- •И. В. Богачков Электромагнитные поля и волны
- •Предисловие
- •Тема 1. Введение в теорию эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Классификация радиоволн
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 2. Основные уравнения теории эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Уравнения Максвелла в интегральной форме
- •Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 3. Граничные условия для векторов эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 4. Баланс энергии эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 5. Волновые уравнения для векторов эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 6. Плоские эмв в диэлектриках
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 7. Эмп в проводниках
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 8. Эмв в реальных средах. Поляризация эмв
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 9. Эмв на границе раздела двух сред
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Формулы Френеля
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 10. Классификация эмп. Особенности квазистационарного эмп
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 11. Электродинамические потенциалы. Основные теоремы и принципы электродинамики
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 12. Излучение эмв
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 13. Плоские эмв в анизотропной среде
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 14. Дифракция эмв
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 15. Условия распространения эмв в направляющих системах
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Для того чтобы эмв перемещалась в лп, необходимо нахождение и в поперечной плоскости (s).
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 16. Полые металлические волноводы
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Эмв в прямоугольном волноводе
- •Волноводы сложных форм сечения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 17. Линии передачи т-волны
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 18. Волоконные световоды и другие Линии передачи
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 19. Волновые процессы в нерегулярных линиях
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 20. Элементы линий передачи
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Тема 21. Объемные резонаторы
- •Указания к теме
- •Основные сведения
- •Контрольные вопросы и задания
- •Библиографический список
- •Содержание
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Омский государственный технический университет»
И. В. Богачков Электромагнитные поля и волны
Учебное пособие
3-е издание, дополненное
Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям
подготовки бакалавров и магистров 550400 – Телекоммуникации,
подготовки дипломированных специалистов 654400 – Телекоммуникации
Омск
Издательство ОмГТУ
2009
УДК 537.8(075)
ББК 22.313+22.336я73
Б73
Рецензенты:
Н. И. Горлов, д-р техн. наук, профессор,
зав. каф. «Линии связи» СибГУТИ (г. Новосибирск);
Ю. А. Пальчун д-р техн. наук, профессор,
академик Метрологической академии, Ученый секретарь СНИИМ
Богачков, И. В.
Б 73 Электромагнитные поля и волны: учеб. пособие / И. В. Богачков. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 144 с.
ISBN 978-5-8149-0707-3
Приведена программа изучения дисциплины «Электромагнитные поля и волны», которая состоит из 21 темы. Каждая тема содержит указания к изучению, основные сведения, контрольные вопросы и задания по теме, список рекомендуемой литературы.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов 654400 – Телекоммуникации (специальность 210402 «Средства связи с подвижными объектами») и подготовки бакалавров и магистров 550400 – Телекоммуникации всех форм обучения, а также может использоваться в учебном процессе других радиотехнических и связных специальностей (направление 210300 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи).
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
УДК 537.8(075)
ББК 22.313+22.336я73
© Омский государственный
I
Предисловие
Целью преподавания дисциплины «Электромагнитные поля и волны» является знакомство с основами теории электромагнитного поля (ЭМП), изучение особенностей структуры ЭМП и ЭМВ волн, распространяющихся в различных средах, и подготовка студентов к изучению дисциплин «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства», «Направляющие среды электросвязи и средства их защиты».
В результате изучения дисциплины приобретаются навыки проведения самостоятельного анализа физических процессов, происходящих в различных направляющих системах, устройствах СВЧ, в однородных и неоднородных средах, понимания сущности ЭМ совместимости.
Данная дисциплина находится на стыке дисциплин, обеспечивающих базовую и специальную подготовку студентов. Приобретенные знания и навыки необходимы как для грамотной эксплуатации телекоммуникационной аппаратуры, так и для разработки широкого класса устройств, связанных с передачей и приемом сигналов.
Учебное пособие содержит 21 тему, где отражены все вопросы дисциплины «Электромагнитные поля и волны» согласно Государственному образовательному стандарту и рекомендованной учебно-методическим объединением типовой рабочей программе.
Каждая тема состоит из краткого содержания, указаний к изучению, основных сведений по теме, рекомендуемой литературы, контрольных вопросов и заданий для самопроверки.
При изучении всех тем следует придерживаться последовательности вопросов, изложенных в программе. В указаниях к теме обозначен круг вопросов и понятий, которым необходимо уделить особое внимание.
По каждой теме даны основные сведения.
Для упрощения поиска необходимого материала в конце каждой темы приведен подробный список рекомендуемой литературы, а также даны контрольные вопросы, ответы на которые помогут в закреплении знаний. Для полного усвоения дисциплины желательно, чтобы на все вопросы программы был найден ответ. Рекомендуется следующая схема ответа: определение, физическая сущность, место в теории ЭМП, практическая значимость, связь с другими понятиями.
Условные обозначения
ВОЛП (ВОЛС) – волоконно-оптическая линия передачи (связи);
ВЧ – высокие частоты (диапазон ВЧ 3…30 МГц);
ДЗ – дальняя зона (антенны, излучающей системы);
ДН – диаграмма направленности;
ДСК – декартова система координат;
КБВ – коэффициент бегущей волны;
КВЧ – крайне высокие частоты (30…300 ГГц);
КСВ – коэффициент стоячей волны (SWR);
ЛП – линия передачи;
МПЛ – микрополосковая линия;
ОВ – оптическое волокно;
ОВЧ – очень высокие частоты (30…300 МГц);
СВЧ – сверхвысокие частоты (3…30 ГГц);
ПП – показатель преломления оптоволокна;
СПЛ – симметричная полосковая линия;
ССК – сферическая система координат;
УВЧ – ультравысокие частоты (0,3…3 ГГц);
ЦСК – цилиндрическая система координат;
ЭМ – электромагнитный;
ЭМВ – электромагнитная волна;
ЭМП – электромагнитное поле;
–магнитная индукция, Т;
–электрическая индукция, Кл/м2;
–напряженность электрического поля, В/м;
–напряженность магнитного поля, А/м;
–величина, комплексно-сопряженная с ;
–единичный вектор (орт) по соответствующей координате (x);
–плотность потока мощности, Вт/м2;
– магнитный поток, Вб;
Zc – характеристическое сопротивление, Ом;
Zв – волновое сопротивление, Ом;
I – сила тока, А;
U – напряжение, В;
P – мощность, Вт;
W – энергия, Дж;
c – скорость света в вакууме = 3108 (2,9979…108), м/с;
С – емкость, Ф;
L – индуктивность, Гн;
Mik – взаимная индуктивность, Гн;
f – частота, Гц;
fкр – критическая частота, Гц;
i – мнимая единица (i = );
j – плотность тока, А/м2;
k – волновое число, 1/м (= – i = – i);
–волновой вектор;
– постоянная затухания, 1/м;
пр – постоянная затухания ЭМВ в проводнике, 1/м;
д – постоянная затухания ЭМВ в диэлектрике, 1/м;
– постоянная фазы, 1/м;
– комплексный коэффициент распространения ( = + i = i);
– толщина скин-слоя (глубина проникновения ЭМП в вещество), м;
– относительнаядиэлектрическаяпроницаемость (для вакуума = 1);
–комплексная величина (с учетом потерь) ;
0 – электрическая постоянная = 1/36 10–9 (8,854 10–12), Ф/м;
a – абсолютная диэлектрическая проницаемость (a = 0);
– длина волны, м;
– относительная магнитная проницаемость (для вакуума = 1);
0 – магнитная постоянная = 4 10–7 (1,257 10–6), Гн/м;
a – абсолютная магнитная проницаемость (a = 0);
– удельная проводимость, См/м;
S – плотность поверхностного заряда, Кл/м2;
– объемная плотность заряда, Кл/м3
– циклическая частота ( = 2f), рад/с;
–скалярное произведение векторов и;
–векторное произведение векторов и.