Podstawy pól i fal elektromagnetycznych

Opis

Podstawy pól i fal elektromagnetycznych

autor: Zieniutycz Włodzimierz

Wydawnictwo Politechniki Gdanskiej

W pracy przedstawiono podstawowe zagadnienia z zakresu teorii pól i fal elektromagnetycznych. Omówiono własności fal rozchodzących się w ośrodkach nieograniczonych oraz efekty towarzyszące padaniu fal na granicę pomiędzy ośrodkami. W pracy można znaleźć również podstawy teoretyczne techniki antenowej oraz propagacji fal elektromagnetycznych w prowadnicach falowych. Zagadnienia teoretyczne są ilustrowane przykładami, które przybliżają Czytelnikowi sens fizyczny omawianych zagadnień teoretycznych.

Praca jest adresowana do studentów wydziałów elektroniki i telekomunikacji, a także do inżynierów, którzy z racji zainteresowań techniką bardzo wysokich częstotliwości powinni dysponować odpowiednią wiedzą z zakresu teorii fal elektromagnetycznych.

Spis tresci
Wykaz wazniejszych skrótów i oznaczen 7
Przedmowa 11
1. Narzedzia matematyczne analizy zjawisk polowych
i ich interpretacja fizyczna 15
1.1. Całki skierowane . . 15
1.2. Operatory rózniczkowe . . 18
1.3. Zapis wektorowy operatorów rózniczkowych – potencjały .22
1.4. Konwencja punktów zródeł pola i punktów obserwacji . . 24
2. Pola elektryczne i magnetyczne w prózni – własnosci podstawowe 26
2.1. Pole elektryczne . .. . 26
2.2. Pole magnetyczne .  . 30
2.3. Koncepcja materii ciagłej .. 32
2.4. Prawo sił Lorentza. . 35
2.5. Równanie ciagłości . . . 37
3. Podstawowe prawa pola elektromagnetycznego 39
3.1. Prawo Gaussa . . . 40
3.2. Prawo zródeł magnetycznych  . 45
3.3. Prawo indukcji Faradaya . . . 46
3.4. Uogólnione prawo Amp`ere’a . .. 50
3.5. Równania Maxwella w postaci rózniczkowej, całkowej
oraz dla amplitud zespolonych . . 54
4. Równania Maxwella w osrodkach materialnych 58
4.1. Uproszczony model idealnego i rzeczywistego przewodnika –
prawo Ohma . . 58
4.2. Polaryzacja ładunków zwiazanych – przenikalnosc elektryczna
osrodka . .60
4.3. Dielektryk stratny – zespolona przenikalnosc elektryczna . .. 62
4.4. Efekty magnetyczne w osrodku materialnym – przenikalnosc
magnetyczna osrodka . . . 64
4.5. Klasyfikacja własnosci osrodków materialnych . . . 66
4.6. Równania Maxwella dla osrodków materialnych .  69
5. Warunki dla pól elektrycznego i magnetycznego
na granicy osrodków 71
5.1. Składowe normalne wektorów pól: elektrycznego
i magnetycznego .  72
5.2. Składowe styczne wektorów pól: elektrycznego i magnetycznego . . 76
5.3. Podsumowanie – warunki przy powierzchni idealnego przewodnika  . 78
6. Zasada zachowania energii 82
6.1. Zasada zachowania energii w ujeciu polowym . 82
6.2. Twierdzenie Poyntinga . .. . 83
6.3. Twierdzenie i wektor Poyntinga dla amplitud zespolonych . . 88
7. Rozwiazanie równan Maxwella – przypadek statyczny 92
7.1. Elektrostatyka . .. 93
7.2. Magnetostatyka .  . 100
7.3. Czestotliwosc graniczna stosowania przyblizenia elektrostatycznego . 104
8. Rozwiazanie równan Maxwella – przypadek dynamiczny 106
8.1. Jednorodne równanie falowe – metoda rozdzielenia zmiennych . . 107
8.2. Fala płaska w przyblizeniu jednowymiarowym – parametry
i własnosci . .109
8.3. Uogólniony zapis fali płaskiej . .. 113
8.4. Polaryzacja fali płaskiej .  118
8.5. Polaryzacja kołowa a polaryzacja liniowa . .. 122
8.6. Predkosc grupowa – zjawisko dyspersji . . 125
9. Fala płaska w stratnym osrodku izotropowym 129
9.1. Współczynnik propagacji  . 129
9.2. Propagacja fali płaskiej w niskostratnym dielektryku . .132
9.3. Fala płaska w dobrym przewodniku – głebokosc wnikania 134
10. Fala płaska na granicy osrodków 141
10.1. Padanie prostopadłe fali na granice dwóch osrodków . . 141
10.1.1. Efekt i współczynnik fali stojacej .  145
10.1.2. Transformator cwiercfalowy . .  . 148
10.1.3. Padanie fali pod katem prostym na powierzchnie
idealnego przewodnika .  151
10.2. Padanie ukosne fali na granice dwóch osrodków . . . 154
10.2.1. Przypadek polaryzacji równoległej . 155
10.2.2. Przypadek polaryzacji prostopadłej . .. 158
10.2.3. Kat Brewstera . .. . 160
10.2.4. Kat całkowitego wewnetrznego odbicia . . 161
11. Równania Maxwella w obecnosci zródeł 165
11.1. Niejednorodne równanie falowe dla wektorów pól
elektromagnetycznych .  . 165
11.2. Równania falowe dla potencjałów elektrodynamicznych . 166
11.3. Dipol Hertza jako elementarne zródło promieniowania .. . 170
11.3.1. Składowe pola em – pojecie strefy bliskiej i dalekiej .170
11.3.2. Charakterystyka kierunkowa oraz rezystancja
promieniowana . . 174
12. Prowadnice falowe 177
12.1. Klasyfikacja rodzajów pól . . . 178
12.2. Fale TEM . . 179
12.3. Fale TE . . . 180
12.4. Fale TM .  . . 184
12.5. Prowadnice fal TEM .  185
12.5.1. Uproszczony model linii mikropaskowej . . 186
12.5.2. Linia współosiowa .  . 195
12.6. Falowody . . . 203
12.6.1. Falowód prostokatny .  . 203
12.6.2. Falowód cylindryczny . . . 209
12.7. Równanie linii długiej – przypadek linii współosiowej .. 216
12.7.1. Pojemnosc i indukcyjnosc na jednostke długosci . .  . 217
12.7.2. Równania linii długiej . .. . 218
Dodatek matematyczny 223
Literatura 225
Skorowidz 226