Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
31
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
20.15 Mб
Скачать

Н.П. Красюк,

Н.Д.Дымович

Электродинамика и распространение радиоволн

А

*

*

Н. П. Красюк, Н. Д. Дымович

Электродинамика и распространение радиоволн

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учеб­ ного пособия для студентов радиотехнических специальностей вузов

Издательство «Высшая школа» Москва — 1974

537 К78

УД К 538.3 : 621.371(0.75)

Красюк Н. П., Дымович Н. Д.

К78 Электродинамика и распространение радиоволн. Учеб, пособие для радиотехн. вузов и факультетов. М ., «Высш. школа», 1974.

536 с. с ил.

Книга состоит из двух частей. В части I излагаются основы теории элек­ тромагнитного поля, а также методы и теоремы, используемые при решении прикладных задач электродинамики. Часть II посвящена вопросам приложения законов и методов электродинамики к изучению особенностей распространения радиоволн в свободном пространстве и на естественных трассах; в ней осве­ щается влияние земной поверхности, тропосферы и ионосферы на распростра­ нение радиоволн различных диапазонов.

30401—565

537

001(01)—74

Рецензенты: кафедра основ радиотехники Москов­ ского энергетического института; ка­ федра технической электродинамики и антенн Московского электротехническо­ го института связи; докт. техн. наук, проф. В. М. Алехин (Таганрогский ра­ диотехнический институт).

< 4 #

Красюк Николай Петрович, Дымович Николай Дмитриевич

эл е к т р о д и н а м и к а

ИРАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Научный редактор докт. техн. наук, проф. Н. В. Зернов. Редактор издательства Т. И. Артемова. Художественный редактор Н. Е. Ильенко. Переплет художника И. И. Сотникова. Технический редактор А. К. Нестерова. Корректор Л . 3. Черникова.

Т—03509.

Сдано в набор 15/VI—73

г.

Поди,

к печати 30/1—74 г.

Формат бОХЭО'/ів.

Бумага тип. № 3.

Объем 33,5 печ. л.

Уч. изд, л. 33,72,

Изд. № ЭР—101

Тираж 13 000 экз.

Зак.

3195

Цена 1 р. 29 к.

План выпуска литературы для вузов и техникумов издательства «Высшая школа» на 1973 г. Позиция 120.

Москва, К-51, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа»

Московская типография № 8 «Союзполиграфпрома», при Государственном комитете Совета Министров СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Хохловский пер., 7.

© Издательство «Высшая школа», 1974

Список основных обозначений, использованных в книге

Е — вектор напряженности электрического поля

 

(мгновенное значение),

 

в/м.

вб/м2

 

в-сек/м2.

D — вектор электрического

смещения,

к/м2.

 

а/м.

 

 

или

 

 

В — вектор магнитной индукции,

 

 

 

 

 

Н — вектор напряженности

магнитного поля,

 

 

F — вектор силы, я.

 

в.

 

 

 

 

 

 

Э

— электродвижущая сила,

 

 

 

 

 

 

q

— мгновенное значение электрического заряда,

к.

 

 

р — мгновенное значение объемной плотности элект­

 

рического заряда,

к/м

 

 

 

 

3. к/м2.

 

 

tо — мгновенное значение

поверхностной плотности

 

электрического заряда,

 

 

qu

— мгновенное значение линейной плотности элект­

 

рического заряда,

к/м.

вб

 

 

— мгновенное значение магнитного заряда,

или

 

 

в ■ сек.

рм — мгновенное значение объемной плотности маг­ нитного заряда, вб/м3, или в-сек/м3.

 

 

 

тмам— мгновенное значение

 

поверхностной

плотности

 

 

 

 

 

магнитного

заряда,

вб/м2,

или

в-сек/м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

плотности амаг.

­

 

 

 

і — мгновенное

значение

линейной

 

 

 

 

 

нитного заряда,

вб/м,

или

в-сек/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— мгновенное значение электрического тока,

 

 

 

 

 

/ — значение постоянного тока (и амплитудное зна­

 

 

 

 

 

чение переменного тока),

а.

 

 

 

 

(мгновен­

 

 

 

5

 

—■ вектор плотности электрического тока

 

 

 

 

 

ное значение),

а/м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і V —■ вектор

плотности поверхностного электрическо­

 

 

 

м

го тока,

а/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в/м2.

 

 

 

 

 

—■ мгновенное значение магнитного тока,

в.

 

 

 

 

 

 

Зм — вектор

плотности

магнитного тока,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ѵм — вектор плотности поверхностного магнитного то­

 

 

 

 

 

ка,

в/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а/м.

 

 

 

 

 

 

р — вектор

поляризованности вещества,

к/м2.

 

 

 

 

 

J

 

— вектор намагниченности вещества,

 

 

гн-а-м =

 

рэ =

q\

 

— вектор

момента электрического

диполя,

к-м.

 

рм =

(ха iS — вектор

 

момента

 

магнитного

диполя,

 

 

вт/м2.

 

 

 

 

 

= вб-м.

 

 

 

 

 

 

(мгновенное значение),

 

 

 

 

 

П ■— вектор Пойнтинга

 

 

W, W3

 

 

Р

— мощность,

вт.

 

 

 

 

 

 

 

дж.

 

 

 

 

 

и

 

 

— энергия

 

электромагнитного,

электрического и

 

магнитного полей соответственно,

U— электрическое напряжение, в.

иэ и U M— электрический (в) и магнитный (а) скалярные

 

 

потенциалы.

(вб/м)

 

(к/м)

век­

Аэ и А м—‘ Электрический

(к)

 

 

и магнитный(вб)

 

Г э и

 

торные (электродинамические) потенциалы.

 

 

Г м — электрический

 

 

и

магнитный

 

векто­

 

 

ры Герца.

 

 

 

 

 

 

 

А.

Re А — действительная часть комплексной величины

 

В гIm

А

— мнимая часть комплексной величины

А.

 

 

 

 

 

 

 

иН с

— остаточные магнитная

индукция и намагничен­

 

 

ность.

 

 

а/м.

 

 

 

 

 

 

— коэрцитивная сила,

В, во

или

 

Ф — магнитный поток eили поток вектора

 

 

в •

сек.

 

-м.

 

 

 

 

 

 

ФЕ— поток вектора Е,

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

ві

— заряд одного электрона,

к.

 

 

 

 

 

 

 

 

тэ

— масса электрона,

кг.

 

 

 

 

гн/м

 

 

 

 

е0 и [х0 — электрическая

(ф/м)

и магнитная

посто­

 

 

 

 

 

(

 

)

 

 

 

 

янные вакуума.

 

 

 

 

 

(ф/м)

 

 

 

 

 

 

еа и |ла —. абсолютные

диэлектрическая

и

 

магнит­

 

 

 

 

ная

(гн/м)

проницаемости среды.

и

магнитная

 

 

 

£ и [л—'Относительная

диэлектрическая

 

 

 

 

проницаемости среды (безразмерные величины).

е3 = еа —

 

Тэ — удельная

электрическая

 

проводимость,

сим/м.

j

 

 

 

 

= £3 — _/£а — абсолютная

комплексная

диэлектрическая про-

иицаемость среды, ф/м.

 

 

кэ.а

— абсолютная

диэлектрическая

 

восприимчивость,

 

ko я

 

 

 

 

 

 

k

 

ф/м.

 

 

 

 

 

&э =

— — и

M— диэлектрическая и

магнитная

восприимчивости

 

 

£0

 

 

(безразмерные величины).

рад/сек.

 

 

 

/ — частота колебаний,

гц.

 

 

k = $

ja

 

to ■— круговая частота колебаний,

 

 

 

 

 

Т

 

 

 

сек.

 

 

 

= —

 

 

— период колебаний,рад/м.

 

 

 

 

 

— коэффициент

 

распространения (комплексное

 

 

 

а

волновое число),

рад/м.

 

 

 

 

 

ß — волновое число,

рад/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— коэффициент затухания,

п— показатель преломления среды относительно ва­ куума (безразмерная величина),

ф— фаза колебаний, рад.

V — скорость, м/сек.

<р, сротр, (fnp— соответственно угол падения, отражения и пре­ ломления, рад.

Ѳ — угол скольжения, рад.

Ков и Kor— комплексные коэффициенты отражения по на­ пряженности поля для вертикально и горизон­ тально поляризованных волн (безразмерные ве­ личины).

F 3„. Ѵпр, Ѵсф— множители ослабления по напряженности, учи­ тывающие интерференционные явления, прово­ димость и сферичность Земли соответственно (безразмерные).

F — множитель ослабления по мощности (безраз­ мерная величина).

<7Э — эффективная площадь рассеяния объекта, м2. D —'Коэффициент направленного действия антенны.

Аэфф—'Эффективная площадь . антенны, ж2. —-сопротивление излучения, ом.

-характеристическое, или волновое, сопротивле­ ние среды, ом.

1^а_ - поверхностное сопротивление проводника, ом.

ѵ\ 2 Тэ

V— объем, ж3; а — радиус, ж; d — диаметр, ж.

й— телесный угол, стер.

X,

у, z; р, <р, z; г,

&, ф — координаты

прямоугольной, цилиндрической и

х 0, Уо>

 

сферической систем координат.

z0; Ро, Фо. z o; го. 8-0. Фо — единичные векторы (орты).

 

Пд, tq,

mg — единичные

нормальный и тангенциальные век­

 

 

торы.

 

 

 

Іо — единичный вектор длины.

4

т, п

и

р

ряды натуральных чисел:

0,

1 , 2 , . . .

 

т.

 

 

етп

— значение

п

 

корня функции Бесселя порядка

 

 

Ѵ-тп

 

 

 

п

 

корня производной от функции Бес­

 

 

 

 

— значение

 

 

 

 

 

 

 

селя порядка

т.

 

 

 

 

 

 

 

гц.

 

 

 

/кр — критическая частота

 

колебаний,

 

 

 

“ кр— критическая

м.круговая

 

частота

колебаний,

 

 

 

 

 

рад/сек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п (ГX — длина волны,

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

— число частиц гидрометеоров

в единичном объе­

 

 

 

 

 

ме на расстоянии

 

от излучателя.

E m u — ТИПЫ

 

 

 

 

Т Е М , T É m n

 

ИЛИ Нтпп, T M m n ИЛИ

N = ( n

 

 

Q

 

волн.

 

 

 

 

(безразмерная

величина).

 

 

 

 

р

— добротность

 

 

— 1)-106 — индекс преломления среды

(тропосферы),

 

 

 

 

 

— парциальное давление газа,

н/м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

пара, к/лі2.

 

 

 

 

е — давление

(упругость)

водяного

 

 

 

ѵэфф — эффективное

число

 

столкновений

электрона с

 

 

 

ѵ3

 

нейтральными молекулами

и

 

ионами воздуха

 

 

ти — в 1

сек.

 

 

кг.

 

 

 

 

 

 

м/сек.

 

 

 

 

g

— скорость движения электрона,

 

 

 

 

 

 

масса иона,

 

 

 

 

 

м/сек2.

 

 

 

 

 

g

— ускорение

силы тяжести,

 

 

 

 

 

М — молекулярный вес.

градиента

индекса преломле­

 

 

 

 

— среднее

значение

 

 

 

 

 

 

/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния, 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о2 — дисперсия.

 

 

рекомбинации

электрона и поло­

 

 

 

« э — коэффициент

 

 

 

 

 

жительного иона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— действующая высота.

 

 

между

направлением

 

 

 

X — склонение Солнца

 

(угол

 

 

 

 

 

 

солнечных

 

лучей

и

нормалью

к

поверхности

 

 

 

 

 

Земли

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предисловие

Настоящая книга написана в соответствии с программой курса «Электродинамика и распространение радиоволн» для специально­ сти «Радиотехника», утвержденной Учебно-методическим управле­ нием по вузам МВ и ССО С С С Р 5 марта 1965 г.

Книга охватывает все разделы программы. При этом авторы не­ сколько изменили последовательность изложения и дополнили со­ держание отдельных разделов, регламентированных программой, исходя из многолетнего практического опыта чтения курса и достиг­ нутых успехов в развитии технической электродинамики за годы, прошедшие с момента составления программы.

Так, например, авторы сочли логически оправданным перенесе­ ние сведений о Международной системе единиц (СИ) из введения в главу 1 после определения векторов поля и параметров сред, рас­ смотрение отражения электромагнитных волн на плоской границе

раздела сред из части II

в главу 7, предшествующую волноводам,

и т. п.

инженерной деятельности и для развития

С учетом требований

у студентов навыков общего подхода к решению практических за­ дач основные методы и теоремы, используемые при решении задач электродинамики и распространения радиоволн на искусственных и природных трассах, сведены в книге в отдельную главу. Приво­ дятся как строгие, так и приближенные методы, причем в отдель­ ных случаях они рассматриваются несколько шире, чем предусмот­ рено программой.

За счет ограниченного изложения разделов статических и ста­ ционарных полей в книге представлены более широко такие срав­ нительно новые вопросы, как рассеяние радиоволн статистически неровными поверхностями и объемно распределенными объектами, влияние атмосферных образований на распространение радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов, результаты иссле­ дований ионосферы с помощью искусственных спутников Земли и др.

Для успешного усвоения студентами материала изложение ос­ новных разделов сопровождается примерами решения типовых за­ дач и вопросами для самопроверки. В конце книги помещены также необходимые сведения по электромагнитным параметрам некото­ рых материалов, а также по векторному анализу и цилиндриче­ ским функциям.

Основной объем книги (около 75%) разработан докт. техн. наук проф. Н. П. Красюком. Им написаны введение, вся первая часть,

главы 10, II, 15 (§ 1—5), 17, 19 и приложения. Главы 12, 13, 14, 16, 18 и § 6—9 главы 15 написаны канд. техн. наук, доц. Н. Д . Дымовичем. В написании главы 19 принимал участие доц. А. 3. Фирсов.

Авторы признательны сотрудникам кафедры основ радиотехни­ ки Московского энергетического института (зав. кафедрой акад.

6

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ