ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие ................ 3

Буквенные обозначения и единицы измерения основных величин ... 5

Часть I Введение в техническую электродинамику

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

1.1. Электромагнитное поле и электрический заряд. Основные свойства электромагнитного поля............. 6

1.2. Электрическое и магнитное поля как две стороны единого электромаг­нитного поля................ 9

ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ. УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ В ИНТЕГРАЛЬНОЙ ФОРМЕ

2.1. Связанные и свободные электрические заряды....... 10

2.2. Плотность электрического заряда.......... 11

2.3. Напряженность электрического поля Е. Поток вектора Е .... 12

2.4. Обобщение закона Гаусса. Электрическое смещение D 13

2.5. Классификация сред по их макроскопическим параметрам. Абсолют­ная диэлектрическая проницаемость......... 16

2.6. Электрические токи проводимости и переноса. Плотность тока .. 19

2.7. Магнитная индукция В. Магнитный поток........ 21

2.8. Принцип непрерывности магнитного потока....... 22

2.9. Обобщение закона электромагнитной индукции...... 23

2.10. Связь между постоянным электрическим током и обусловленным им магнитным полем. Напряженность магнитного поля Н 25

2.11. Симметрия между электрическими и магнитными явлениями. Ток смещения................ 28

2.12. Закон сохранения электрического заряда в интегральной форме. Прин­цип непрерывности электрического тока........ 30

2.13. Закон полного тока.............. 31

2.14. Магнитные свойства сред............ 31

ГЛАВА 3 УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМЕ. ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ

3.1. Закон полного тока и обобщенный закон электромагнитной индукции

в дифференциальной форме............34

3.2. Обобщенный закон Гаусса и принцип непрерывности магнитного по­тока в дифференциальной форме..........35

3.3. Закон сохранения электрического заряда и принцип непрерывности электрического тока в дифференциальной форме......36

3.4. Система уравнений электродинамики в дифференциальной форме . 37

3.5. Сторонние источники электромагнитного поля.......39

3.6. Система дифференциальных уравнений электродинамики для изотроп­ных линейных сред. Принцип суперпозиции.......40

3.7. Система уравнений электродинамики для однородных непроводящих

сред.................40

3.8. Система уравнений электродинамики для однородных проводящих

сред без сторонних источников...........41

3.9. Граничные условия на поверхности раздела двух сред .... 42

3.10. Граничные условия на поверхности идеально проводящей среды .. 46

3.11. Система уравнений в дифференциальной форме и граничные условия для комплексных амплитуд. Комплексная диэлектрическая проницае­мость среды................48

3.12. Электрические свойства изотропных линейных сред в монохромати­ческом поле................52

ГЛАВА 4 ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

4.1. Теорема Умова — Пойнтинга. Вектор Пойнтинга...... 53

4.2. Выражения средних за период значений произведений двух монохрома­тических векторов через их комплексные амплитуды..... 56

4.3. Теорема Умова — Пойнтинга для комплексных амплитуд .... 58

ГЛАВА 5 УСЛОВИЯ ЕДИНСТВЕННОСТИ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

5.1. Теорема единственности для внутренней задачи электродинамики .. 61

5.2. Условия излучения. Теорема единственности для внешней задачи элек­тродинамики ................63

ГЛАВА 6 ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ВЕКТОРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

6.1. Волновые уравнения для векторов электромагнитного поля ... 67

6.2. Электродинамические потенциалы.......... 69

6.3. Электродинамические потенциалы в безграничной среде. Волновой ха­рактер электромагнитного поля........... 70

6.4. Использование электродинамических потенциалов в методе комплекс­ных амплитуд................ 74

Часть II Статические и стационарные поля

ГЛАВА 7 СТАТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ

7.1. Классификация электромагнитных явлений........ 76

7.2. Уравнения электростатики............ 77

7.3. Скалярный потенциал электростатического поля...... 80

7.4. Задачи электростатики............. 81

7.5. Простейшие примеры электростатического поля...... 83

7.6. Метод зеркальных изображений.......... 88

7.7. Энергия электростатического поля.......... 90

7.8. Электрическая емкость уединенного проводящего тела .... 91

7.9. Система заряженных проводящих тел......... 92

7.10. Электрическая емкость между двумя проводящими телами. Конден­сатор .................. 94

7.11. Магнитостатическое поле............ 95

ГЛАВА 8 СТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

8.1. Стационарное электрическое поле в проводящей среде..... 96

8.2. Метод электростатической аналогии.......... 97

8.3. Стационарное электрическое поле в диэлектрике...... 98

8.4. Основные уравнения стационарного магнитного поля..... 99

8.5. Простейшие примеры стационарного магнитного поля..... 100

8.6. Энергия стационарного магнитного поля........ 102

8.7. Индуктивность, взаимная индуктивность........ 102

Часть III Излучение и распространение электромагнитных волн

ГЛАВА 9 ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

9.1. Излучение электромагнитных волн.......... 106

9.2. Понятие об элементарном электрическом излучателе..... 106

9.3. Комплексные амплитуды векторов поля элементарного электрического излучателя ................ 108

9.4. Электромагнитное поле в ближней зоне......... 110

9.5. Электромагнитное поле в дальней зоне......... 111

9.6. Мощность излучения, сопротивление излучения....... 114

ГЛАВА 10 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ МАГНИТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, ЭЛЕМЕНТ ГЮЙГЕНСА

10.1. Уравнения Максвелла при наличии фиктивных магнитных токов и зарядов................. 115

10.2. Принцип перестановочной двойственности уравнений Максвелла .. 117

10.3. Поле излучения элементарного магнитного излучателя .... 118

10.4. Лемма Лоренца. Теорема взаимности......... 121

10.5. Теорема эквивалентности............ 123

10.6. Принцип Гюйгенса — Френеля. Элемент Гюйгенса...... 125

ГЛАВА 11 ОДНОРОДНЫЕ ПЛОСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В БЕЗГРАНИЧНОЙ ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

11.1. Однородная плоская электромагнитная волна.......130

11.2. Однородная плоская волна в среде без потерь......131

11.3. Однородная плоская волна в среде с потерями......134

ГЛАВА 12 ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

12.1. Линейно поляризованные волны...........139

12.2. Поляризованные по кругу и эллиптически поляризованные волны . 140

ГЛАВА 13 ВОЛНОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД

13.1. Однородная плоская волна, распространяющаяся в произвольном на­правлении ................ 143

13.2. Падение плоской волны на границу раздела двух диэлектриков .. 144

13.3. Нормальное падение плоской волны на границу раздела диэлектриков . 152

13.4. Полное прохождение волны через границу раздела диэлектриков . 153

13.5. Полное внутреннее отражение........... 153

13.6. Падение плоской волны на границу раздела диэлектрика и идеаль­ного проводника............... 159

13.7. Падение плоской волны на границу раздела диэлектрика и среды с потерями................. 160

13.8. Приближенные граничные условия Леонтовича — Щукина .... 163

ГЛАВА 14 ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ

14.1. Сильный и слабый поверхностный эффект........165

14.2. Эквивалентный поверхностный ток и сопротивление проводника при сильном поверхностном эффекте..........16614.3. Средняя мощность тепловых потерь в проводящем теле при сильном поверхностном эффекте.............170

14.4. Сопротивление цилиндрического провода ......170

ГЛАВА 15 ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

15.1. Задачи дифракции.............. 174

15.2. Переход от уравнений Максвелла к уравнениям геометрической опти­ки. Геометрические волновые поверхности и лучи...... 176

15.3. Оптическая длина пути. Принцип Ферма........ 179

15.4. Изменение поля вдоль луча............ 181

15.5. Отражение и преломление в геометрической оптике..... 183

15.6. Метод физической оптики (приближение Гюйгенса — Кирхгофа) .. 185

ГЛАВА 16 ОДНОРОДНЫЕ ПЛОСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В БЕЗГРАНИЧНОЙ АНИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

16.1. Свойства и параметры намагниченных феррита и плазмы для моно­хроматических электромагнитных волн.........187

16.2. Уравнения Максвелла для намагниченных феррита и плазмы .. 197

16.3. Распространение однородных плоских волн в продольно намагничен­ных феррите и плазме.............197

16.4. Распространение однородных плоских волн в поперечно намагничен­ных феррите и плазме.............202

Часть IV Электромагнитные волны, направляемые регулярными линиями передачи

ГЛАВА 17 ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ВОЛН, НАПРАВЛЯЕМЫХ РЕГУЛЯРНЫМИ ЛИНИЯМИ ПЕРЕДАЧИ

17.1. Линии передачи и их классификация.........206

17.2. Решение уравнений Максвелла для регулярных линий передачи .. 207

17.3. Классификация направляемых волн.........211

ГЛАВА 18 ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ВОЛН, НАПРАВЛЯЕМЫХ РЕГУЛЯРНЫМИ ВОЛНОВОДАМИ

18.1. Граничные условия для продольных составляющих поля. Краевые задачи Дирихле и Неймана............ 213

18.2. Поля магнитного и электрического классов, их свойства и параметры 215

18.3. Поле поперечного электромагнитного класса, его свойства и параметры 219

18.4. Мощность, переносимая вдоль волновода бегущей волной ... 221

18.5. Скорость распространения энергии вдоль волновода. Групповая ско­рость. 223

18.6. Затухание электромагнитных волн в волноводе, обусловленное поте­рями в металлических стенках ........... 226

18.7. Графическое изображение структуры поля........ 228

18.8. Поля основного и высших типов.......... 229

18.9. Требования, предъявляемые к линии передачи....... 230

ГЛАВА 19 РЕГУЛЯРНЫЕ ВОЛНОВОДЫ

Прямоугольный волновод............ 231

19.1. Решение краевых задач............ 231

19.2. Параметры полей типов Hmn и Emn........ 233

19.3. Комплексные амплитуды составляющих векторов Е и Н .... 235

19.4. Мощность, переносимая бегущими волнами типов Hmn и Emn .. 23619.5. Коэффициент затухания волн типов Нmn и Етnп, обусловленный по-

терями в металлических стенках.......... 237

19.6. Волна основного типа............. 239

19.7. Концепция однородных плоских волн в волноводе..... 242

19.8. Выбор размеров поперечного сечения волновода в одноволновом режиме................. 245

19.9. Структура полей бегущих волн высших типов...... 246

19.10. Волноводы с поперечным сечением П- и Н-образной форм ... 248 Круглый волновод.............. 249

19.11. Решение краевых задач............ 249

19.12. Параметры полей типов Нmn и Еmn........ 252

19.13. Комплексные амплитуды составляющих векторов Е и Н .... 253

19.14. Мощность, переносимая бегущими волнами типов Еmn и Еmn .. 254

19.15. Коэффициент затухания волн типов Hmn и Emn, обусловленный по­терями в металлических стенках .......... 255

19.16. Структура полей бегущих волн.......... 256

19.17. Особенности использования круглого волновода...... 259

19.18. Эллиптический волновод............ 261

Коаксиальный круглый волновод.......... 262

19.19. Поля в коаксиальном круглом волноводе........ 262

19.20. Мощность, переносимая бегущей Т-волной....... 265

19.21. Коэффициент затухания Т-волны, обусловленный потерями в металли­ческих стенках............... 266

19.22. Выбор размеров коаксиального круглого волновода..... 266

19.23. Способы возбуждения волн в волноводах....... 267

ГЛАВА 20 РЕГУЛЯРНЫЕ ОТКРЫТЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

20.1. Симметричная двухпроводная линия передачи....... 269

20.2. Полосковые линии передачи............ 270

20.3. Основные этапы определения поля в линии передачи поверхностной волны.................. 275

20.4. Диэлектрическая круглая линия передачи. Волоконный световод . 278

20.5. Однопроводная круглая линия передачи........ 285

Часть V Линейные устройства СВЧ

ГЛАВА 21 ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ВОЛНОВОДОВ С НЕРЕГУЛЯРНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

21.1. Нерегулярность реальных волноводов. Метод эквивалентных схем . 287

21.2. Описание направляемых Т-волн теорией длинных линий .... 289

21.3. Эквивалентность между волноводом и длинной линией . 294

21.4. Представление полного поля в волноводе векторными рядами. Мощ­ность, переносимая полным полем вдоль волновода . 298

21.5. Эквивалентная схема нерегулярности в волноводе...... 300

21.6. Плоские нерегулярности в волноводе......... 303

21.7. Штыри в прямоугольном волноводе......... 308

21.8. Волновая матрица рассеяния........... 310

21.9. Волновая матрица передачи четырехполюсника. Ослабление четырехполюсника ................ 316

ГЛАВА 22 ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

22.1. Основные классы объемных резонаторов........ 318

22.2. Собственные колебания цилиндрического резонатора без потерь .. 321

22.3. Коаксиальные и полосковые резонаторы с укорачивающей емкостью . 328

22.4. Квазистационарные резонаторы........... 329

22.5. Добротность объемных закрытых резонаторов....... 332

22.6. Проходной волноводный резонатор.......... 335

22.7. Перестройка частоты объемных резонаторов....... 338

22.8. Вынужденные колебания закрытых объемных резонаторов ... 340

ГЛАВА 23 СОГЛАСОВАНИЕ НАГРУЗКИ С ЛИНИЕЙ ПЕРЕДАЧИ. ЧАСТОТНЫЕ ФИЛЬТРЫ СВЧ

Согласование нагрузки с линией передачи ........ 342

23.1. Принцип согласования нагрузки с линией передачи..... 342

23.2. Узкополосное согласование............ 343

23.3. Широкополосное согласование активных сопротивлений .... 345

Частотные фильтры СВЧ............ 350

23.4. Метод расчета частотных отражающих фильтров СВЧ .... 350

23.5. Полосовые и режекторные фильтры......... 352

23.6. Фильтры гармоник.............. 361

ГЛАВА 24 УСТРОЙСТВА, ВХОДЯЩИЕ В ТРАКТ СВЧ

Волноводные конструктивные элементы и оконечные нагрузки .. 364

24.1. Волноводные конструктивные элементы........ 364

24.2. Поглощающие оконечные нагрузки......... 369

Двухплечные узлы.............. 370

24.3. Аттенюаторы................ 370

24.4. Фазовращатели............... 371

24.5. Фильтры для подавления типов волн......... 372

24.6. Поляризаторы............... 374

24.7. Переходы с одного волновода на другой........ 375

Трехплечные узлы.............. 376

24.8. Т-образные соединения прямоугольных волноводов..... 376

24.9. Поляризационный фильтр............ 378

Мосты и направленные ответвители......... 379

24.10. Основные понятия и параметры.......... 379

24.11. Двойной волноводный тройник.......... 380

24.12. Кольцевой мост............... 382

24.13. Квадратный мост.............. 385

24.14. Волноводный щелевой мост........... 387

24.15. Направленные ответвители со связью через несколько отверстий . 389

24.16. Направленные ответвители и мосты на связанных линиях передачи

с Т-волной................ 391

24.17. Применение мостов и направленных ответвителей..... 397

24.18. Устройства СВЧ с применением pin-диодов....... 400

ГЛАВА 25 УСТРОЙСТВА СВЧ С НАМАГНИЧЕННЫМ ФЕРРИТОМ

25.1. Виды невзаимных устройств СВЧ с намагниченным ферритом .. 404

25.2. Невзаимные ферритовые устройства в круглом волноводе ... 406

25.3. Невзаимные ферритовые устройства в прямоугольном волноводе . 408

25.4. Невзаимные ферритовые устройства в коаксиальном волноводе и по­лосковых линиях ............... 412

25.5. Применение невзаимных ферритовых устройств...... 414

Приложение 1. Векторный анализ........... 415

Приложение 2. Сведения о цилиндрических функциях целого порядка . 419

Список литературы............... 423

 

(О.И. Фальковский “Техническая электродинамика” 2009)