Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634655)
Контекстум
.

Электродинамика (500,00 руб.)

0   0
Первый авторСомов А. М.
АвторыСтаростин В. В., Бенеславский С. Д.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц199
ID202866
АннотацияВ книге изложены вопросы теории электромагнитных волн под углом зрения применения основных ее положений в технике СВЧ и антеннах. Рассмотрены вопросы излучения, распространения, преломления, отражения и возбуждения таких волн в свободном пространстве и в направляющих системах.
Кем рекомендованоУМО по образованию в области информационной безопасности в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специализациям специальности 090302 (090106) - «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»
Кому рекомендованоДля студентов, обучающихся по специальностям 090106 - "Информационная безопасность телекоммуникационных систем", 090107 - "Противодействие техническим разведкам", направлению подготовки 090900 -"Информационная безопасность" (профиль "Безопасность телекоммуникационных систем"), будет полезна студентам телекоммуникационных и радиотехнических специальностей, аспирантам и специалистам в области инфокоммуникаций и защиты информации.
ISBN978-5-9912-0155-1
УДК621.371:537.86(075.8)
ББК32.845
Сомов, А.М. Электродинамика : учеб. пособие / В.В. Старостин, С.Д. Бенеславский; А.М. Сомов .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2011 .— 199 с. : ил. — ISBN 978-5-9912-0155-1 .— URL: https://rucont.ru/efd/202866 (дата обращения: 23.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Во второй главе рассматривается структура поля при излучении электромагнитных волн элементарными источниками: элементарным вибратором и элементарной рамкой. <...> Для анализа полей излучения элементарной рамки используется перестановочная двойственность уравнений поля, предложенная А.А. Пистолькорсом. <...> Здесь же рассмотрены волны в полосковых и коаксиальных линиях передачи, где основное внимание уделено Т-волнам. <...> В шестой главе рассмотрены волны в металлических волноводах — прямоугольного и круглого поперечного сечения, а также в радиальном волноводе. <...> Основное внимание уделено волне типа H10 в прямоугольном волноводе, приведены структуры её полей и поверхностных токов, поясняется принцип действия и особенности других 8 Введение элементов волноводных трактов. <...> Рассмотрены волны различных типов, а волна H11 анализируется как волна, аналогичная волне H10 в прямоугольном волноводе. <...> Основное внимание уделено колебаниям в прямоугольных резонаторах типа H101 , чаще всего используемым в аппаратуре. <...> Вектор результирующей напряженности электрического поля в точке его наблюдения (измерения) M , согласно этому принципу, представляет векторную сумму напряженностей полей, создаваемых в этой же точке каждым из зарядов: ⃗ =E ⃗1 + E ⃗ 2 + ... <...> . Далее рассматривается случай, когда пространство, в котором имеются заряды, создающие электрическое поле, заполнено идеальным диэлектриком. <...> При появлении в диэлектрике электрического поля заряды молекул смещаются вдоль поля и каждая молекула представляет собой как бы электрический диполь (рис. <...> Такое изменение характери⃗ , а по аналогии с электрическим зуется вектором намагниченности M полем вводится также второй магнитный вектор напряженности маг⃗ не зависящий от среды и, следовательно, характеринитного поля H, зующий источники поля: <...> Это третье уравнение материальных сред, а µа — третий параметр (после εа и σ), характеризующий электромагнитные свойства среды. <...> С целью <...>
Электродинамика.pdf
Стр.1
Электродинамика_(1).pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.197
Стр.198
Электродинамика.pdf
Стр.1
Электродинамика_(1).pdf
Стр.1
УДК 621.371: 537.86 (075.8) ББК 32.845 С61 Реце нзе н т ы : доктор физ.-мат. наук, профессор В. А. Давыдов; доктор техн. наук М. Д. Воробьёв Сомов А. М., Старостин В. В., Бенеславский С. Д. С61 Электродинамика: Учебное пособие / Под ред. А. М. Сомова. − М.: Горячая линия–Телеком, 2011. – 198 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0155-1. В книге изложены вопросы теории электромагнитных волн под углом зрения применения основных её положений в технике СВЧ и антеннах. Рассмотрены вопросы излучения, распространения, преломления, отражения и возбуждения таких волн в свободном пространстве и в направляющих системах. Для студентов, обучающихся по специальностям 090106 – «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», 090107 – «Противодействие техническим разведкам», направлению подготовки 090900 – «Информационная безопасность» (профиль «Безопасность телекоммуникационных систем»), будет полезна студентам телекоммуникационных и радиотехнических специальностей, аспирантам и специалистам в области инфокоммуникаций и защиты информации. ББК 32.845 Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU Учебное издание Сомов Анатолий Михайлович Старостин Владимир Васильевич Бенеславский Сергей Дмитриевич ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Учебное пособие Книга подготовлена при поддержке грантов Президента Российской Федерации НШ-5.2008.10 и НШ-24.2010.10 Редактор Ю. Н. Чернышов Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова Обложка художника В. Г. Ситникова Подписано в печать 25.09.2010. Печать офсетная. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. …. Тираж 500 экз. ISBN 978-5-9912-0155-1 © А. М. Сомов, В. В. Старостин, С. Д. Бенеславский, 2011 © Издательство Горячая линия–Телеком, 2011
Стр.2
Введение В предлагаемом Вашему вниманию учебном пособии рассматриваются основы классической, или как её ещё называют, макроскопической теории электромагнитного поля, а также её приложений для решения задач возбуждения, излучения и распространения радиоволн в неограниченных средах и направляющих системах. В этой классической теории электромагнитного поля среда распространения электромагнитных волн характеризуется некоторыми усредненными параметрами, что позволяет отвлечься от её дискретной микроскопической структуры, имеющей место в действительности. Предложенный подход может использоваться для решения инженерных задач до тех пор, пока размеры рассматриваемых областей пространства во много раз больше размеров атомов и молекул. Для описания электромагнитных процессов, происходящих в микромире, была развита специальная квантовая теория поля. Интересующая же нас практическая радиотехника в большинстве случаев имеет дело с макроскопическими явлениями, поэтому представляемая здесь теория электромагнитного поля является научной базой для целого ряда радиотехнических дисциплин, таких, как распространение радиоволн, антенные и фидерные устройства, электроника СВЧ, радиолокация, радиоастрономия и т.д. Что же имеется в виду под термином «электромагнитное поле»? Современная наука говорит о том, что в природе материя может существовать в двух модификациях: в форме вещества и в форме физических полей. Самым общим определением электромагнитного поля является утверждение о том, что этот вид поля является одним из существующих в природе физических полей, и в то же время это одна из общих форм существования материи. Кроме электромагнитного поля, существуют и другие физические поля, например гравитационные, внутриядерные. Хотя природа этих полей к этому времени изучена по сравнению со свойствами электромагнитного поля меньше, однако имеются многие факты, свидетельствующие об их взаимной связи. В связи с этим учёный-физик Альберт Эйнштейн последние десятилетия своей научной деятельности посвятил созданию единой теории поля, охватывающей и включающей в себя все известные виды полей. В настоящее время ведущие физики современной науки продолжают эту сложную и напряжённую работу.
Стр.3
4 Введение Следует отметить, что в настоящее время научно доказана материальная сущность всех известных полей, в том числе и исследуемого электромагнитного поля, поскольку оно обладает массой и удовлетворяет определенным качественным и количественным соотношениям, которые рассматриваются далее в предлагаемом Вашему вниманию учебном пособии. Теория электромагнитного поля исторически складывалась, осваивалась практикой и развивалась вначале в рамках создаваемой теоретической электротехники, а затем в XX и XXI веках — её дальнейшего продолжения — радиотехники. Основоположниками этой теории электромагнитного поля по праву можно считать выдающихся физиков XIX века — англичан М. Фарадея и Д. Максвелла, а также академика Петербургской Академии Э.Х. Ленца. Майкл Фарадей в 1830 году открыл чрезвычайно важное для теории и практики электромагнитного поля явление электромагнитной индукции, впервые экспериментально доказал взаимную связь между магнитным и электрическим полями. Он так же открыл явление поворота плоскости поляризации оптической волны при её прохождении через кристалл исландского шпата, помещенный в постоянное магнитное поле (1846 г.), называемое в честь автора, его открывшего, эффектом Фарадея. В радиотехнике имеет место такое же явление поворота плоскости поляризации при прохождении радиоволн через ионосферу Земли вдоль меридианов, совпадающих по направлению с направлением силовых линий магнитного поля. Эммануил Ленц (1833 г.) установил один из основных принципов электродинамики — принцип инерции электромагнитного поля, получивший название принципа Ленца. Дж.К. Максвелл провёл анализ накопленных экспериментальных данных, обобщил и широко развил идеи, высказанные и экспериментально полученные Фарадеем и Ленцем, придал им строгую математическую форму, объединил в единую и стройную теорию электромагнитного поля (1865 г.). Основой этой теории является совокупность двух основных законов, описываемых системой дифференциальных уравнений электромагнитного поля, называемых уравнениями Максвелла. В самом начале появления теория электромагнитного поля Максвелла была встречена научным сообществом с недоверием, однако опыты Генриха Герца, проведённые в 1888 году, окончательно утвердили право на её существование. Генрих Герц ещё далее развил теорию Максвелла и именно он придал ей современный математический вид. Результаты опытов, проведённых Герцем, напрямую подвели к
Стр.4
Введение 5 мысли о возможности создания беспроводной линии передачи информации на расстояние — к созданию радиосвязи, однако в то время сам Герц относился к этому возможному практическому применению своей теории весьма скептически. Честь открытия практического радиоприёма, а значит и радио, принадлежит нашему соотечественнику Александру Степановичу Попову. Именно он 5 мая 1895 г. впервые продемонстрировал возможность радиоприема электромагнитного излучения грозовых разрядов молний, а уже в следующем году А.С. Попов с использованием изобретенной им антенны осуществил и радиосвязь на заметном для того времени расстоянии (250 м). Большой вклад в развитие теории электромагнитного поля внес профессор Московского университета П.Н. Лебедев, экспериментально измеривший (1899 г.) давление световых волн, являющихся частным случаем электромагнитного поля, тем самым подтвердивший фундаментальный вывод теории Максвелла — материальность электромагнитного поля. Свой вклад в развитие теории электромагнитного поля, а также в инженерную практику её применения, внесли и вносят российские ученые. Здесь следует отметить академиковШулейкина, Введенского, Щукина, Фока, Пистолькорса, Богомолова, профессора Айзенберга, Калинина и многих других ученых. Этот вклад высоко оценен мировым сообществом и многим фундаментальным соотношениям присвоены имена их первооткрывателей: формулы Шулейкина — Ван-дер-Поля, Введенского, Фока, граничные условия Леонтовича — Щукина, эффект Кабанова, двойная ромбическая антенна Айзенберга и т.д. Электромагнитное поле характеризуется векторными характеристиками, поскольку имеет как величину, так и направление воздействия, а прежде всего, векторами напряженности электрического и магнитного полей (векторами ⃗ E и ⃗ H), поэтому эта теория опирается на математический аппарат векторного анализа. Основные понятия и соотношения векторного анализа для напоминания кратко приведены в приложениях. Далее будут рассматриваться закономерности двух видов полей скалярных и векторных в их зависимости от времени. Для этих полей могут быть образованы так же и пространственные производные, показывающие наибольшую скорость и направление изменения рассматриваемой функции в пространстве. В этих полях пространственные производные образуются как предел отношения поверхностного интеграла от рассматриваемой функции по замкнутой поверхности к объему этой поверхности.
Стр.5
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Основы теории электрического ïîëÿ. . . . . . . . . . . . . 1.1. Основные величины, определяющие электромагнитное поле. Электромагнитные параметры среды существования поля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 9 1.2. Система дифференциальных уравнений электромагнитного поля (уравнения Максвелла). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3. Граничные условия для векторов поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.4. Энергия электромагнитного поля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.5. Комплексная форма записи векторов. Уравнения поля для комплексных амплитуд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.6. Решение волновых уравнений поля при заданных источниках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.7. Решение неоднородного волнового уравнения. Теорема об эквивалентных источниках; принцип Гюйгенса—Френеля 47 Вопросы к главе 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Глава 2. Излучение электромагнитных волн . . . . . . . . . . . . . . 52 2.1. Электромагнитное поле элементарного вибратора (диполя Герца) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2. Электромагнитное поле элементарной рамки. . . . . . . . . . . . . 62 2.3. Излучение раскрыва цилиндрической формы . . . . . . . . . . . . 65 2.4. Излучение из открытого конца радиального волновода, возбуждаемого элементом Гюйгенса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5. Особенности расчета направленных свойств антенн с коническим раскрывом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Вопросы к главе 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Глава 3. Общие законы распространения электромагнитных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.1. Основные соотношения для плоских электромагнитных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 3.2. Плоские волны, распространяющиеся в идеальном диэлектрике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.3. Плоские волны в проводящей среде . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.4. Фазовая и групповая скорости распространения электромагнитной энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Стр.197
198 Оглавление Вопросы к главе 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Глава 4. Преломление и отражение плоских волн на плоской границе двух сред . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.1. Общие законы преломления и отражения электромагнитных волн . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.2. Преломление и отражение на границе диэлектрик – диэлектрик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.3. Преломление волн на границе диэлектрик – проводник . . 107 Вопросы к главе 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Глава 5. Направляемые волны, их типы и свойства. Волны в полосковых и коаксиальных линиях передачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.1. Классификация направляемых волн. Их общие свойства, описание составляющих поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.2. Волны в полосковых линиях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.3. Волны в коаксиальных линиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Вопросы к главе 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Глава 6. Волны в металлических волноводах . . . . . . . . . . . . . 128 6.1. H-волны в волноводах прямоугольного поперечного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 6.2. E-волны в прямоугольных волноводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 6.3. Волноводы круглого поперечного сечения . . . . . . . . . . . . . . . . 140 6.4. Распространение H-волн в волноводах круглого сечения. 146 6.5. Радиальный волновод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.6. Энергетические потери энергии в линиях передачи . . . . . . 154 6.7. Возбуждение электромагнитных волн в волноводах. . . . . . 158 6.8. Возбуждение радиального волновода элементом Гюйгенса 161 6.9. Возбуждение радиального волновода рупорным облучателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Вопросы к главе 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Глава 7. Объемные резонаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.1. Цилиндрический объёмный резонатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 7.2. Добротность объёмных резонаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 7.3. Объёмные резонаторы сложной геометрической формы. . 186 Вопросы к главе 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Приложение 1. Элементы векторной алгебры . . . . . . . . . . . . 188 Приложение 2. Коаксиальные кабели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Приложение 3. СВЧ волноводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Стр.198

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.