Pimenov_V_Yu__Volman_V_I__Muravtsov_A_D_Tekhni
.pdfПименов В.Ю. Вольман В.И. Муравцов А.Д. Техническая электродинамика Год выпуска: 2000
Автор: Пименов Ю.В,Вольман В.И, Муравцов А.Д.
Жанр: Учебное издание Издательство: «Радио и Связь» Количество страниц: 536
Описание: Излагаются вопросы теории электромагнитных полей и волн. Описываются пассивные линейные устройства антенно-фидерных трактов радиотехнических систем и волоконно-оптических линий связи. Приводятся сведения о методах анализа,технических характеристиах и конструктивных особенностях таких устройств. Для студентов университетов и институтов связи,а также радиотехнических факультетов высших учебных заведений ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Глава 1 ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
1.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.2.ВЕКТОРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕД
1.2.1. Векторы электрического поля |
|
1.2.2. Векторы магнитного поля |
|
1.2.3. Классификация сред |
|
1.2.4. Графическое изображение полей |
|
1.3. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА |
|
1.3.1. Первое уравнение Максвелла |
|
1.3.2. Второе уравнение Максвелла |
|
1.3.3. Третье и четвертое уравнения Максвелла |
|
1.4. УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ И ЗАКОН |
СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДОВ |
1.5. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ МАКСВЕЛЛА И |
КЛАССИФИКАЦИЯ |
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ |
|
1.5.1. Физическая сущность уравнений Максвелла |
|
1.5.2. Классификация электромагнитных явлений |
|
1.6. УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА ДЛЯ МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
1.6.1.Метод комплексных амплитуд
1.6.2.Уравнения Максвелла в комплексной форме
1.6.3.Уточнение понятий о проводниках и диэлектриках
1.6.4.Понятие о времени релаксации
1.7. ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ
1.7.1.Граничные условия для нормальных составляющих векторов электрического и магнитного полей
1.7.2.Граничные условия для касательных составляющих векторов электрического и магнитного полей
1.7.3.Граничные условия на поверхности идеального проводника
1.7.4.Физическая сущность граничных условий
1.8. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
1.8.1.Сторонние токи и заряды
1.8.2.Уравнение баланса мгновенных значений мощности
1.8.3.Активная, реактивная и комплексная мощности
1.8.4.Уравнение баланса комплексной мощности
1.8.5.Скорость распространения электромагнитной энергии
Глава 2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
2.1.КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
2.2.ТЕОРЕМЫ ЕДИНСТВЕННОСТИ РЕШЕНИЯ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
2.2.1.Вводные замечания
2.2.2.Единственность решения внутренних задач электродинамики
2.2.3.Единственность решения внешних задач электродинамики
2.3. ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ
2.3.1.Общий случай
2.3.2.Монохроматическое поле
2.4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ
2.4.1.Общий случай
2.4.2.Монохроматическое поле
2.4.3.Плоские задачи электродинамики
2.5.СТОРОННИЕ МАГНИТНЫЕ ТОКИ И ЗАРЯДЫ
2.6.ПРИНЦИП ДВОЙСТВЕННОСТИ
2.7.ПОСТАНОВКА И НЕКОТОРЫЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ КРАЕВЫХ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
Глава 3. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
3.1.ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ
3.2.ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ
3.3.ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
3.4.ЕМКОСТЬ
3.5.ПОСТАНОВКА И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ
3.5.1.Определение поля, создаваемого известными источниками в безграничной однородной среде
3.5.2.Примеры определения поля известных источников
3.5.3.Краевые задачи электростатики
3.6. КОНДЕНСАТОРЫ
3.6.1.Емкость конденсатора
3.6.2.Плоский конденсатор
3.6.3. Цилиндрический конденсатор
Глава 4. СТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
4.1.ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ СТАЦИОНАРНОГО ЭЛЕКТ-РОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
4.2.МАГНИТОСТАТИКА
4.3.МАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ПОСТОЯННЫЙ ТОК
4.4.ЭНЕРГИЯ СТАЦИОНАРНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
4.5.ИНДУКТИВНОСТЬ
4.6.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
4.7.ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Глава 5. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
5.1.ВВЕДЕНИЕ
5.2.ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР
5.3.АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА
5.3.1.Деление пространства вокруг вибратора на зоны
5.3.2.Дальняя (волновая) зона
5.3.3.Ближняя зона
5.3.4.Промежуточная зона
5.4.ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА
5.5.МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА
5.6.ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ МАГНИТНЫЙ ВИБРАТОР
5.6.1.Физические модели элементарного магнитного вибратора
5.6.2.Поле элементарного магнитного вибратора
5.6.3.Элементарный щелевой излучатель
5.7.ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
5.8.ЭЛЕМЕНТ ГЮЙГЕНСА
5.8.1.Принцип Гюйгенса
5.8.2.Поле элемента Гюйгенса
5.9. ЛЕММА ЛОРЕНЦА. ТЕОРЕМА ВЗАИМНОСТИ
Глава 6. ПЛОСКИЕ ВОЛНЫ
6.1. ПЛОСКИЕ ВОЛНЫ В ОДНОРОДНОЙ ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ
6.1.1.Переход от сферической волны к плоской
6.1.2.Свойства плоской волны в однородной изотропной среде
6.1.3.Волны в диэлектриках
6.1.4.Волны в проводниках
6.1.5.Затухание волн
6.1.6.Глубина проникновения
6.2. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН
Глава 7. ВОЛНОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД
7.1.ПОЛЕ ОДНОРОДНОЙ ПЛОСКОЙ ВОЛН61, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕЙСЯ В ПРОИЗВОЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ
7.2.ПАДЕНИЕ НОРМАЛЬНО ПОЛЯРИЗОВАННОЙ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ НА ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД
7.3.ПАДЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОЛЯРИЗОВАННОЙ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ НА ГРАНИЦУ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД
7.4.ПОЛНОЕ ПРОХОЖДЕНИЕ ВОЛНЫ ВО ВТОРУЮ СРЕДУ
7.5.ПОЛНОЕ ОТРАЖЕНИЕ ОТ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД
7.5.1.Две диэлектрические среды
7.5.2.Диэлектрик и идеальный проводник
7.6.ПАДЕНИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ НА ГРАНИЦУ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ СРЕДЫ
7.7.ПРИБЛИЖЕННЫЕ ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ЛЕОНТОВИЧА-ЩУКИНА
7.8.ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ
7.8.1.Явление поверхностного эффекта
7.8.2.Потери энергии в проводнике
7.8.3.Эквивалентный поверхностный ток
7.8.4.Поверхностное сопротивление проводника
7.8.5.Сопротивление цилиндрического проводника
Глава 8. ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
8.1. СТРОГАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИФРАКЦИИ
8.2. ДИФРАКЦИЯ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ НА КРУГОВОМ ЦИЛИНДРЕ
8.3.ЧИСЛЕННОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ДИФРАКЦИИ
8.4.ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА (ПРИБЛИЖЕНИЕ ГЮЙГЕНСА-КИРХГОФА)
8.5.ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
8.6.МЕТОД КРАЕВЫХ ВОЛН
8.7.ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДИФРАКЦИИ
8.7.1.Дифракционные лучи
8.7.2.Вычисление поля дифракционных лучей
Глава 9. ОБЩИЕ СВОЙСТВА НАПРАВЛЯЕМЫХ ВОЛН
9.1. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ И НАПРАВЛЯЕМЫЕ ВОЛНЫ
9.2. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПОПЕРЕЧНЫМИ И ПРОДОЛЬНЫМИ СОСТАВЛЯЮЩИМИ ВЕКТОРОВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
9.3.ОБЩИЕ СВОЙСТВА И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, МАГНИТНЫХ И ГИБРИДНЫХ ВОЛН
9.4.ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПОПЕРЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
9.5.КОНЦЕПЦИЯ ПАРЦИАЛЬНЫХ ВОЛН
9.6.СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И ГРУППОВАЯ СКОРОСТЬ
9.7.ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
9.7.1.Мощность, переносимая электромагнитной волной по линии передачи
9.7.2.Предельная и допустимая мощности
9.8. ЗАТУХАНИЕ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ
9.8.1.Коэффициент ослабления
9.8.2.Затухание, обусловленное потерями в среде, заполняющей линию
9.8.3.Затухание, вызванное потерями в металлических элементах линии передачи
Глава 10. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
10.1. ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ВОЛНОВОД
10.1.1.Вывод формул для поля
10.1.2.Основная волна прямоугольного волновода
10.1.3.Токи на стенках прямоугольного волновода
10.1.4.Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода из условия одноволновой передачи
10.1.5.Передача энергии по прямоугольному волноводу
10.2.КРУГЛЫЙ ВОЛНОВОД
10.2.1.Вывод формул для поля
10.2.2.Токи на стенках круглого волновода
10.2.3.Передача энергии по круглому волноводу
10.3. ВОЛНОВОДЫ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
10.3.1.П- и Н-образные волноводы
10.3.2.Эллиптические волноводы
10.4. КОАКСИАЛЬНАЯ ЛИНИЯ
10.4.1.ТЕМ-волна
10.4.2.Электрические и магнитные волны в коаксиальной линии
10.4.3.Передача энергии по коаксиальной линии
10.5.ДВУХПРОВОДНАЯ ЛИНИЯ
10.6.ПОЛОСКОВЫЕ ЛИНИИ
10.7.ЛИНИИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ. ЗАМЕДЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
10.7.1.Простейшие диэлектрические волноводы
10.7.2.Металлическая плоскость, покрытая слоем диэлектрика
10.7.3.Плоский диэлектрический волновод
10.7.4.Металлический цилиндр, покрытый слоем ди-электрика
10.7.5.Круглый диэлектрический волновод
10.7.6.Световоды
10.7.7.Замедляющие структуры
Глава 11. ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
11.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ
11.1.1.Общие сведения
11.1.2.Свободные гармонические колебания в объемных резонаторах
11.1.3.Резонансные частоты свободных колебаний
11.1.4.Добротность объемных резонаторов
11.1.5.Собственная добротность закрытых резонаторов
11.1.6.Связь между добротностью объемного резонатора и длительностью процесса свободных ко-лебаний в нем
11.2. РЕЗОНАТОРЫ В ВИДЕ ОТРЕЗКОВ РЕГУЛЯРНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
11.2.1.Общие сведения
11.2.2.Коаксиальный резонатор
11.2.3.Резонатор в виде отрезка коаксиальной линии, нагруженной на емкость
11.2.4.Прямоугольный резонатор
11.2.5.Цилиндрический резонатор
11.2.6.Полосковые резонаторы
11.3.ПРОХОДНОЙ РЕЗОНАТОР
11.4.КВАЗИСТАЦИОНАРНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Глава 12. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ЦЕПЕЙ СВЧ
12.1. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЕ ЦЕПИ СВЧ. КРУГОВАЯ ДИАГРАММА ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
12.1.1. Цепь СВЧ (тракт СВЧ)
12.1.2. Линии передачи конечной длины. Неоднородности в линиях передачи
12.1.3. Полное эквивалентное сопротивление линии пе-редачи
12.1.4. Круговая диаграмма полных сопротивлений
12.2. ПРОБЛЕМА СОГЛАСОВАНИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ РЕШЕНИЯ
12.2.1.Методы согласования линии передачи с нагрузкой
12.2.2.Узкополосное согласование с помощью реактивных элементов
12.2.3.Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора
12.2.4.Широкополосное согласование нагрузки с линией
12.3.Матричное описание цепей СВЧ
12.4.Метод декомпозиции и матричное описание сложных цепей СВЧ
12.5.Построение эквивалентных схем простейших цепей СВЧ. Реализация цепей из сосредоточенных элементов
в диапазоне СВЧ
12.6. Структурный и параметрический синтез. Автоматизация проектирования устройств СВЧ
Глава 13. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ТЕХНИКИ СВЧ
13.1.СОЧЛЕНЕНИЕ ОТРЕЗКОВ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ
13.2.ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ
13.3.ТРАНСФОРМАТОРЫ ТИПОВ ВОЛН. ВРАЩАЮЩИЕСЯ СОЧЛЕНЕНИЯ
13.4.УСТРОЙСТВА, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТЬЮ
13.4.1.Аттенюаторы
13.4.2.Тройники
13.5.ФАЗОВРАЩАТЕЛИ
13.6.ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Глава 14. ПАССИВНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ
14.1. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ И МОСТОВЫЕ СХЕМЫ СВЧ
14.1.1.Направленные ответвители на связанных линиях передачи
14.1.2.Мостовые схемы СВЧ
14.1.3.Применение направленных ответвителей и мостов
14.2. ФИЛЬТРЫ СВЧ
14.2.1.Классификация фильтров
14.2.2.Синтез эквивалентных схем фильтров
14.2.3.Реализация эквивалентных схем фильтров СВЧ
14.2.4.Широкополосное согласование с помощью фильтров
14.3. НЕВЗАИМНЫЕ УСТРОЙСТВА СВЧ
14.3.1.Область применения невзаимных устройств
14.3.2.Свойства ферритов в диапазоне СВЧ
14.3.3.Распространение электромагнитных волн в неограниченной ферритовой среде
14.3.4.Ферритовые вентили
14.3.5.Ферритовые фазовращатели
14.3.6.Циркуляторы
Глава 15. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ (ВОЛС)
15.1.МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЛС
15.2.УСТРОЙСТВА ВВОДА И ВЫВОДА ЭНЕРГИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
15.3.ДЕЛИТЕЛИ И СУММАТОРЫ МОЩНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ
15.4.ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА ОПТИЧЕСКОГО ТРАКТА, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЕТКИ
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая книга является вторым существенно переработанным изданием учебника В.И. Вольмана,
Ю.В. Пименова "Техническая электродинамика" под редакцией Г.З. Айзенберга (М.: Связь, 1971).
Книга написана в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальностям: 201100 ("Радиосвязь, радиовещание и телевидение"), 201000 ("Многоканальные телекоммуникационные системы"), 200900 ("Системы связи с подвижными объектами"), 071700 ("Физика и техника оптической связи"), а также по специальности 200799 ("Радиотехника"). Книга может быть использована в качестве учебного пособия по общепрофессиональной дисциплине "Электромагнитные поля и волны", а также по дисциплинам "Антенно-фидерные устройства", "Электродинамика и распространение радиоволн", "Устройства СВЧ", "Спутниковые и радиорелейные системы передачи данных" и др.
Предполагается, что студентами усвоены разделы курса физики, посвященные теории электромагнетизма, а также соответствующие разделы курсов высшей и вычислительной математики и теории линейных электрических цепей.
В пособии излагаются основные законы электродинамики. Статические и стационарные поля рассматриваются как частные случаи электромагнитного поля. Анализируются вопросы излучения,
распространения и дифракции электромагнитных волн. Дается представление о постановке и некоторых строгих, асимптотических и численных методах решения задач электродинамики.
Излагается теория и приводятся сведения о методах анализа, технических характеристиках и конструктивных особенностях элементов и устройств высокочастотных трактов, включая оптические. При подборе этого материала особое внимание уделялось элементам высокочастотных трактов, применяемых в современных многоканальных системах связи. Большое внимание уделено физической трактовке результатов анализа, что, по убеждению авторов, содействует лучшему усвоению материала и развитию научной инициативы студентов.
Авторы полагают, что учебное пособие может быть использовано не только в университетах и институтах связи Российской Федерации, но также на радиофакультетах других вузов.
В основу пособия положены лекции, читавшиеся авторами в Московском техническом университете связи и информатики.
Главы 1-8 и §10.5 написаны Ю.В. Пивеновым ,гл.9 и 11 –В.И. Вольманом §10.1-10.4-совместно В.И.
Вольманом и Ю.В. Пи-меновым, гл.15 и §10.6 и 10.7-А.Д. Муравцовым, гл.12-14-А.Д. Муравцовым с частичным использованием материала соответствующих разделов первого издания, написанных В.И.
Вольманом. Весь текст книги отредактирован Ю.В. Пименовым.
Авторы с искренней благодарностью вспоминают заслуженного деятеля науки и техники СССР,
лауреата Государственных и Ленинской премий, докт. техн. наук, профессора Григория Захаровича Айзенберга, принявшего исключительно большое участие в определении содержания и методики изложения первого издания книги.
Авторы с благодарностью приняли и учли при окончательном редактировании рукописи ряд ценных замечаний профессора Э.А. Павловской.
Авторы выражают глубокую благодарность В.В. Калевичу, чьи многочисленные ценные замечания по первому изданию данной книги были учтены при ее переиздании.
Авторы весьма признательны заведующему кафедрой "Технической электродинамики и антенн"
МТУСИ заслуженному деятелю науки и техники РФ, докт. техн. наук, профессору Г.А. Ерохину,
сделавшему существенные замечания, которые позволили устранить ряд неточностей и улучшить изложение материала.
Авторы признательны всем приславшим отзывы и замечания по первому изданию книги и с благодарностью примут все замечания по данному изданию.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Указаны лишь величины, для которых в книгах по электродинамике используются разные обозначения.
i - мнимая единица (i2 =-1);
j - плотность тока проводимости;
Р - комплексная мощность;
xо, yо, z0 - координатные орты соответствующих переменных декартовой системы координат;
rо, θо, φо - координатные орты соответствующих переменных сферической системы координат;
Zc - характеристическое сопротивление;
ZB - волновое сопротивление линии передачи; α - коэффициент ослабления; β - коэффициент фазы; Δ0 - глубина проникновения;
εи μ- абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды;
εrи μr - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды;
εи μ - комплексные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды; Λ - длина волны в направляющей системе;
П- вектор Пойнтинга;
П- комплексный вектор Пойнтинга; ρ - объемная плотность зарядов;
ρs и js - плотности поверхностных зарядов и токов ПРИМЕЧАНИЯ
1. Для обозначения комплексных мгновенных значений величин, являющихся гармоническими функциями времени, ставится точка над основным обозначением, например, вектору Е соответствует комплексный вектор É= É mехр(iω t), где É m- комплексная амплитуда вектора Е, причем Е = Re É.
Сопряженные комплексные величины обозначаются символом * над буквенным обозначением.
2.Комплексные величины, не являющиеся гармоническими функциями времени, обозначаются черточкой под соответствующим буквенным обозначением, например, Р Σ - комплексный поток энергии.
3.Средние за период величины обозначаются нижним индексом «ср», например, Псрсреднее за период значение вектора Пойнтинга.
4.Тензоры и матрицы обозначаются двойными вертикальными линиями, например, || S || - волновая матрица рассеяния, || ε || - тензор абсолютной диэлектрической проницаемости среды.
Глава 1
ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В современной физике при рассмотрении многих явлений наряду с понятием вещества вводится
понятие поля: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил и др. Иными словами,
предполагается, что возможны две формы существования материи: вещество и поле. Несмотря на то,
что вещество и электромагнитное поле являются различными формами существования материи, их свойства сходны во многих отношениях.
Вещество состоит из отдельных частиц: молекул, атомов, элементарных частиц (протонов,
электронов, нейтронов и др.). Но и распространяющееся электромагнитное поле (электромагнитные волны) можно рассматривать как поток дискретных частиц-фотонов. Электромагнитное поле так же,
как и вещество, характеризуется энергией, массой и импульсом. Правда, масса и импульс характерны только для распространяющегося электромагнитного поля (электромагнитных волн). В отличие от вещества электромагнитное поле не обладает массой покоя. Электромагнитные волны испытывают воздействие гравитационных сил. Известно, что путь распространения световых волн заметно искривляется под влиянием гравитационных сил больших масс вещества, например Солнца.
Импульс электромагнитных волн проявляется в давлении, которое они оказывают на материальные тела. С другой стороны, такие характерные для электромагнитных волн свойства, как дифракция и интерференция, присущи также материальным частицам. Известны, например, явления дифракции и интерференции электронов.
Энергия электромагнитного поля может переходить в другие виды энергии. Фактически само существование жизни на Земле обусловлено преобразованием электромагнитной энергии (энергии солнечных лучей) в тепловую, химическую и другие виды энергии.
Классическая или максвелловская ,теория электромагнитного поля учитывает только макроскопические свойства вещества: предполагается, что размеры рассматриваемой области пространства и расстояние от источников поля до рассматриваемой точки велики по сравнению с размерами молекул, а характерное для изменения электромагнитного поля время (например, период колебаний) велико по сравнению со временем, характерным для внутримолекулярных колебательных процессов. На основе классической теории электромагнитного поля может быть изучен широкий круг вопросов, встречающихся в радиотехнике. Классическая теория поля не охватывает, однако, всех его свойств. За ее пределами остаются такие явления, как излучение и поглощение веществом электромагнитных волн очень высокой частоты (например, световых),
фотоэффект и др. Строгий анализ подобных явлений должен учитывать микроструктуру вещества и,
следовательно, должен базироваться на квантовой теории поля. В пределах данного курса изучается классическая теория электромагнитного поля, т.е. исследуются только его макроскопические свойства.
Электромагнитное поле обычно разделяют на два взаимосвязанных поля: электрическое и магнитное.
Источниками электромагнитного поля являются электрические заряды. Неподвижные заряды создают только электрическое поле. Движущиеся заряды создают и электрическое, и магнитное поля. Токи проводимости и конвекционные токи представляют собой упорядоченно движущиеся электрические заряды и также создают электромагнитное поле. Заряды взаимодействуют друг с