1.1 Цель курса состоит в формировании представлений об электромагнитных полях и электродинамических процессах, лежащих в основе телекоммуникационных систем.
1.2 Задачами курса являются:
- уяснение физики и основных закономерностей электромагнитного поля в свободном пространстве (излучение), в направляющих устройствах и в замкнутых объемах, распространения электромагнитных волн;
- ознакомление с методами решения электродинамических задач: расчета полей элементарных излучателей и электромагнитных волн в радиоэлектронных системах передачи информации.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
При итоговом контроле студент должен понимать основные термины и закономерности электродинамики, включая распространение электромагнитных волн, иметь представления о способах возбуждения и методах анализа электромагнитных полей.
|
Виды учебной работы |
Всего часов |
Семестры | |
|
6 |
7 | ||
|
Общая трудоемкость дисциплины |
160 |
96 |
64 |
|
Аудиторные занятия |
85 |
51 |
34 |
|
Лекции |
51 |
34 |
17 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
- |
- |
- |
|
Семинары (С) |
- |
- |
- |
|
Лабораторная работа (ЛР) |
34 |
17 |
17 |
|
Самостоятельная работа (СР) |
75 |
45 |
30 |
|
Курсовой проект |
- |
- |
- |
|
Вид итогового контроля |
|
Зачет |
Экз. |
4. Содержание дисциплины
Тема 1. Введение (2ч)
Вектора электромагнитного поля. Законы Кулона, Гаусса, электромагнитной индукции (закон Фарадея), полного тока (закон Ампера), дифференциальный закон Ома. Параметры сред: диэлектрическая и магнитная проницаемости, электрическая проводимость. Система интегральных уравнений Максвелла. Система дифференциальных уравнений Максвелла. Ток смещения. Дифференциальные уравнения для комплексных амплитуд векторов поля. Понятие магнитных зарядов и токов. Комплексная диэлектрическая проницаемость классификация сред.
Тема 3. Граничные условия для векторов поля (2ч)
Теорема Умова-Пойнтинга. Запасенная энергия, мощность потерь, мощность излучения. Вектор Пойнтинга в комплексной форме. Теорема единственности решения уравнений Максвелла при заданных граничных условиях.
Тема 5. Плоская электромагнитная волна (8ч)
Волновые уравнения. Плоские волны в среде без потерь. Характеристическое сопротивление среды. Фазовая скорость, длина волны, групповая скорость. Явление дисперсии. Поляризация плоских волн, виды поляризации. Плоская волна в среде с потерями. Отражение и преломление плоских волн при нормальном падении на границу раздела двух сред. Отражение и преломление волны при наклонном падении при различных поляризациях. Коэффициенты отражения и преломления. Законы Снеллиуса. Угол Брюстера. Полное внутреннее отражение. Скин-эффект и толщина скин-слоя. Приближенные граничные условия Щукина – Леонтовича.
Тема 6. Излучение электромагнитных волн (8ч)
Векторные электродинамические потенциалы. Функция Грина свободного пространства, сферическая электромагнитная волна. Решение уравнений Гельмгольца для векторных потенциалов. Элементарный электрический излучатель. Поля в ближней, промежуточной и дальней зонах. Мощность излучения, сопротивление излучения, диаграмма направленности. Элементарный магнитный излучатель. Элемент Гюйгенса.
Тема 7. Электромагнитные волны в направляющих системах (2ч)
Разновидности направляющих устройств. Волновые уравнения для направляемых волн, их классификация и универсальные свойства.
Тема 8. Прямоугольный и круглый металлические волноводы (6ч)
Решение уравнений для волн Е и Н типов. Режимы распространения и нераспространения, критические частоты и длины волн. Картины силовых линий поля и поверхностных токов на стенках. Основная волна, одномодовый диапазон частот. Выбор размеров волновода. Потери энергии в диэлектрике и стенках волновода, коэффициент затухания.
Волны типа Т, волновое сопротивление. Картины полей. Поля в симметричной и несимметричной полосковой линиях. Высшие типы волн.
Тема 10. Объемные резонаторы (2ч)
Объемный резонатор как поли-резонансная частотно избирательная система. Общие свойства резонаторов. Прямоугольный объемный резонатор. Поля Е и Н типов. Резонансные частоты. Цилиндрический и коаксиальный резонаторы. Картины поля. Собственная и нагруженная добротности объемного резонатора.
Тема 11. Распространение радиоволн в свободном пространстве (4ч)
Распространение электромагнитных колебаний в свободном пространстве. Структура и интенсивность поля в дальней зоне. Векторная комплексная диаграмма направленности антенны. Энергетический выигрыш за счет направленного излучения. Коэффициент усиления антенны.
Тема 12. Распространение радиоволн у Земли (5ч)
а) основная литература
3. Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. Под. ред. В.А. Неганова и С.Б. Раевского — М: Радио и связь, 2005. — 648 с.
б) дополнительная литература
4. Щербаков Г.И. Электродинамика и распространение радиоволн. Основные законы электродинамики, статические и волновые поля, излучение. Конспект лекций. – Казань, КГТУ, 1993.
