Учебное пособие по курсу «Электромагнитные поля и волны», составленное к.т.н. И.К. Колесниковым, д.т.н. А.А. Халиковым и к.т.н. Р.К. Каримовым, предназначено для обучения бакалавров направлений 5522200 – Телекоммуникация; 5522000 – Радиотехника; 5522100 – Телевидение радиосвязь и радиовещание; 5440300 – Астрономия; 5440100 – Физика.
Оно может быть также использовано для подготовки специалистов в профессиональных колледжах по специальностям: 020005 – Электромеханик по эксплуатации устройств оперативной технологической связи, электромеханик многоканальной связи; 02006 – Электромеханик радиосвязи, электромеханик по ремонту и эксплуатации устройств радиорелейной связи. Пособие содержит все темы, предусмотренные учебной программой. В его первой части излагаются теории электростатического и стационарного электрического полей, описывается природа магнитных полей постоянных токов, даются выводы основных уравнений электродинамики – уравнений Максвелла. Во второй части рассматриваются вопросы возбуждения радиоволн С ДВ, ДВ, КВ, УКВ, дециметрового и сантиметрового поддиапазонов, а также особенности их распространения и приема.

Предисловие

ЧАСТЬ 1

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Глава 1. Электростатика

Введение

§ 1. 1. Электрический заряд

§ 1. 2. Электрическое поле. Закон Кулона

§ 1. 3. Напряженность электрического поля

§ 1. 4. Силовые линии электрического поля

§ 1. 5. Электрический потенциал

§ 1. 6. Проводники в электрическом поле

§ 1. 7. Поляризация диэлектрика и электрическая индукция

§ 1. 8. Теорема Гаусса

§ 1. 9. Работа при перемещении электрического заряда в электричес­ком поле. Энергия системы зарядов. Энергия электростатического поля

§ 1. 10. Граничные условия в электростатическом поле

§ 1.11. Методы расчета электростатических полей

§ 1. 12. Распределение потенциалов и зарядов в системе проводящих тел

Г лава 2. Электрическое поле в проводящих средах

§ 2. 1. Ток и плотность тока проводимости

§ 2. 2. Закон Ома в дифференциальной форме

§ 2. 3. Закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме

§ 2. 4. Первый закон Кирхгофа в дифференциальной форме

§ 2. 5. Граничные условия двух проводящих сред

§ 2. 6. Поле шарового электрода

§ 2. 7. Аналогия между электрическим полем постоянного тока и электростатическим полем

Глава 3. Магнитное поле постоянное во времени

§ 3. 1. Магнитное взаимодействие токов

§ 3. 2. Закон Био-Савара. Теорема о циркуляции

§ 3. 3. Граничные условия в магнитном поле

§ 3. 4. Энергия магнитного поля

§ 3. 5. Методы расчетов магнитных полей

Глава 4. Электромагнитное поле

§ 4.1. Полный электрический ток

§ 4. 2. Первое и второе уравнения Максвелла

§ 4 3. Использование вихревого электрического поля в токамаке

§ 4. 4. Третье и четвертое уравнения Максвелла

§ 4. 5. Реальность существования электромагнитного поля

§ 4. 6. Полная система уравнений электромагнитного поля

§ 4. 7. Теорема Умова - Пойтинга

§ 4. 8. Запаздывающие электродинамические потенциалы

Глава 5. Электромагнитные волны

§ 5. 1. Излучение электромагнитных волн

§ 5. 2. Мощность и сопротивление излучения

§ 5. 3. Излучение рамочной антенны

§ 5. 4. Плоские электромагнитные волны

§ 5. 5. Уравнение плоской волны

§ 5. 6. Исследование волн

§ 5. 7. Распространение плоской волны в идеальном диэлектрике

§ 5. 8. Распространение плоской волны в хорошо проводящей среде

§ 5. 9. Групповая скорость

§ 5. 10. Поляризация электромагнитных волн

§ 5. 11. Отражение и преломление волны на плоской поверхности при нормальном падении

Глава 6. Поверхностный эффект

§ 6. 1. Явление поверхностного эффекта

§ 6. 2. Поверхностный эффект в цилиндрическом проводнике

§ 6. 3. Активное сопротивление и внутренняя индуктивность ци­линдрического провода с учетом поверхностного эффекта

Глава 7. Электромагнитные волны в волноводах

§ 7. 1. Распространение электромагнитных волн в волноводах

§ 7. 2. Критическая частота и параметры волны в волноводе

§ 7. 3. Фазовая и групповая скорости волны

§ 7. 4. Распространение волны в прямоугольном волноводе

§ 7. 5. Потери энергии в волноводах

Глава 8. Теория объемных резонаторов

§ 8.1. Общая теория электромагнитных резонаторов

§ 8. 2. Частота собственных колебаний резонатора

§ 8. 3. Волна простейшего типа в прямоугольном резонаторе

§ 8. 4. Мощность потерь в прямоугольном резонаторе, добротность резонатора

§ 8. 5. Коаксиальные линии

ЧАСТЬ II.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН Глава 9. Классификация радиоволн

§ 9. 1. Классификация по диапазонам частот

§ 9. 2. Классификация по возможным механизмам распростра­нения

§ 9. 3. Распространение радиоволн в однородных поглощающих средах

Глава 10. Земные радиоволны УКВ диапазона

§ 10. 1. Земные радиоволны над плоской поверхностью Земли

§ 10. 2. Земные радиоволны над сферической поверхностью Земли

Глава 11. Тропосферные и ионосферные волны

§ 11. 1. Тропосферные волны

§ 11.2. Дальнее тропосферное рассеяние

§ 11. 3. Ионосферные радиоволны в метровом диапазоне длин волн

§ 11. 4. Отражение и рассеяние радиоволн на метеорных следах

§ 11. 5. Свободно распространяющиеся радиоволны УКВ диапазона в системах космической связи

Глава 12. Замирание радиоволн

§ 12. 1. Замирания земных радиоволн

§ 12. 2. Замирания сигналов при дальнем тропосферном рас­сеянии

§ 12. 3. Повышение устойчивости сигналов

Глава 13. Источники помех и их классификация

§ 13. 1. Атмосферные помехи

§ 13. 2. Космические помехи

§ 13. 3. Шумы теплового излучения Земли

§13. 4. Шумы поглощения в газах и осадках

§ 13. 5. Промышленные помехи

§ 13. 6. Взаимные помехи станций

Глава 14. Диапазонные особенности распространения радиоволн

§ 14. 1. Особенности распространения сверхдлинных и длинных волн

§ 14. 2. Особенности распространения средних волн

§ 14. 3. Особенности распространения коротких волн

§ 14. 4. Особенности распространения УКВ

§ 14. 5. Особенности космической радиосвязи

Единицы измерения величин, используемые по международной системе СИ в области «электродинамики»

ЛИТЕРАТУРА

В основе теории электромагнетизма лежит представление об электромагнитном поле. В простейшем случае термин «поле» упот­ребляется, когда надо сопоставить каждой точке пространства не­которую физическую характеристику. В этом случае говорят о «поле температур» материальной среды или, например, о «поле скорос­тей» частиц жидкости, газа. В сущности, при этом просто определя­ются какие-то функции координат, и, быть может, времени: темпе­ратура, скорость и т.п. Аналогично этому об электрическом поле можно говорить как о «поле сил»; каждый раз имеется в виду сила, которая будет действовать на положительный единичный точеч­ный заряд, если его поместить в пространство, где действует поле. Понятие поля в этих примерах имеет лишь некоторое описатель­ное значение. Электромагнитное поле характеризуется некоторы­ми векторными функциями координат и времени. В философском смысле электромагнитное поле следует рассматривать как одну из форм существования материи. Хотя проявление электромагнитных сил в природе люди наблюдали с давних времен, научные понятия в этой области сложились сравнительно недавно. К ним, разумеет­ся, нельзя относить первые представления древних.

...