Электродинамика сверхвысоких частот

Печать

: Категория: Спецкурсы кафедры радиофизики ФФ НГУ; Обновлено: 09.02.2017; 28.07.2016

(5 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Тарнецкий Владимир Владимирович

Общие сведения из теории электромагнитного поля
Уравнения Максвелла. Граничные условия. Электромагнитная энергия. Единственность решения. Скин-эффект. Граничные условия на поверхности идеального проводника. Приближенные граничные условия Леонтовича. Поверхностные токи.
Теория длинных линий
Классификация линий передачи.
ТЕМ волны в линиях передачи. Поле в поперечном сечении. Коаксиальная, двухпластинчатая, двухпроводная линии.
Телеграфное уравнение. Падающая и отраженная волны. Бегущая и стоячая волны. Трансформация сопротивлений и проводимостей. Эквивалентная схема отрезка линии передачи в виде четырехполюсника. Диаграмма Смита. Потери в линии.
Многопроводные ТЕМ-линии.
Волноводы
Распространение волн в волноводах. Уравнения для потенциальных функций. Волны Е и Н типов. Соотношения ортогональности.
Волны в прямоугольных волноводах. Картины силовых линий и токов в стенках для Е и Н волн. Круглый волновод. Волноводные типы волн в коаксиальной линии. Волноводы сложной формы.
Энергетические соотношения для волноводов. Мощность и плотность энергии в волноводе.
Фазовая и групповая скорости распространения волн в волноводе. Волны Бриллюэна.
Потери в волноводах. Затухание, вызванное потерями в стенках. Потери в среде, заполняющей волновод.
Волноводная линия передачи. Напряжение и ток в волноводе. Телеграфное уравнение для волноводов. Волновое сопротивление волноводов.
Оконечное устройство. Полное сопротивление, коэффициент отражения и энергетические характеристики оконечного устройства.
Сочленение нескольких волноводов. Матрицы полного сопротивления и полной проводимости. Матрица рассеяния и ее свойства. Частотные характеристики сочленений без потерь.
Неоднородности в волноводах. Скачкообразное изменение параметров вещества, заполняющего волновод. Диафрагмы в волноводе. Методы решения задач о неоднородностях в волноводе. Изменение сечения волновода. Согласование волноводов с помощью многоступенчатых переходов. Возбуждение волноводов заданными токами и полями.
Резонаторы
Свободные колебания резонаторов. Собственные значения и собственные функции. Ортогональность собственных функций.
Различные типы полых резонаторов. Резонаторы, образованные из линий передачи. Квазистационарные резонаторы.
Приближенные методы расчета полых резонаторов. Квазистационарный метод. Метод сшивания. Вариационный метод. Соотношение для возмущений.
Потери в резонаторах. Добротность. Потери в стенках резонатора и в среде, заполняющей резонатор. Внешняя и нагруженная добротности.
Вынужденные колебания резонаторов. Возбуждение резонатора заданными токами и полями. Характеристическое и шунтовое сопротивления.
Резонатор как элемент линии передачи. Эквивалентная схема резонатора, связанного с линией. Коэффициент связи. Полное сопротивление и коэффициент отражения.
Литература

Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ. Курс лекций. Новосибирск. Изд. НГУ. 2006.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Сов. радио, 1988.
Теория линий передач сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1951.
Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М.: Наука, 1966.
Дополнительная литература

Стрэттон Дж. Теория электромагнетизма. М.; Л.: ОГИЗ - Гостехиздат, 1948.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
Альтман Дж. Устройства СВЧ. М.: Мир, 1968.
Левин П. Современная теория волноводов. М.: Изд-во иностр. лит., 1954.
Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1992.
Литература для внеклассного чтения

Марков Г.Т., Васильев Е.Н. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Советское радио, 1970.
Ильинский А.С., Кравцов В.В., Свешников А.Г. Математические модели электродинамики. М.: Высшая школа, 1991.
Стражев В.И., Томильчик Л.М. Электродинамика с магнитным зарядом. Минск: Наука и техника, 1975.
Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973.
Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Советское радио, 1973.
Lectures at the JOINT US-CERN-Japan Accelerator School, Japan, 1996.
Краснов И.П. Об энергии и импульсе электромагнитного поля. Письма в ЖТФ, т.35, вып.3, 2009.
Фельдштейн Л.А., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967.