Боков Л.А., Замотринский В.А., Мандель А.Е. Электродинамика и распространение радиоволн

Учебное пособие. — Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. — 301 с.Излагаются основы макроскопической электродинамики, теории плоских электромагнитных волн в различных средах, методы расчетов волноводных и колебательных систем. Решаются краевые задачи электродинамики и задачи об излучении электромагнитных волн. Приведены данные о строении атмосферы.
Рассмотрены физические процессы, происходящие при свободном распространении радиоволн вблизи земной поверхности, в тропосфере и ионосфере. Рассмотрены особенности распространения радиоволн различных диапазонов.Предисловие.
Теория электромагнитного поля.
Введение.
Общие сведения о макроскопической электродинамике.
Векторы электромагнитного поля.
Определение электромагнитного поля.
Векторы электрического поля.
Векторы магнитного поля.
Закон Ома в дифференциальной форме.
Полный ток.
Классификация сред, материальные уравнения.
Уравнения Максвелла.
Уравнение Максвелла в дифференциальной и интегральной формах.
Первое уравнение Максвелла: полный ток и магнитное поле.
Второе уравнение Максвелла: обобщенный закон электромагнитной индукции.
Третье уравнение Максвелла: электрическое поле и заряды.
Четвертое уравнение Максвелла: непрерывность линий вектора B.
Заключительные замечания об уравнениях Максвелла.
Граничные условия для электромагнитного поля.
Постановка задачи.
Нормальные и тангенциальные составляющие векторов.
Граничные условия для нормальных составляющих электрического поля.
Граничные условия для нормальных составляющих магнитного поля.
Граничные условия для тангенциальных составляющих магнитного поля.
Граничные условия для тангенциальных составляющих электрического поля.
Энергия электромагнитного поля.
Закон Джоуля-Ленца и превращение энергии.
Баланс энергии поля.
Энергия электромагнитного поля.
Локальный баланс и движение энергии.
Заключительные замечания.
Классификация электромагнитных явлений.
Контрольные вопросы.
Электростатика.
Уравнения Максвелла для электростатического поля.
Электростатический потенциал.
Граничные условия в электростатике.
Определение потенциала по заданному распределению заряда.
Принцип суперпозиции.
Уравнения для электростатического потенциала.
Основная задача электростатики.
Методы решения задач электростатики.
Емкость Конденсатор в электростатике.
Энергия электростатического поля.
Контрольные вопросы.
Электромагнитное поле постоянных токов.
Электрическое поле постоянного тока.
Магнитное поле постоянного тока.
Магнитное поле линейного тока.
Примеры магнитных полей.
Поле прямого провода (прямолинейного тока).
Круглый виток и соленоид.
Магнитный диполь.
Магнитная энергия постоянного тока.
Индуктивность и взаимная индуктивность.
Контрольные вопросы.
Общие свойства переменного электромагнитного поля.
Монохроматическое поле, метод комплексных амплитуд (МКА).
Уравнения Максвелла в комплексной форме.
Волновые уравнения.
Средний баланс энергии электромагнитного поля.
Среднее значение характеристик поля.
Средний баланс энергии.
Теорема единственности для монохроматического электромагнитного поля.
О единственности решений.
Внутренняя задача.
Внешняя задача.
Теорема взаимности.
Лемма Лоренца.
Доказательство теоремы взаимности.
Перестановочная двойственность уравнений.
Максвелла. Магнитные токи.
Контрольные вопросы.
Плоские электромагнитные волны в изотропных неограниченных средах.
Волновой характер электромагнитного поля.
Плоские волны в средах без потерь.
Поляризация электромагнитных волн.
Плоские электромагнитные волны в поглощающих средах.
Затухание электромагнитных волн.
Волновое число в поглощающих средах.
Электромагнитные волны в диэлектрике.
Электромагнитные волны в проводящих средах.
Поверхностный эффект.
Контрольные вопросы.
Плоские электромагнитные волны в анизотропных средах.
Анизотропные среды.
Электромагнитные волны в кристаллах.
Классификация кристаллов по их электромагнитным свойствам.
Электромагнитные волны в одноосных кристаллах.
Электромагнитные волны в гиротропных средах.
Общие свойства феррита.
Феррит в постоянном магнитном поле.
Намагниченный феррит в переменном магнитном поле.
Плазма в электромагнитном поле.
Общие свойства плазмы.
Диэлектрическая проницаемость плазмы в переменном магнитном поле.
Тензор диэлектрической проницаемости намагниченной плазмы.
Продольное распространение плоских электромагнитных волн в феррите.
Поперечное распространение электромагнитных волн в феррите.
Контрольные вопросы.
Отражение и преломление плоских электромагнитных волн.
Общие положения.
Нормальное падение плоской волны.
Волна, распространяющаяся в произвольном направлении.
Формулы Френеля для горизонтально поляризованных волн.
Формулы Френеля для вертикально поляризованных волн.
Полное отражение от границы двух диэлектриков.
Наклонное падение на границу поглощающей среды.
Приближенные граничные условия Леонтовича.
Наклонное падение на границу с диэлектриком.
Контрольные вопросы.
Излучение электромагнитных волн.
Уравнения Максвелла для области, содержащей источники.
Неоднородные волновые уравнения.
Электродинамические потенциалы.
Решение уравнений для электродинамических потенциалов.
Элементарный электрический излучатель.
Исследование поля электрического диполя.
Поле в ближней зоне.
Поле в дальней зоне.
Элементарный магнитный излучатель.
Контрольные вопросы.
Направляемые электромагнитные волны и направляющие системы.
Понятие о направляющей системе Классификация направляемых волн.
Связь между продольными и поперечными составляющими поля в однородной направляющей системе.
Условия распространения электромагнитных волн в направляющих системах.
Критическая длина волны.
Групповая скорость электромагнитных волн в направляющих системах.
Дисперсия направляемых электромагнитных волн.
Общие свойства направляемых волн.
Поперечные электромагнитные волны (Т-волны).
Электрические волны (Е-волны).
Магнитные волны (Н-волны).
Прямоугольный волновод.
Коаксиальная линия.
Контрольные вопросы.
Объемные резонаторы.
Общая теория электромагнитных резонаторов.
Накопление энергии в объеме.
Резонатор и направляющая структура.
Свойства полей резонаторов.
Учет потерь Добротность резонаторов.
Полые резонаторы.
Прямоугольный резонатор.
Другие полые резонаторы.
Твердотельные и планарные резонаторы.
Оптические и квазиоптические резонаторы.
Контрольные вопросы.
Распространение радиоволн.
Распространение радиоволн в свободном пространстве.
Классификация радиоволн по диапазонам.
Распространение радиоволн в свободном пространстве.
Некоторые сведения из теории антенн.
Область пространства, существенная при распространении радиоволн.
Классификация радиоволн по способу распространения.
Понятие о функции ослабления.
Контрольные вопросы.
Распространение земных радиоволн при поднятых антеннах.
Электрические параметры различных типов земной поверхности.
Расстояние прямой видимости.
Распространение радиоволн при поднятых антеннах и плоской Земле.
Интерференционная формула.
Диаграммы направленности поднятых антенн.
Условия применимости отражательной трактовки.
Квадратичная формула Введенского.
Отражение радиоволн от неровной земной поверхности.
Критерий Релея.
Учет сферичности Земли в интерференционных формулах.
Распространение радиоволн в зоне тени и полутени.
Контрольные вопросы.
Распространение земных радиоволн при низко расположенных антеннах.
Формула идеальной радиопередачи.
Структура поля вертикального вибратора, расположенного над земной поверхностью.
Расчет вертикальной составляющей напряженности электрического поля Формула Шулейкина- Ван-дер-Поля.
Распространение радиоволн при низко расположенных антенн над неоднородной трассой.
Контрольные вопросы.
Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн.
Электрические параметры тропосферы.
Рефракция радиоволн.
Траектория волны в сферически слоистой среде.
Эквивалентный радиус Земли.
Виды тропосферной рефракции.
Распространение радиоволн в условиях сверхрефракции.
Распространение радиоволн путем рассеяния на неоднородностях тропосферы.
Ослабление радиоволн в тропосфере.
Контрольные вопросы.
Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн.
Состав и строение ионосферы.
Электрические параметры ионосферы.
Отражение и преломление радиоволн в ионосфере.
Условие отражения вертикально направленной волны.
Условие отражения наклонно направленной волны.
Траектория радиоволн в простом слое.
Поглощение радиоволн в ионосфере.
Влияние постоянного магнитного поля Земли на распространение радиоволн в ионосфере.
Контрольные вопросы.
Диапазонные особенности распространения радиоволн.
Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн.
Особенности распространения средних волн.
Распространение коротких волн.
Распространение ультракоротких волн.
Распространение УКВ в пределах прямой видимости.
Распространение УКВ за горизонт.
Контрольные вопросы.
Помехи радиоприему.
Атмосферные помехи.
Промышленные помехи.
Космические помехи.
Шумы, созданные тепловым излучением Земли.
Контрольные вопросы.
Рекомендуемая литература.