитное поле движущегося произвольным образом точечного заряда Оно описывается запаздывающими потенциалами которые запишем в виде

2 Раздел 1. Основные понятия теории электромагнитного поля Основные величины, характеризующие электромагнитное поле. Классификация сред по отношению к электромагнитному полю. Система уравнений электродинамики.

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

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Кафедра «Автоматизированные электротехнологические

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Академия гражданской защиты Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным

Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. Электромагнитные поля и волны ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «СОВЕТСКОЕ РАДИО» МОСКВА - 1971 Излагаются основы теории электромагнитного поля. Главное

ПРОЕКТ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский национальный

ЭЛЕКТРОСТАТИКА 1. Два рода электрических зарядов, их свойства. Способы зарядки тел. Наименьший неделимый электрический заряд. Единица электрического заряда. Закон сохранения электрических зарядов. Электростатика.

Титульный лист рабочей учебной программы Ф СО ПГУ 7.18.3/30 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра «Радиотехника и телекоммуникации»

3 1 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ Система уравнений электродинамики (уравнений Максвелла) описывает наиболее общие законы электромагнитного поля Эти законы связывают между собой электрические

Приложение 7 к приказу 853-1 от 27 сентября 2016 г. МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ЭКЗАМЕНА В МАГИСТРАТУРУ ПО НАПРАВЛЕНИЮ

ГОУ ВПО РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ) УНИВЕРСИТЕТ Составлен в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по указанным направлениям и Положением

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение................................................................ 5 Список принятых обозначений и сокращений.................................. 7 Принятые обозначения...............................................

1. Цели и задачи освоения учебной дисциплины 1.1. Цель дисциплины Курс Электродинамика и распространен радиоволн является курсом направления 10400.6 "Радиотехника" и знакомит студентов с физическими основами

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" Институт

Теста Тестовые задания по дисциплине «Основы электродинамики и распространение радиоволн» (остаточные знания) Рубрикация Мера Балл оценки трудности 1 2 4 1 2 2 4 1. Плоские электромагнитные волны (ЭМВ)

Вид занятий Распределение часов дисциплины по семестрам семестров, число учебных недель в семестрах 1 19 2 20 3 19 4 20 5 19 6 18 7 19 8 7 Итого УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД УП РПД

Программа дисциплины "Антенны и распространение радиоволн"; 118. Радиофизика; доцент, к.н. (доцент) Насыров И.А. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное

ГЛАВА 5 Плоские волны Излучатель электромагнитной волны создает вокруг себя фронт этих волн На больших расстояниях от излучателя волну можно считать сферической Но на очень больших расстояниях от излучателя

Электромагнитные волны Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный

5 Направляемые волны Направляемая волна это волна которая распространяется вдоль заданного направления Приоритетность направления обеспечивается направляющей системой 5 Основные свойства и параметры направляемой

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Вопросы для программированного теоретического коллоквиума по физике для студентов

Некоммерческое акционерное общество АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ И СВЯЗИ КАФЕДРА РАДИОТЕХНИКА Утверждено Декан Медеуов У.И. «2» 06 2012г. ПРОГРАММА КУРСА (Syllabus)

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие... 6 Как пользоваться книгой... 9 Методические указания к решению задач... 12 Обозначения физических величин... 14 Введение... 16 1. Электростатика и постоянный ток... 18 1.1. Электростатическое

Робоча навчальна програма з дисципліни Антени та розповсюдження радіохвиль Введение 1.1. Объект изучения Объект изучения:1) радиофизические процессы, возникающие при распространении радиоволн в атмосфере

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение...5 Список принятых обозначений и сокращений...7 Принятые обозначения...7 Принятые сокращения...7 ЧАСТЬ ПЕРВАЯ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Глава 1 Общие сведения об электромагнитном

Центр обеспечения качества образования Институт Группа ФИО МОДУЛЬ: ФИЗИКА (ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ + КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ (МОДУЛЬ 5 И 6)) 1 Верные утверждения 1) магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены

Теория линий передачи Распространение электромагнитной энергии по направляющим системам Направляющая система это линия, способная передавать электромагнитную энергию в заданном направлении. Таким канализирующим

Волгоградский государственный университет Физико-технический институт Кафедра лазерной физики УТВЕРЖДЕНО УЧЕНЫМ СОВЕТОМ Протокол от 2014 г. Директор физико-технического института К.М. Фирсов 2014 г. РЕКОМЕНДОВАНО

Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ... 3 1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ... 6 1.1. Характеристики электромагнитного поля и среды... 6 1.2. Интегральные уравнения электромагнитного

Теория сейсмических волн Программа дисциплины Программа дисциплины «Теория сейсмических волн» составлена в соответствии с требованиями (федеральный компонент) Указать, в рамках какой специальности (направления)

ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ С ОЦЕНКОЙ ПО ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ФИЗИЧЕСКИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 1. В каких единицах измеряется электрический заряд в СИ и СГСЭ (ГС)? Как связаны между собой эти единицы для заряда? Заряд протона

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» «Утверждаю» Декан факультета компьютерного проектирования Будник