7 Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов по спец. «Радиотехника». — М.: Высш. шк., 1992.— 416 с.: ил. ISBN 5-06-002037-1
Излагаются основы макроскопической электродинамики, теория плоских электромагнитных волн в различных средах, методы расчетов волноводных и колебательных систем, а также устройств излучения и приема электромагнитных волн. Рассмотрены вопросы компьютерного анализа электродинамических систем.
Материал книги разбит на два раздела, один из которых содержит основную часть курса, а второй предназначен для факультативной работы читателя. Имеется большое число задач с образцами решений.
2302020100(4309000000)—054 кк" *° ала f
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................. 7
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ОСНОВНОЙ КУРС................. 9
Глава первая. Основные положения теории электромагнетизма..... 10
1.1. Электромагнитное поле и его математические модели........ 10
1.2. Плотность тока проводимости. Дифференциальная форма закона Ома 12
1.3. Закон сохранения заряда..................... 15
1.4. Закон Гаусса ."......'.................... 16
1.5. Закон неразрывности магнитных силовых линий.......... 17
1.6. Закон полного тока........................ 18
1.7. Ток смещения........................... 20
1.8. Закон электромагнитной индукции................. 21
1.9. Материальные уравнения электромагнитного поля ........ 23
1.10. Поляризационные и сторонние токи................ 31
Задачи................................. 32
Глава вторая. Уравнения Максвелла.................. 34
2.1. Сводка уравнений Максвелла.................. . 34
2.2. Уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Комплексные амплитуды полей......................... 36
2.3. Комплексная диэлектрическая проницаемость. Угол диэлектрических потерь.............................. 38
2.4. Энергетические соотношения в электромагнитном поле. Вектор Пойн-тинга............................... 39
25. Магнитный ток. Принцип перестановочной двойственности...... 45
2.6. Лемма Лоренца.......................... 47
Задачи................................. 48
Глава третья. Плоские электромагнитные волны............ 49
3.1. Понятие волнового процесса. Продольные и поперечные волны ... 50
3.2. Плоские волны и их характеристики................ 5.1
о.З. Затухание волн в материальных средах. Коэффициент распространения ................................ 53
34. Волновой характер переменного электромагнитного поля. Уравнение
Гельмгольца............................ 55
J 5. Понятие характеристического сопротивления. Плотность потока мощ-
ности в плоской электромагнитной волне . . ............ 58
^ о Некоторые частные случаи..................... 60
*1-'- Плоские электромагнитные волны с эллиптической поляризацией . . 64
^° Плоские волны, распространяющиеся в произвольном направлении 67
Глава четвертая. Граничные условия для векторов электромагнитного поля 70
4.1. Постановка задачи........................ 71
•*• 1 Раничные условия для нормальных составляющих векторов магнит-
НОГП пптта ...................... 72
Оглав;
4.3. Граничные условия для нормальных составляющих векторов электрического поля...........................
4.4. Граничные условия для касательных составляющих векторов магнитного поля.............................
4.5. Граничные условия для касательных составляющих векторов электрического поля............................
Задачи .................................
Глава пятая. Электромагнитные волны в средах с частотной дисперсией
5.1. Волны в хорошо проводящей среде.................
5.2. Плазма и ее электродинамические параметры............
5.3. Распространение электромагнитных волн в бесстолкновительной плазме ................................
5.4. Учет влияния столкновений в плазме................
5.5. Распространение импульсов в средах с частотной дисперсией фазовой скорости. Понятие групповой скорости.............
5.6. Электромагнитные волны в сверхпроводниках............
Задачи ................................. :
Глава шестая. Падение плоских электромагнитных волн на границу раздела двух сред........................... ]
6.1. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на идеально проводящую плоскость...................... ]
6.2. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на диэлектрическое полупространство ...................... 1
6.3. Нормальное падение плоской электромагнитной волны на диэлектрический слой конечной толщины................... 1
6.4. К вопросу о создании неотражающих сред............. 1
6.5. Падение плоской электромагнитной волны на диэлектрическое полупространство под произвольным углом............... ];
6.6. Угол Брюстера.......................... 11
6.7. Полное внутреннее отражение................... П
6.8. Неоднородные плоские волны................... IS
6.9. Приближенные граничные условия Леонтовича........... 12
Задачи................................. 12
Глава седьмая. Основы теории направляемых электромагнитных волн . . 12
7.1. Падение плоской волны с параллельной поляризацией....... 12
7.2. Падение плоской волны с перпендикулярной поляризацией..... 13
7.3. Структура электромагнитного поля Е- и Н-волн.......... 13;
7.4. Некоторые характеристики электромагнитного поля Е- и Н-волн ... н;
7.5. Связь между продольными и поперечными составляющими векторов поля направляемых волн...................... 14Е
Задачи................................. 14J
Глава восьмая. Прямоугольный металлический волновод........ 149
8.1. Постановка задачи......................... 149
8.2. Волны типа Е в прямоугольном волноводе............. 15i
8.3. Критическая длина 'волны. Дисперсионная характеристика волновода 15'
8.4. Волны типа Н в прямоугольном волноводе............. Щ
8.5. Волна типа Ню.......................... 16J
8.6. Характеристическое сопротивление волновода............ 17D
8.7. Основы применения прямоугольных волноводов........... 172
Задачи................................. 181
Глава девятая. Круглый металлический волновод............ 182
9.1. Постановка задачи......................... 183
Оглавление 5
о 2 Волны типа Е в круглом волноводе................ 185
оУ Волны типа Н в круглом волноводе................ 194
94 Основы применения круглых волноводов.............. 198
Задачи - • • •............................. 201
Глава десятая. Волноводы с волнами типа Т.............. 201
Ю 1 Некоторые общие свойства волн типа Т.............. 201
102. Коаксиальный волновод...................... 206
103 Некоторые применения коаксиальных волноводов......... 211
104' Полосковые волноводы..................., . . . 212
105^ Отрезок волновода с Т-волной как четырехполюсник........ 215
Задачи................................. 218
Глава одиннадцатая. Затухание волн в полых металлических волноводах 219
11.1. Источники потерь в волноводах.................. 219
11.2. Коэффициент затухания волн в волноводе............. 220
11.3. Общее выражение для коэффициента затухания........ . . 221
11.4. Анализ некоторых частных случаев................ 224
Задачи................................. 230
Глава двенадцатая. Колебательные системы СВЧ. Объемные резонаторы 231
12.1. Эволюция электромагнитных колебательных систем при повышении рабочей частоты......................... 231
12.2. Прямоугольный объемный резонатор............... 234
12.3. Общая задача о собственных колебаниях в прямоугольном объемном резонаторе. Классификация типов колебаний............ 237
124. Круглый объемный резонатор ............... 243
125. Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов 246
12.6. Добротность объемных резонаторов................ 249
127. Некоторые другие типы объемных резонаторов.......... 253
Задачи................................. 255
Глава тринадцатая. Неоднородные уравнения Максвелла. Элементарные
излучатели............................ 256
13.1. Постановка задачи........................ 256
13.2. Векторный и скалярный потенциалы электромагнитного поля .... 257
13.3. Калибровка потенциалов. Неоднородное уравнение Гельмгольца . . 259
13.4. Решение неоднородного уравнения Гельмгольца. Функция Грина . . 260 3.5. Элементарный электрический излучатель.............. 265
1ч ^тРУктУРа поля элементарного электрического излучателя..... 267
13.7. Диаграмма направленности элементарного электрического излучателя 270 '38. Сопротивление излучения. Коэффициент направленного действия эле-
. ментарного излучателя...................... 271
|ОУ. Элементарный излучатель в режиме приема............ 274
jo. Элементарный щелевой излучатель................ 276
'J-'l. Элементарный рамочный излучатель................ 280
Задачи................................. 282
'лава четырнадцатая. Распространение радиоволн в земных условиях . . 283
о характеристики диапазонов радиоволн........... 283
^•z- Электродинамические свойства земной поверхности и атмосферы
[4, ^мли.............................. 285
•°- влияние тропосферы и ионосферы на распространение радиоволн 290
Огм
.14.4. Формула идеальной радиосвязи. Множитель ослабления......
14.5. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов . .
Задачи .................................
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ КУРС.............
Глава пятнадцатая. Поверхностные электромагнитные волны и замедляющие системы............................
15.1. Замедление электромагнитных волн диэлектрической пластиной. Поверхностные волны........................
15.2. Гребенчатая замедляющая система.................
15.3. Некоторые другие замедляющие системы......
Задачи ..........
—г^,ранение электромагнитных волн в анизо-i (шиной среде........................... 3
16.1. Физический механизм анизотропии ферритов. Уравнение движения намагниченности......................... 3
16.2. Тензор магнитной проницаемости намагниченного феррита..... 3
16.3. Уравнения Максвелла в гиротропной среде............. 3.
16.4. Поперечное распространение электромагнитных волн в намагниченном феррите........................... 3;
16.5. Продольное распространение электромагнитных волн в намагниченном феррите............................ 34
Задачи................................. 34
Глава семнадцатая. Интерференция и дифракция электромагнитных волн 34
17.1. Условие излучения. Принцип предельного поглощения......34
17.2. Возбуждение пространства нитью электрического тока. Цилиндрические волны........................... 35:
17.3. Метод физической оптики. Дифракция плоской волны на щели в идеально проводящем экране................... 35?
17.4. Принцип Гюйгенса. Формула Кирхгофа.............. 35S
1.7.5. Дифракция плоской волны на прямоугольном отверстии в идеально
проводящем экране........................ 362
17.6. Дифракция плоской электромагнитной волны на идеально проводящем цилиндре.......................... 369
17.7. Уравнения Максвелла в неоднородной среде............ 373
17.8. Метод геометрической оптики................... 375
17.9. Теорема эквивалентности.....................
Задачи.................................
Глава восемнадцатая. Компьютерные методы решения задач электродинамики ................................ 38.
18.1. Прямоугольный волновод с неоднородным заполнением........ 38?
18.2. Метод сеток.......................... . 38?
18.3. Метод Бубнова — Галеркина................... 393
18.4. Метод интегральных уравнений ..............397
Задачи................................. 406
Заключение.............................. 407
Приложение А. Выражения основных операций векторного анализа в различных координатных системах..................... 409
Приложение Б. Некоторые полезные векторные тождества....... 41Q
Список рекомендуемой литературы................... 4Ц
Предметный указатель.................
384 386
413
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга, предлагаемая вниманию читателя, является учебным пособием по кур-су «Электродинамика и распространение радиоволн», читаемому на радиотехнических факультетах вузов. Данный курс относится к числу базовых дисциплин, закладывающих основы профессиональной подготовки радиоинженера. На его основе строится ряд последующих инженерных дисциплин. В свою очередь, этот курс опирается на такие общенаучные дисциплины, как высшая математика, физика и теория цепей.
За последние десятилетия в радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ) и в антенной технике — в областях, теснее всего соприкасающихся с данным курсом, — произошли заметные изменения, связанные с освоением новых частотных диапазонов, с совершенствованием элементной базы радиоустройств, с неуклонным внедрением компьютерных методов расчета и проектирования. Однако научный фундамент этой технической области — теория электромагнетизма и физика волновых явлений — остался прежним.
Книга состоит из двух частей. Первая часть «Основной курс» посвящена изложению основ прикладной электродинамики, включая уравнения Максвелла, теорию плоских электромагнитных волн, принципы анализа явлений в направляющих и колебательных системах СВЧ-диапазона. Рассматривается теория элементарных излучателей, изучаются особенности распространения радиоволн в земных условиях.
Вторая часть «Факультативный курс» адресована в основном тем читателям, которые желают углубить свои знания в области физики и техники волновых электромагнитных явлений. Здесь учащийся найдет изложение основ теории поверхностных волн и замедляющих систем, познакомится с методами анализа распространения электромагнитных волн в анизотропных средах, а также полу-Чит представление о некоторых наиболее важных, по мнению автора, приемах решения задач дифракции электромагнитных волн. Кратко обсуждаются компьютерные способы решения электродинамических задач.
Главы книги снабжены примерами практических расчетов, доеденными до числовых результатов. Кроме того, в конце каждой " авы приведены учебные задачи в количестве, достаточном для фоведения упражнений по курсу.
Цена: 300руб.
