Омский государственный технический университет

Радиотехнический факультет

Кафедра «Средства связи»

Богачков И. В.

Введение

в электродинамику

(краткий курс лекций)

Омск

2001

Введение

В данное время в радиотехнике продолжается освоение диапазонов УВЧ и СВЧ. В этих диапазонах размеры устройств соизмеримы с длиной волны, поэтому приходится учитывать волновой характер ЭМП. В таком случае теряется понятие электрической цепи, которое позволяло абстрагироваться от существующего в системе электромагнитного поля (ЭМП). Законы теории цепей, справедливые на низких и высоких частотах, перестают действовать. Поэтому при изучении быстропеременных электрических процессов необходим анализ именно ЭМП с учетом его волнового характера и конечной скорости распространения электромагнитных волн (ЭМВ).

В основу учебного пособия положена вводная часть курса лекций, читаемых автором в ОмГТУ по курсам «Теория ЭМП», «Электромагнитные поля и волны», «Электродинамика и распространение радиоволн».

Цель данного учебного пособия – познакомить студентов с основами теории ЭМП и подготовить к изучению более сложных дисциплин: «Электродинамика и распространение радиоволн», «Техническая электродинамика», «Антенны и устройства СВЧ», «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн».

Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических и связных специальностей (201200, 200700 и т. п.) всех форм обучения.

Предполагается, что студентами уже пройден курс высшей математики и изучены явления электромагнетизма в курсе общей физики.

Для улучшения адаптации студентов заочной и ускоренной форм обучения к математическому аппарату векторного анализа основные понятия векторной алгебры приведены в приложении 1.

Список сокращений и обозначений

ЭМ – электромагнитный;

ЭМВ – электромагнитная волна;

ЭМП – электромагнитное поле;

ВЧ – высокие частоты (диапазон ВЧ – 3…30 МГц);

ОВЧ – очень высокие частоты (30…300 МГц);

УВЧ – ультравысокие частоты (0,3…3 ГГц);

СВЧ – сверхвысокие частоты (3…30 ГГц);

КВЧ – крайне высокие частоты (30…300 ГГц);

КБВ – коэффициент бегущей волны;

КСВ – коэффициент стоячей волны;

–магнитная индукция (Т);

–электрическая индукция (Кл/м²);

–напряженность электрического поля (В/м);

–напряженность магнитного поля (А/м);

–намагниченность вещества;

–поляризованность вещества;

–единичный вектор (орт) по соответствующей координате (x);

–плотность потока мощности (Вт/м²);

 – магнитный поток (Вб);

I – сила тока (А);

U – напряжение (В);

P – мощность (Вт);

W – энергия (Дж);

c – скорость света в вакууме = 310⁸ (2,9979…10⁸) (м/с);

С – емкость (Ф);

L – индуктивность (Гн);

M_ik – взаимная индуктивность (Гн);

f – частота (Гц);

i – мнимая единица (i=);

j – плотность тока (А/м²);

k – волновое число (1/м);

 – постоянная затухания (1/м);

 – постоянная фазы (1/м);

 – комплексный коэффициент распространения ( = +i );

–магнитная восприимчивость вещества;

–диэлектрическая восприимчивость вещества;

 – толщина скин-слоя (м) (глубина проникновения ЭМП в вещество);

 – относительная диэлектрическая проницаемость (для вакуума =1);

₀ – электрическая постоянная = 1/3610^-9 (8,85410^-11) (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);

_l – линейная плотность заряда (Кл/м);

_S –плотность поверхностного заряда (Кл/м²);

 – объемная плотность заряда (Кл/м³);

 – циклическая частота (=2f) (рад/с).