Техническая электродинамика

Ю.А. Кафедра «Радиоэлектроника и телекоммуникации»

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Курс лекций для специальностей 210700.62 (бИКТС), 220400.62 (бУПТС), 210601.65 (сРСК)

Саратов 2014

Е.И. Техническая электродинамика.- М.: Академия, 2008.
Григорьев А.Д. Электродинамика и

микроволновая техника. – С.Пб.: Лань, 2007.
Пегель И.В. Электродинамика сверхвысоких частот. – Изд-во Томского политехнического университета, 2009.
Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Радиотехника, 2009.
Устройства поляризации радиоволн в терагерцевом диапазоне частот. Новые принципы построения. / Под ред. А.С. Якунина. – М.: Радиотехника, 2012.
Иларионов Ю.А., Раевский А.С., Раевский С.Б., Седаков А.Ю. Устройства СВЧ и КВЧ-диапазонов. Методы расчета. Алгоритмы. Технологии изготовления. – М.: Радиотехника, 2013.
Гринев А.Ю. Численные методы решения прикладных задач электродинамики – М.: Радиотехника, 2013.
Морозов А.В., Нырцов А.Н., Шмаков Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Радиотехника, 2007.
Габриэльян Д.Д., Заргано Г.Ф., Звездина М.Ю., и др. Вычислительные методы прикладной электродинамики - М.: Радиотехника, 2009.
Ушаков Н.М., Козина О.Н., Коломейцев В.А., Комаров В.В. Волоконные и интегральные оптические устройства для систем связи.- Саратов: СГТУ, 2006.
Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (обзор) // Журнал технической физики, 2013, т.83, вып.1, с. 3-28.

М.: Радио и связь, 2000.
Семенов Н.А. Техническая электродинамика. –

М.: Связь, 1973.
Синтез сверхширокополосных микроволновых структур / Под ред. А.П. Креницкого и В.П. Мещанова, М.: Радио и связь, 2005.
Мещанов В. П., Тупикин В.Д., Чернышев С.Л. Коаксиальные пассивные устройства / Под ред. В. П. Мещанова. Саратов.: Изд-во Сарат. ун-та, 1993. 416 с.
Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Высшая школа, 1992.
Шестопалов В.П., Сиренко Ю.К. Динамическая теория решеток. – Киев: Наукова Думка, 1989.

Зарубежная литература
Pozar D.M. Microwave Engineering. 4th Edition. NY: Wiley&Sons, 2012.
Belov L.A., Smolskiy S.M., Kochemasov V.N. Handbook of RF, microwave, and millimeter wave components. – London: Artech House, 2012.
The Terahertz Wave eBook. Technical Overview. Zomega Terahertz Corporation. 2012.
Handbook of terahertz technology for imaging, sensing and communications / Edited by Daryoosh Saeedkia, Cambridge: Woodhead Publishing, 2013.

частотного диапазона 10 кГц – 1 ГГц. К ним относятся

одиночные вибраторные и щелевые излучатели, микрополосковые антенны, рамочные антенны.
Антенны бегущей волны с размерами λ ÷ 10λ для диапазона частот 3 МГц – 10 ГГц. Это спиральные, диэлектрические, импедансные и директорные антенны.
Антенные решетки размерами λ ÷ 100λ для частот 3 МГц – 30 ГГц. Они состоят из большого числа отдельных излучателей. Независимая регулировка фаз возбуждения каждого элемента антенной решетки обеспечивает возможность электрического управления диаграммой направленности.
Апертурные антенны с размерами λ ÷ 1000λ для диапазона частот 100 МГц – 100 ГГц и выше. Наиболее распространены зеркальные, рупорные и линзовые антенны.

α = αм + αд.

(27)
(28)

(29)

(30)

(31)
(32)
(33)

(34)

, (1)

. (2)

υ(z,τ) = Vcos(ωτ – kz)

(3)

(4)

(5)

(6)

tg(φ) = Em2 / Em1

(7)

Рис.1.

фаз ортогональных составляющих (0 ≤ ψ < 2π).

(14)

(15)

(16)

(17)
Эллипс поляризации

(рис.4) характеризуется также углом эллиптичности: αе = arctg(b/a), где a и b – большая и малая полуоси эллипса. Иногда этот параметр вводят, как αе = arth(b/a). Значению αе = 0 соответствует линейно поляризованная волна, а αе = ±∞ - волна с круговой поляризацией.

векторов Е1 и Е2: Е2 = nE1, где n –

произвольное действительное число. Для линейной поляризации под углом 45º n = 1.

(28)

(29)

P = dp/dv


Виды поляризации диэлектриков: электронная; ионная; дипольно-релаксационная.(ориентационная), ионно-релаксационная,

электронно-релаксационная, упруго-дипольная, поляризация ядерного смещения, спонтанная, миграционная.

(1)

(2)

(3)

(4)

ξ´ - параметр невзаимности Теллегена; ξ´´ - параметр киральности

positive, дважды позитивные
SNG - single negative, мононегативные
(1)
right- и left-handed materials

- RHM (правые) и LHM (левые)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

Рис.2

ENG (ε-негативные, ε < 0 и μ > 0), MNG (μ-негативные, ε > 0 и μ < 0 ).

negative, ε < 0 и μ < 0 – пример

La2/3Ca1/3Mn3

Рис.5

Рис.6

0,2; 0,5 и 2 дБ/км для λ = 1,55; 1,3

и 0,85 мкм соответственно. Воздействие ионизирующего излучения приводит к увеличению α.
При совместном рассмотрении эффектов поглощения и дисперсии в ОВ, появляются два предпочтительных значения λ: 1,55 мкм (минимальное затухание) и 1,3 мкм (минимальная дисперсия). Первая применяется в одномодовых ОВ, возбуждаемых лазером. Вторая – в многомодовых градиентных ОВ, возбуждаемых светодиодом.

оси z, примем общую для всех составляющих поля зависимость от

z в виде: Hzexp(-jβz) и Ezexp(-jβz).

Рис.2

(6)

(7)

(8)

u→0 и ν→0 данное частное решение соответствует моде с нулевой

отсечкой НЕ11. Вместе с НЕ11 все остальные НЕmg – моды также являются решениями (48). Соответственно НЕmg – моды являются решениями (49).

и J1(V) упрощают эту формулу с некоторой потерей точности:


(54)

(55)

(56)

(57)

(58)
Поперечно-электрические Н0g

моды (ТЕ) принадлежат семейству ЕН – мод, их характеристическое уравнение можно получить из (49) при m= 0:

принадлежат семейству НЕ – мод. Вдали от отсечки любая Е0g

мода становится вырожденной с Н0g – модой того же порядка n. По мере приближения к отсечке их вырождение снимается из-за отношения (n22/ n21).

(59)

При ν → 0 оба уравнения приводят к виду: J0(uc) = 0, то есть условия отсечки для Н0g и Е0g мод совпадают.