Федеральное агентство связи
Уральский технический институт связи и информатики (филиал)
федерального государственного образовательного бюджетного учреждения высшего профессионального образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
Панченко Б.А.
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Учебное пособие
Екатеринбург 2011
ББК 32.841
УДК 621.396.67
Рецензенты:
профессор кафедры «Высокочастотные средства радиосвязи и телевидения» Института радиоэлектроники и информационных технологий ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», д.т.н., профессор С.Н. Шабунин;
профессор кафедры «Автоматика и информационные технологии» Института радиоэлектроники и информационных технологий ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», д.т.н., профессор С.В. Поршнев
Панченко Б.А.
Техническая электродинамика: Учебное пособие / Б.А. Панченко. – Екатеринбург: УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2011. – 114 с.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по программам подготовки бакалавров и магистров очной и заочной форм обучения.
Пособие рекомендовано для студентов направлений подготовки: 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (квалификация (степень) «бакалавр»), 210400 «Радиотехника» (квалификация (степень) «бакалавр»), 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (квалификация (степень) «магистр»).
Рекомендовано НМС УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ» в качестве учебного пособия для студентов на базе среднего (полного) общего образования для всех выше перечисленных направлений.
ББК 32.841
УДК 621.396.67
Кафедра общепрофессиональных
дисциплин технических специальностей
© УрТИСИ ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», 2011
Содержание
1 СКАЛЯРНЫЕ И ВЕКТОРНЫЕ ПОЛЯ. ОПЕРАЦИИ НАД ВЕКТОРАМИ 6
1.1 Классификация полей 6
1.2 Операции над векторами 6
2 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ 10
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ 10
2.1 Определение векторов электромагнитного поля 10
2.2 Уравнения Максвелла 11
2.3 Уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Комплексные амплитуды 12
2.4 Энергия электромагнитного поля 14
2.5 Граничные условия для векторов поля 15
3 ПЛОСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ 18
3.1 Характеристики плоской скалярной волны 18
3.2 Плоская электромагнитная волна 20
3.3 Частные случаи распространения плоских электромагнитных волн 22
3.4 Падение плоской электромагнитной волны на границу раздела сред 24
4 ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН 31
4.1 Элементарные источники излучения 31
4.2 Основные электрические характеристики антенн 35
4.3 Типы антенн 37
Часть 2 линии передач и их элементы 40
5 ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ. РЕЗОНАТОРЫ 40
6 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАГРУЖЕННЫХ ЛИНИЙ 59
7 СОГЛАСОВАНИЕ НАГРУЗОК С ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧ 69
8 ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ 76
Часть 3 многополюсники сверхвысоких частот 88
9 МАТРИЧНОЕ ОПИСАНИЕ МНОГОПОЛЮСНИКОВ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ 88
10 ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ СВЧ 97
11 БАЛАНСНЫЕ МНОГОПОЛЮСНИКИ 100
12 ФЕРРИТОВЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ 106
Предисловие
С внедрением в технических вузах двухуровневой системы подготовки – бакалавров и магистров, появилась необходимость в подготовке и издании учебных пособий, ориентированных с одной стороны, на сокращенный срок обучения (для бакалавров), с другой стороны, для углубленной трактовки отдельных разделов теории и практики (для магистров).
Настоящее учебное пособие «Техническая электродинамика» предназначено для студентов – бакалавров, специалистов и магистров, в разной степени нуждающихся в освоении учебных дисциплин, использующих электромагнитные поля и волны.
Учебное пособие содержит три раздела: основы теории электромагнитного поля, линии передач и их элементы, многополюсники СВЧ.
Учебное пособие «Техническая электродинамика» рекомендовано для студентов направлений: 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (квалификация (степень) «бакалавр»), 210400 «Радиотехника» (квалификация (степень) «бакалавр»), 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (квалификация (степень) «магистр») в соответствии с рабочими программами дисциплин: «Электромагнитные поля и волны», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Устройства СВЧ и антенны», «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в телерадиовещании», «Теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем».
Для углубленного изучения теории поля, технической электродинамики, антенн, распространения радиоволн в рамках выполнения студентами курсовых, дипломных проектов, выпускных квалификационных работ бакалаврами и специалистами, для изучения этих разделов по магистрантским программам могут быть рекомендованы имеющиеся издания, более широко и углубленно трактующие теорию поля и ее технические применения [1]-[5].
Учитывая отмеченные обстоятельства, для изложения материала в пособии был выбран «аксиоматический», «понятийный» подход.
Выражаю признательность рецензентам учебного пособия д.т.н., профессору С.Н. Шабунину и д.т.н., профессору С.В. Поршневу за труд по прочтению рукописи и ценные замечания.