Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
271
Добавлен:
13.02.2015
Размер:
1.63 Mб
Скачать

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского»

Кафедра радиоэлектроники и радиосвязи

А.Н. Шибков

Плоские электромагнитные волны в безграничной среде

Учебное пособие

Рекомендовано научно-методическим советом

Морского государственного университета

в качестве учебного пособия по курсам

«Электромагнитные поля и волны», «Электродинамика и распространение радиоволн» и «Основы электродинамики и распространение радиоволн» для специальностей 160900 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», 210200 «Средства связи с подвижными объектами» и 075600 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

Владивосток

2012

УДК 538.3

Шибков, А.Н.Плоские электромагнитные волны в безграничной среде [Текст] : учеб. пособие /А.Н. Шибков. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2012. –80с.

Приведены основные сведения о закономерностях распространения электромагнитных волн в безграничной среде. Выведены уравнения и описаны методы их решения в декартовой, цилиндрической и сферической системах координат. Подробно проанализированы характеристики плоских электромагнитных волн.

Учебное пособие подготовлено в соответствии с учебными планами специальностей 160900 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования», 210200 «Средства связи с подвижными объектами» и 075600 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

Предназначено для студентов и курсантов вузов.

Ил. 16, табл. 4, прил. 1, библиогр. 7 назв.

Рецензенты:

В.И. Белоконь, д-р. физ.-мат. наук. профессор, ДВФУ

В.Н. Савченко, д-р. физ.-мат. наук. профессор, ДВФУ

©А. Н. Шибков, 2012

© Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского, 2012

Содержание

Введение

3

1.

Общие свойства волновых процессов

5

2.

Волновые уравнения

16

3.

Решения волновых уравнений

24

4.

Плоские волны в безграничной линейной однородной изотропной среде

30

5.

Плоские волны в средах с различными электродинамическими характеристиками

36

5.1.

Диэлектрики

37

5.2.

Полупроводники

38

5.3.

Диэлектрики с малыми потерями

42

5.4.

Проводники

45

6.

Поляризация плоских электромагнитных волн

49

7.

Перенос энергии электромагнитной волной

57

8.

Примеры решения задач

64

Основные обозначения

76

Список используемых источников

78

Введение

Целью настоящего учебного пособия является облегчение изучения раздела электродинамики, описывающего распространение свободных электромагнитных волн в безграничной среде.

Свободными называются электромагнитные волны, распространяющиеся без влияния направляющих структур

Электромагнитные волны – это распространение электромагнитных колебаний в пространстве. Кроме электродинамики, электромагнитные колебания изучаются в курсах теории электрических цепей, ТОЭ и т.д.. Однако в свободном пространстве и в радиотехнических цепях эти процессы происходят и описываются по-разному. В теории цепей достаточно знать величины токов и напряжений в конечном числе ветвей электронной схемы. А в электродинамике необходимо описание характеристик электромагнитного поля во всем пространстве, то есть в бесконечно большом числе точек. Очевидно, что электродинамическая задача сложнее.

Электромагнитные волны не являются уникальными. Волновые процессы различной природы достаточно широко распространены в природе.

Волнами называются колебательные движения непрерывных сред

Это определение пришло из механики, однако оно адекватно описывает и электромагнитные волны. В нашем случае под движением следует понимать изменение характеристик поля в пространстве и времени.

Нашей задачей является описание процесса распространения плоских электромагнитных волн в средах с различными электродинамическими характеристиками – относительной диэлектрической проницаемостью ε, относительной магнитной проницаемостью μ и электропроводностью σ.

Пособие скомпоновано следующим образом. Вначале рассмотрены общие характеристики волн без привязки к процессам, их создающим. Затем на основании системы уравнений Максвелла и материальных уравнений получены и решены однородные волновые уравнения, описывающие изменение векторов напряженности поля в пространстве и времени. Далее рассмотрено распространение плоских электромагнитных волн в средах с различными характеристиками. Шестая и седьмая главы посвящены описанию поляризации электромагнитных волн и переносу энергии гармонической и не гармонической волной.

Так как изучение любой технической дисциплины имеет своей целью освоение методов расчета характеристик процессов или устройств, в заключительной главе приведены примеры решения задач.

Основные обозначения приведены в приложении 1.

Для лучшего усвоения материала желательно знание основных положений математики и теории электромагнитного поля. Эти сведения содержатся в любом учебнике, список которых приведен в конце. Для начала достаточно воспользоваться информацией, изложенной в разработанных нами пособиях [1, 2]

Соседние файлы в папке пособия