Электромагнитные поля и волны.-4

В. А. Замотринский, Ж. М. Соколова,

Е. В. Падусова, Л. И. Шангина

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ВОЛНЫ

Учебное пособие

Рекомендовано Сибирским региональным отделением учебно-методического объединения высших учебных заведений РФ по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям

подготовки 210300 «Радиотехника» и 210400 «Телекоммуникации»

ТОМСК

2012

Министерство образования и науки Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники

В. А. Замотринский, Ж. М. Соколова,

Е. В. Падусова, Л. И. Шангина

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ И ВОЛНЫ

Учебное пособие

по практическим занятиям по дисциплинам «Электромагнитные поля и волны» , Электродинамика и распространение радиоволн»

для направлений подготовки Радиотехника –210300 и Телекоммуникации – 210400

ТОМСК

2012

УДК 537.811+621.371 ББК 22.336+34.206.34 Э45

Рецензенты:

д-р физ. мат. наук проф. Томск, гос. ун-та В.Л. Якубов, д-р техн. наук проф. Ин-та мониторинга климатич.

и экологич. систем СОРАН А.А. Тихомиров, зав каф. радиофизики Красноярского ГТУ канд. техн. наук Ю.П. Саломатов

Электромагнитные поля и волны: учеб, пособие / Замотринский В.А., Соколова Ж.М., Падусова Е.В., Шангина Л.И. – Томск: Томск, гос.ун-т систем упр.и радиоэлектроники, 2012. — 188 с.

ISBN 5-86889-318-2

Излагается кратко теория электромагнитных полей и волн: уравнения Максвелла, электростатические поля, электромагнитное поле постоянных токов, плоские электромагнитные волны, поведение векторов электромагнитного поля на границе раздела двух сред, элементарные излучатели волн в ближней и дальней зонах, поля и волны в волноводных передающих линиях. Представлены решения типовых задач статических зарядов, постоянных и переменных полей.

Учебное пособие предназначено для проведения практических занятий по дисциплинам «Электромагнитные поля и волны»., «Электродинамика и распространение радиоволн», для студентов, обучающихся по направлениям подготовки Радиотехника – 210300, Телекоммуникации – 210400 и по специальностям Физика и техника оптической связи – 210401, Радиотехника – 210302, Бытовая радиоэлектронная аппаратура – 210303, Радиоэлектронные системы - 210304, Аудиовизуальная техника – 210312, Защищенные системы связи – 210403 очной, заочной, очно-зоачной форм обучения.

ISBN 5-86889-318-2

©Замотринский В.А., Соколова Ж.М., Падусова Е.В., Шангина Л.И., 2012

©Томск, гос. ун-т систем упр

ирадиоэлектроники, 2012

9

ВВЕДЕНИЕ Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов,

обучающимся по образовательным направлениям «Радиотехника» и «Телекоммуникация», и содержит материал по шести основным разделам дисциплины «Электромагнитные поля и волны».

Вкаждом разделе кратко изложены вопросы теории, необходимые для решения задач и приведены решения типовых задач. Предлагается также значительное количество задач для самостоятельного решения. Условия задач иллюстрируются рисунками, поясняющими выбор системы координат, размеров и прочей необходимой информации.

Вприложении 1 , в качестве справочного материала, приведены основные формулы и операции векторного анализа. Векторный анализ является «математическим языком» электродинамики и поэтому умение свободно им пользоваться является необходимым при изучении этой дисциплины.

Вразделе «Приложение 2» приведена задача о нахождении потенциала между двумя изолированными электродами, заполненными неоднородной средой, решение которой выполняется методом разделения переменных, а результат представлен в виде бесконечных рядов. Она рассчитана на любознательных студентов и полезна ввиду своей информативности.

Задачи, приведенные в пособии, частично заимствованы из различных учебных пособий и монографий, а в основном разработаны преподавателями кафедры. Для усвоения материала требуются знания основ высшей математики

иобщей физики в объемах, читаемых в вузах.

Разделы: уравнения Максвелла и электромагнитное поле постоянных токов написаны к.т.н., доц. Шангиной Л.И., электростатика – к.т. н., доц. Падусовой Е.В., плоские электромагнитные волны, излучение электромагнитных волн элементарными излучателями написаны к.ф.м.н., доц. Замотринским В.А., поля в волноводах и приложение 2 – доц. Соколовой Ж.М., приложение 1 - к.ф.м.н., доц. Замотринским В.А., к.т.н., доц. Шангиной Л.И., в оформлении пособия активное участие принимал студент гр. 152, ТУСУР Ноздреватых Б.Ф.

10

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

А- работа, Дж

B- магнитная индукция, Тл (Вб/м2 )

С- емкость, Ф

с- скорость света в вакууме, с=3×108 м/с

D- электрическое смещение ( электрическая индукция), Кл/м2

E- напряженность электрического поля, В/м

е- заряд электрона, e = -1,6 ×10−19 Кл

F- сила, Н

f, ( ω ) - рабочая частота, Гц, ( круговая частота, рад/с)

q- величина электрического заряда, Кл

r- радиус-вектор точки

α- коэффициент затухания (потерь) в среде, 1/м

β- фазовая постоянная распространения волны, 1/м

γ- постоянная распространения волны, 1/м (γ = β + iα )

-угол потерь

δ- глубина проникновения электромагнитного поля, м

ε- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м

σ- удельная проводимость среды, См/м

12

П - вектор Пойнтинга, Вт/м2 ЭДС, Э - электродвижущая сила, В