Слайд 1Электромагнитные поля и волны
Страхов О.А.
к.т.н., член-корреспондент МАН ИПТ,
заведующий кафедрой Телекоммуникаций
Занятие
1. Основы электродинамики
Слайд 2Электромагнитные поля и волны.
Литература
Боков Л.А., Замотринский В.А., Мандель А.Е. Электродинамика
и распространение радиоволн. Учебное пособие - Томск: Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники, 2013. - 410с.
Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Наука, 1989. - 544с.
Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Высшая школа, 1992. - 416с.
Слайд 3Электромагнитные поля и волны.
О чём это?
Поле:
Участок земли для возделывания сельхозкультур
Невещественная
форма существования материи
Алгебраическая структура с двумя операциями
Волна:
Изменение физической величины, перемещающееся
в пространстве, либо создающее колебания в заданном объёме
Слайд 4Электромагнитные поля и волны.
Виды волн (по фронту)
Плоская
Сферическая
Слайд 5Электромагнитные поля и волны.
Основы описания электромагнитных явлений
4 вектора:
E (В/м) –
напряжённость электрического поля
H (А/м) – напряжённость магнитного поля
D (Кл/м2) –
электрическая индукция
B (Вб/м2) – магнитная индукция
Слайд 6Электромагнитные поля и волны.
Закон Ампера
Для магнитного поля с напряжённостью H
в любой точке, выделим произвольный контур l
Тогда циркуляция H по
его периметру всегда равна сумме токов, проходящих через произвольную незамкнутую поверхность, опирающуюся на l.
Слайд 7Электромагнитные поля и волны.
Закон Фарадея
При разрыве контура возникает ЭДС, равная
скорости изменения магнитного потока со знаком «минус»
Слайд 8Электромагнитные поля и волны.
Законы Гаусса
Поток D через замкнутую S равен
сумме всех зарядов, заключённых внутри S
1. Для электрического поля
2. Для
магнитного поля
Поток B через замкнутую S равен нулю
Слайд 9Электромагнитные поля и волны.
Дифференциальные уравнения Максвелла
Источниками вихревых магнитных полей являются
токи проводимости и токи смещения.
Слайд 10Электромагнитные поля и волны.
Интегральные уравнения Максвелла
Слайд 11Электромагнитные поля и волны.
Сила Лоренца
Сила, действующая на заряд q, движущийся
со скоростью v в пространстве
F = qE + q[vB]
Полезные константы:
c
– скорость света, 299792456 м/с
0 – магнитная постоянная, 4·10-7Гн/м
0 – электрическая постоянная, 8,854 ·10-12Ф/м
Слайд 12Электромагнитные поля и волны.
Электрический диполь
Слайд 13Электромагнитные поля и волны.
Представление диполя и вихревого тока в виде
совокупности элементарных составляющих
Слайд 14Электромагнитные поля и волны.
Отрыв линий поля
Слайд 15Электромагнитные поля и волны.
Условие эффективного излучения
tзамT/2;
tзам =2l/v0;
T/2=1/(2f)=/(2v0);
2l /2
Слайд 16Электромагнитные поля и волны.
Принцип работы дипольных антенн
Слайд 17Электромагнитные поля и волны.
Цепное распространение э/м поля
Слайд 18Электромагнитные поля и волны.
Материальные уравнения Максвелла
устанавливают связь между D, H
и E, B, при этом учитываются индивидуальные свойства среды:
, где
e – диэлектрическая восприимчивость,
m – магнитная восприимчивость,
– отн.магнитная проницаемость,
– отн.диэлектрическая проницаемость
Слайд 19Электромагнитные поля и волны.
Классификация сред
Линейные (, и не
зависят от E и H, иначе нелинейные)
Однородные (, и
не зависят от координат, иначе неоднородные)
Изотропные (, и - скалярные значения, иначе среда анизотропна)
Стационарные (, и не зависят от времени, иначи нестационарная среда)
Слайд 20Электромагнитные поля и волны.
Плоская расходящаяся волна
Слайд 21Электромагнитные поля и волны.
Сферическая волна
Слайд 22Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(1)
Принцип суперпозиции:
Векторы напряжённости складываются геометрически
(поля разных частот существуют независимо)
Принцип поведения поля на бесконечности
Слайд 23Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(2)
Принцип перестановочной двойственности:
Слайд 24Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(3)
Принцип взаимно дополнительных экранов:
Слайд 25Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(4)
Единственность решения внутренней задачи электродинамики:
Внутренняя
задача – определение поля в замкнутом объёме, содержащем один или
несколько источников э/м излучения
Слайд 26Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(5)
Принцип единственности решения внешней задачи
электродинамики (источник вне объёма):
Не выполняется при резонансе и при отсутствии
потерь!
Слайд 27Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(6)
Принцип взаимности:
Слайд 28Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(7)
Принцип Гюйгенса-Кирхгофа:
В точке M внутри
объёма S можно вычислить любую скалярную компоненту векторов напряжённости. Если
на поверхности S известны как сами скалярные компоненты, так и их нормальные (нормаль к стенке) производные.
G – функция Грина
Слайд 29Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(8)
Принцип электродинамического подобия:
Если все размеры
антенны и длину волны изменить (уменьшить) в несколько раз, все
параметры антенны (вых.сопротивления, ДН, Ку и т.д.) сохранятся.
Слайд 30Электромагнитные поля и волны.
Принципы технической электродинамики(9)
Пограничные соотношения:
(с этого начнём на
следующей лекции!)