Техническая электродинамика

Содержание

Слайд 2

Основная литература Фальковский О.И. Техническая электродинамика. – С.Пб.: Лань, 2009. Нефедов

Основная литература
Фальковский О.И. Техническая электродинамика. – С.Пб.: Лань, 2009.
Нефедов 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.
Слайд 3

Вспомогательная литература Вольман В.И., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. –

Вспомогательная литература
Вольман В.И., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. – 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.
Слайд 4

Основные теоретические положения

Основные теоретические положения

Слайд 5

Классификация антенно-фидерных устройств (АФУ) Малоразмерные антенны (l ≤ λ) для частотного

Классификация антенно-фидерных устройств (АФУ)

Малоразмерные антенны (l ≤ λ) для 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.
Слайд 6

Электромагнитные волны в АФУ (1) (2)

Электромагнитные волны в АФУ

(1)

(2)

Слайд 7

Электромагнитные волны в АФУ

Электромагнитные волны в АФУ

Слайд 8

Характеристики линий передачи (19) Zв [Ом] = U/I = 2P/I2 =

Характеристики линий передачи

(19)

Zв [Ом] = U/I = 2P/I2 = U2/2P

α

= αм + αд.
Слайд 9

Решения неоднородных уравнений ЭМ поля -электрический векторный потенциал -электрический скалярный потенциал

Решения неоднородных уравнений ЭМ поля

-электрический векторный потенциал

-электрический скалярный потенциал

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

Слайд 10

Решения неоднородных уравнений ЭМ поля (35) (36) (37) (38) (39)

Решения неоднородных уравнений ЭМ поля

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

Слайд 11

Поляризация электромагнитных волн , (1) . (2) υ(z,τ) = Vcos(ωτ –

Поляризация электромагнитных волн


, (1)

. (2)

υ(z,τ) = Vcos(ωτ – kz)

(3)

(4)

(5)

(6)

tg(φ)

= Em2 / Em1

(7)

Рис.1.

Слайд 12

Поляризация электромагнитных волн (8) (9) (10) Рис.2 Рис.3 Рис.4

Поляризация электромагнитных волн

(8)

(9)

(10)

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Слайд 13

Поляризация электромагнитных волн (11) (12) (13) ψ = φx – φy

Поляризация электромагнитных волн

(11)

(12)

(13)

ψ = φx – φy - разность 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.

Слайд 14

Поляризация электромагнитных волн Рис.5 (18) (19) (20) (21) (22) (23)

Поляризация электромагнитных волн

Рис.5

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

Слайд 15

Поляризация электромагнитных волн (24) (25) (26) (27) Условием формирования линейно поляризованной

Поляризация электромагнитных волн

(24)

(25)

(26)

(27)

Условием формирования линейно поляризованной волны является параллельность векторов

Е1 и Е2: Е2 = nE1, где n – произвольное действительное число. Для линейной поляризации под углом 45º n = 1.

(28)

(29)

Слайд 16

Особенности взаимодействия поляризованных электромагнитных волн с различными объектами σе = ωε0ε´´

Особенности взаимодействия поляризованных электромагнитных волн с различными объектами

σе = ωε0ε´´

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

Слайд 17

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред Рис.1

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред

Рис.1

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Рис.2

(10)

(11)

(12)

(13)

Слайд 18

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред Рис.3

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред

Рис.3

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

Слайд 19

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред (24) (25) (26) Рис.4 (29)

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред

(24)

(25)

(26)

Рис.4

(29)

Слайд 20

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред (30)

Процессы отражения и преломления ЭМ волн на границе раздела сред

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

Слайд 21

Метаматериалы для устройств микроволновой и терагерцевой техники Рис.1 DPS - double

Метаматериалы для устройств микроволновой и терагерцевой техники

Рис.1

DPS - double 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 ).

Слайд 22

Метаматериалы для устройств микроволновой и терагерцевой техники Рис.3 Рис.4 (8) (9)

Метаматериалы для устройств микроволновой и терагерцевой техники

Рис.3

Рис.4

(8)

(9)

DNG - double negative,

ε < 0 и μ < 0 – пример La2/3Ca1/3Mn3

Рис.5

Рис.6

Слайд 23

Электромагнитные волны в оптических системах (1) (2) (3) Значение наименьших потерь

Электромагнитные волны в оптических системах

(1)

(2)

(3)

Значение наименьших потерь в ОВ: α= 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.
Слайд 24

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (4) (5) Поскольку волна

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(4)

(5)

Поскольку волна распространяется по оси

z, примем общую для всех составляющих поля зависимость от z в виде: Hzexp(-jβz) и Ezexp(-jβz).

Рис.2

(6)

(7)

(8)

Слайд 25

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17)

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

Слайд 26

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (18) (19) (20) (21)

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

Слайд 27

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36)

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

Слайд 28

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (37) (38) (39) (40)

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

Слайд 29

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (47) (48) (49) (50)

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(47)

(48)

(49)

(50)

lnγ – постоянная Эйлера

(51)

(52)

При 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).
Слайд 30

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах (53) Нулевые приближения для

Распространение электромагнитных волн в ступенчатых оптических волокнах

(53)

Нулевые приближения для J0(V) 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: