Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Eлeктpoдинaмiкa та поширення радіохвиль" призначені для студентів радіотехнічного факультету всіх форм навчання.

Дисципліна "Eлeктpoдинaмiкa та поширення paдioxвиль" є однією з основних базових дисциплін, яка вивчається студентами радіотехнічного факультету. Вона становить теоретичну базу для вивчення таких курсів: "Антени і пристрої HBЧ", "Eлeктpoннi та квантові пристрої HBЧ", “Лінії передавання інформації” та ін. Крім того, вона має самостійне теоретичне та прикладне значення.

Тому важливо глибоко вивчити основні положення електродинаміки. Мета проведення лабораторних робіт поглибити теоретичні знання з окремих тем, а також набути практичних навичок роботи з апаратурою НВЧ діапазону, досвіду проведення експерименту.

Цикл лабораторних занять, що вміщує вісім робіт, охоплює основні розділи лекційного курсу. Термін виконання кожної роботи  3 години.

Під час підготовки до лабораторних занять студенту потрібно:

- усвідомити мету роботи і вивчити теоретичний матеріал не лише той, що наведено в даному посібнику, а й з конспекту лекцій і рекомендованої літератури;

- перевірити свої знання, відповівши на контрольні запитання, наведені в кінці роботи;

- виконати домашнє завдання;

- підготувати протокол майбутньої лабораторної роботи.

Звіт про виконання лабораторної роботи оформлюють в зошиті або на окремих аркушах. До протоколу мають входити титульний лист, назва і дата виконання роботи, мета роботи, схема вимірювань, результати виконання домашнього завдання, результати експериментальних досліджень , висновки. В кінці заняття повністю оформлений протокол подається викладачеві, що проводить заняття, для перевірки і затвердження (заліку).

Лабораторна робота № 1 дослідження випромінювання електричного і магнітного диполів (Найпростіші випромінювачі електромагнітних хвиль)

Мета роботи ознайомитись з фізичними моделями найпростіших випромінювачів електромагнітних хвиль і експериментально дослідити їх основні характеристики.

Теоретичні відомості

Вивчення найпростіших (елементарних) випромінювачів електромагнітних хвиль має важливе значення для розуміння процесу випромінювання антен, оскільки поле випромінювання складної антенної системи на основі принципу суперпозиції можна розглядати як суму полів деякої множини елементарних випромінювачів.

Розглянемо елементарний електричний випромінювач. Це є відрізок лінійного провідника довжиною l , по якому тече змінний струмІ, величина і фаза якого за довжиною не змінюється. Такий струм, згідно з законом збереження заряду, може текти по провіднику в тому разі, якщо на його кінцях містяться точкові заряди+Qі-Q, які змінюються з часом і пов'язані з струмом співвідношенням

І= -dQ /dt. (1)

Фізичною моделлю елементарного електричного випромінювача є відрізок провідника довжиною l<<λ(λ- довжина хвилі) з металевими кулями на кінцяхдиполь Герца (вібратор Герца). Через те що метале­ві кулі на кінцях провідника мають досить значні ємності, які перезаряджаються зарядами±Q, значення і фаза струму за довжиною провідника практично залишаються незмінними.

Знайдемо поля, які збуджуються елементарним електричним випромінювачем. Введемо сферичну систему координат r, θ,φ, одиничні орти якої. Полярна вісьвісьOzзбігається з віссю випромінювача, а він знаходиться в центрі системи координат (рис. 1).

Для знаходження полів такого випромінювача потрібно:

а)визначити електродинамічний векторний потенціалчерез лінійний струмI, що тече по вібратору [1];

б) за векторним потенціалом із співвідношення[1,2]

(2)

знайти вектор напруженості магнітного поля , де_a = ₀, ₀  абсолютна магнітна проникність, відносна магнітна проникність₀ = 410^-7 [Гн/м]фізична стала.

в) за напруженістю магнітного поля , за умови, що струм провідності дорівнює нулю, із першого рівняння Максвелла

(3)

визначити вектор напруженості електричного поля, де _a = ₀, _aабсолютна діелектрична проникність,відносна діелектрична проникність_= 1/3610^-9[Ф/м]фізична стала.

У нашому випадку для будь-якої точки простору електродинамічний векторний потенціал має лише однукомпоненту, за умови l << може бути обчислена за формулою

(4)

де значення струмуІ, віднесене до моменту часу;Vшвидкість електромагнітної хвилі в середовищі; t момент часу, в який визначається вектор ;rвідстань від початку координат до точки, де визначається вектор.

Оскільки векторний потенціал орієнтований згідно з напрямком допоміжної полярної осіOz , то у взятій нами сферичній системі координат проекції його на осібудуть мати вигляд

(5)

(кути між віссю Ozі ортамивідповідно дорівнюютьі ).

Напруженість магнітного поля , збудженого елементарним електричним випромінювачем, знайдемо із (2), використовуючи вирази для ротора у сферичній системі координат. Виконавши потрібні перетворення, отримаємо

(6)

Підставивши (6)в перше рівняння Максвелла у сферичній системі координат і про інтегрувавши його за змінноюt, дістанемо

(7)