Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Гинкго двухлопастный - древнейшее близкородственное к хвойным реликтовое растение мира. Дальними родственниками гинкго по отделу голосеменных растений...полностью>>
'Анализ'
в). Цели и задачи сформулированы диагностично в совместной (или самостоятельной) деятельности с учетом субъективного опыта учащихся. Отражают формиров...полностью>>
'Учебник'
4.Ознакомившись с текстом лекции, попытайтесь найти в текстах параграфов факты подтверждающие точки зрения С.Соловьева, К.Маркса, Ф.Энгельса в оценке ...полностью>>
'Документ'
В соответствии со статьёй 94 Конституции республики и статьёй 61 Бюджетного Кодекса Республики Татарстан Президентом внесен на рассмотрение Государств...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

1

Смотреть полностью

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

Кафедра «Антенны и устройства СВЧ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ по курсу

«ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН»

для студентов специальности Т 09. 01

«Радиотехника»

заочной формы обучения

Минск 2001

УДК 621.371 (075. 8)

ББК 22.313 я 73

M. 54

Составители: А.В.Кухарев, Н.А. Чмырев

М. 54 Методические указания и контрольные задания по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн» для студентов специальности Т 09. 01 «Радиотехника» заочной формы обучения / Сост. А.В.Кухарев, Н.А. Чмырев.– Мн.: БГУИР, 2001. - 23с.

В методическом материале содержатся контрольные задания и рекомендации по изучению курса «Электродинамика и распространение радиоволн». В каждом разделе приведены контрольные вопросы, которые помогают студентам самостоятельно овладеть курсом. Приведена методика выполнения индивидуальных контрольных работ.

Материал может быть рекомендован для студентов вечернего отделения при изучении курса «ЭД и РРВ».

УДК 621.371 (075. 8)

ББК 22.313 я 73

 А.В. Кухарев, Н.А. Чмырев, составление, 2001

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Введение

Место и назначение курса «Электродинамика и распространение радиоволн» (ЭД и РРВ) в подготовке радиоинженеров. Основное содержание дисциплины. Электромагнитное поле как вид материи. Круг задач, решаемых методами классической электродинамики.

  1. Система уравнений электродинамики

Вектор напряженности электрического поля и вектор электрической индукции. Материальные уравнения, диэлектрическая проницаемость, магнитная проницаемость, удельная проводимость. Плотность тока проводимости. Ток смещения и полный ток. Вектор напряженности магнитного поля и вектор магнитной индукции. Графическое изображение полей.

Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме. Закон сохранения заряда, уравнения непрерывности. Сторонние источники.

Классификация сред (линейные и нелинейные, изотропные, анизотропные, однородные и неоднородные). Идеальные диэлектрики и идеальные проводники. Относительность разделения сред на диэлектрики и проводники. Постановка задач электродинамики, граничные и начальные условия. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.

  1. Монохроматические электромагнитные поля

Уравнения Максвелла в комплексной форме, комплексная диэлектрическая и магнитная проницаемость. Закон сохранения энергии для монохроматического поля, комплексный вектор Умова-Пойнтинга.

Постановка задач для монохроматического поля, теорема единственности.

Уравнения Гельмгольца для векторов поля. Электродинамические потенциалы.

  1. Излучение электромагнитных волн

Решение неоднородного уравнения Гельмгольца. Условие излучения на бесконечности. Элементарный электрический вибратор. Поля элементарного вибратора в ближней и дальней зоне. Сферические волны. Диаграмма направленности. Мощность и сопротивление излучения вибратора.

Магнитный ток. Перестановочная инвариантность уравнений Максвелла, принцип двойственности. Поле элементарного магнитного вибратора. Проводимость излучения магнитного вибратора.

Лемма Лоренца. Принцип взаимности. Теорема эквивалентности и формула Кирхгофа.

  1. Плоская электромагнитная волна

Плоская волна в непроводящей среде. Фазовая скорость волны, волновое сопротивление среды. Поляризация волн. Плоская волна в среде с потерями. Коэффициент фазы и коэффициент затухания. Глубина проникновения. Дисперсия, групповая скорость.

Плоские волны в гиротропных средах (плазма, ферриты в постоянном магнитном поле). Продольное и поперечное распространение волн. Эффект вращения плоскости поляризации.

Падение волны на плоскую границу раздела сред. Законы Снеллиуса и формула Френеля. Полное отражение. Поверхностные волны. Угол полного преломления. Понятие о двойном преломлении при падении электромагнитных волн на границу с гиротропной средой. Особенности преломления волны в проводящих средах. Граничные условия Леонтовича. Потери энергии в проводнике, поверхностный эффект.

  1. Дифракция и рефракция электромагнитных волн

Задача дифракции как граничная задача электродинамики. Дифракция плоской волны на круглом цилиндре.

Приближенные методы решения задач дифракции в квазистатической и квазиоптической областях. Физическая оптика. Дифракция на отверстии в экране в приближении Кирхгофа. Дифракционное поле в дальней зоне. Зоны Френеля. Геометрическая оптика. Рефракция электромагнитных волн в неоднородной среде. Понятие о геометрической теории дифракции.

  1. Направляющие системы и направляемые волны

Классификация и общие свойства направляемых волн. Быстрые и медленные волны.

Волны типа Е (ТМ) и Н (ТЕ). Граничная задача для волноводов. Прямоугольный волновод. Решение граничной задачи. Структура и свойства полей в волноводе. Типы волн, дисперсия, фазовая и групповая скорости распространения волн в волноводе. Основная волна (Н10). Концепция парциальных волн. Токи и заряды на стенках волноводов.

Круглый волновод. Решение граничной задачи. Простейшие типы волны (Н11, Е01, Н01).

Коаксиальная линия. Основная волна (ТЕМ). Понятие о высших типах волн в коаксиальной линии. Полосковые волноводы.

Замедляющие системы. Поверхностные волны над слоем диэлектрика и ребристой поверхностью. Спиральный волновод. Понятие о квазиоптических направляющих системах. Затухание волн в направляющих системах, приближенный учет потерь в стенках волноводов.

  1. Резонаторы

Электромагнитные поля в объемных резонаторах. Граничная задача для резонатора. Решение граничной задачи для прямоугольного, цилиндрического и коаксиального резонатора. Типы колебаний в объемном резонаторе, собственные частоты. Добротность резонаторов. Понятие о возбуждении резонаторов.

Понятие о квазиоптических резонаторах.

8. Общие вопросы распространения радиоволн

Особенности распространения радиоволн по естественным трассам. Влияние поверхности и атмосферы Земли на распространение радиоволн. Статистические характеристики поля радиоволн.

Распределение радиоволн в свободном пространстве. Область пространства, существенная при работе радиолиний.

9. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн

Поглощение и отражение радиоволн земной поверхностью.

Поле излучателя, поднятого над плоской поверхностью Земли. Интерференционная формула. Рассеяние радиоволн на шероховатой поверхности Земли. Статистические характеристики рассеянного поля. Дифракция на крупных неровностях.

Поле излучателя, расположенного непосредственно у плоской поверхности Земли. Однородная и неоднородная трассы. Скорость распространения радиоволн над Землей. Дифракция радиоволн на сферической поверхности Земли. Диапазоны частот, допустимые для использования в морской воде и почве. Классификация случаев распространения земных радиоволн.

10. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн

Диэлектрическая проницаемость и индекс преломления тропосферы. Неоднородное строение тропосферы и рефракция радиоволн. Уравнение траектории волны в приближении геометрической оптики и радиус кривизны траектории. Виды рефракции. Эквивалентный радиус кривизны траектории. Ослабление радиоволн в тропосфере.

11. Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн

Строение ионосферы. Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа без учета и с учетом влияния магнитного поля Земли. Обыкновенная и необыкновенная волны, эффект Фарадея в ионосфере. Фазовая и групповая скорости распространения радиоволн в ионизированном газе, дисперсия. Поглощение и нелинейные свойства ионизированного газа. Преломление и отражение радиоволн в ионосфере. Методы экспериментального исследования ионосферы.

12. Помехи. Электромагнитная совместимость при

распространении радиоволн

Классификация помех. Помехи радиостанций и промышленные помехи. Помехи природного происхождения. Постановка задачи об электромагнитной совместимости.

13. Распространение УКВ на радиолиниях Земля-Земля

Распространение УКВ в пределах прямой видимости. Расчет напряженности поля с учетом сферичности Земли и рефракция замирания. Нерегулярное и регулярное распространение УКВ за пределы прямой видимости. Дальнее тропосферное рассеяние (ДТР). Статистические характеристики поля. Особенности работы радиолиний, использующих ДТР. Влияние тропосферы на распространение узких когерентных пучков излучения. Рассеяние метровых волн в неоднородностях ионосферы и метеорных следах.

14. Распространение УКВ на космических радиолиниях

Характеристики межпланетной среды. Выбор оптимальных рабочих частот для радиолинии Земля-Космос. Ошибки, вносимые регулярными и случайными неоднородностями атмосферы в измерение координат космического корабля радиотехническими методами. Влияние атмосферы на допплеровское изменение частоты.

15. Распространение коротких, средних и длинных волн

Особенности распространения коротких волн. Диапазон рабочих частот. Статистические характеристики замираний. Ограничение неискаженной полосы передачи.

Дневные и ночные условия распространения средних волн. Замирания. Распространение длинных и сверхдлинных волн в волноводе Земля-Ионосфера. Стабильность амплитуды и фазы принимаемого поля.

Литература
Основная:

1. Красюк П.Л., Дымович П.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. –М.: Высш. шк., 1974.

2. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика.- М.: Связь, 1971.

3. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Наука, 1973.

4. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М : Связь, 1972.

Дополнительная:

1. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. –М.: Связь, 1978.

2. Ширман Я.Д. Радиоволноводы и объемные резонаторы. –М.: Связьиздат, 1959.

3. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. / под ред. Б.Ф.Высоцкого.–М.: Сов. радио, 1977.

4. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. –М.: Сов. Радио, 1971.

5. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. –М.: Высш. школа, 1975.

6. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. –М.: Связь, 1971.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Введение

В этом разделе следует обратить внимание на усвоение положения о реальности существования электромагнитного поля как одной из форм материи. Изучение курса проводится в рамках классической (макроскопической) электродинамики; вопросы квантовой теории поля не затрагиваются.

Контрольные вопросы

1. Краткий исторический очерк развития учения об электромагнетизме.

2. Электромагнитное поле как одна из форм существования материи. Условность разделения поля на электрическое и магнитное.

  1. Основные уравнения электродинамики

Необходимо знать: определения векторов электромагнитного поля и связь между ними; классификацию сред по макроскопическим параметрам (линейные и нелинейные, однородные и неоднородные, изотропные и анизотропные); физический смысл уравнений Максвелла и их запись в интегральной и дифференциальной формах.

Изучая уравнения Максвелла при наличии сторонних токов и зарядов, необходимо разобраться в сущности понятия «сторонних сил» и формах их задания (сторонние заряды, ток, напряженность поля). Надо уметь классифицировать электромагнитные явления по характеру их изменения во времени (переменные, статические, стационарные и квазистационарные поля).

Контрольные вопросы
1.Определение векторов электромагнитного поля .
2. Первое и второе уравнения Максвелла и их физический смысл.

3. Ток проводимости и ток смещения.

4. Третье и четвертое уравнения Максвелла и их физический смысл.

5. Уравнение непрерывности и закон сохранения заряда.

6. Классификация электромагнитных явлений по характеру их изменения во времени.

7. Понятие о сторонней напряженности поля, сторонних токах и зарядах; запись уравнений Максвелла с учетом этих величин.

2. Монохроматические электромагнитные поля

Важным для практики является изучение переменного электромагнитного поля, изменяющегося по синусоидальному периодическому (гармоническому) закону. Зная законы, описывающие поведение гармонического (или, как часто называют, монохроматического) поля, можно с помощью спектрального анализа найти электромагнитное поле, изменяющееся во времени по более сложному закону. Поэтому необходимо усвоить запись уравнений Максвелла для монохроматического поля в комплексной форме, выяснить смысл введения комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости, тангенса угла потерь; знать критерий деления сред на проводники и диэлектрики.

Контрольные вопросы

1. Комплексная диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, тангенс угла потерь. Критерий деления сред на проводники и диэлектрики.

2. Система уравнений Максвелла для монохроматического поля в комплексной форме.

3. Излучение электромагнитных волн

При изучении этого раздела необходимо четко представлять, что первичным источником электромагнитных волн являются электрические заряды, двигающиеся с ускорением, или, другими словами, ток, меняющийся во времени. Для полного понимания работы излучающих систем важно усвоить принцип работы элементарных излучателей. Как правило, расчет полей излучающих систем ведется методом суперпозиции: вся система разбивается на элементарные излучатели, находится поле от каждого, а затем поля всех излучателей суммируются. Обратите внимание на принцип эквивалентности и принцип Гюйгенса-Кирхгофа, которые позволяют проследить за распространением фронта волны, начиная с момента, в который фронт волны является известным.

Контрольные вопросы

1. Сущность процесса излучения электромагнитных волн.

2. Элементарный электрический излучатель, его определение и принцип работы.

3. Анализ структуры поля элементарного электрического излучателя.

4. Диаграммы направленности элементарного электрического излучателя (в полярной и прямоугольной системах координат).

5. Мощность излучателя, сопротивление излучения элементарного электрического излучателя.

6. Ближняя и дальняя зоны.

7. Элементарный магнитный излучатель; поле в дальней зоне.

8. Перестановочная двойственность уравнений Максвелла.

4. Плоская электромагнитная волна

При изучении плоских волн необходимо помнить, что векторы Е и Н электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и изменяются во времени и пространстве по гармоническим законам. В идеальном диэлектрике волны не затухают. В реальной же среде распространение волны всегда связано с затуханием. Обратите внимание на то, что параметры волны в среде без потерь не зависят от частоты, а в среде с проводимостью зависят. Зависимость свойств волны от частоты называется дисперсией. Запомните определение фазовой скорости, коэффициента фазы и затухания, скорости переноса энергии, волнового сопротивления.

Среды, свойства которых различны по разным направлениям, называют анизотропными; в таких средах векторы и, и , а также и, и могут быть непараллельными, и, по крайней мере, один из этих параметров является тензором.

В ферромагнитных средах тензором является магнитная проницаемость. В постоянном магнитном поле один из видов магнетиков – феррит – становится анизотропной средой по отношению к переменному полю. В данном разделе следует обратить внимание на физическую природу анизотропии, знать уравнения Максвелла для анизотропных сред.

Контрольные вопросы

1. Определение однородной плоской волны. Выражение для векторов Е и Н этой волны.

2. Напишите выражение для фазовой скорости, длины волны, волнового числа, комплексного вектора Пойнтинга и волнового сопротивления в среде с потерями и без потерь.

3. Коэффициент фазы и коэффициент затухания; фазовая скорость и длина волны в среде с малыми и большими потерями.

4. Физическая природа анизотропии. Примеры анизотропных сред.

5. Анизотропные магнетики. Тензор магнитной проницаемости и смысл его составляющих.

6. Зависимость составляющих тензора магнитной проницаемости феррита от напряженности поля подмагничивания. Ферромагнитный резонанс.

7. Фазовые скорости и поляризация волн в продольно-намагниченном феррите.

8. Эффект Фарадея. Вращение плоскости поляризации. Необратимость эффекта Фарадея.

9. Фазовые скорости и поляризация волн в поперечно-намагниченном феррите.

5. Дифракция и рефракция электромагнитных волн

Рассматриваются явление дифракции электромагнитных волн и методы решения задач дифракции (приближение Гюйгенса-Кирхгофа, геометрической оптики, метод краевых волн).

Контрольные вопросы

1. Явление дифракции электромагнитных волн. Приближенные решения дифракционных задач.

2. Условия применимости геометрической оптики. Изменение интенсивности поля вдоль луча в приближении геометрической оптики.

3. Условия применимости физической оптики. Приближения физической оптики.

4. Что такое рефракция?

6. Направляющие системы и направляемые волны

Необходимо рассмотреть системы для передачи энергии электромагнитного поля, такие как прямоугольный и круглый волновод, коаксиальную линию, полосковые и микрополосковые линии. Следует усвоить методы решения волновых уравнений для продольной составляющей основных волн и уметь определить поперечные составляющие, а также изобразить структуры полей в прямоугольном и круглом волноводах.

Иметь четкое представление о параметрах направляющих систем и параметрах направляемых волн (фазовая и групповая скорости, длина волны, коэффициент фазы, критическая частота, характеристическое сопротивление).

Контрольные вопросы

1. Типы направляющих систем и требования, предъявляемые к ним.

2. Классификация направляемых волн.

3. Волновые уравнения для направляемых волн.

4. Решение волнового уравнения для продольной составляющей в прямоугольном волноводе.

5. Структура поля и параметры волн Е и Н в прямоугольном волноводе.

6. Решение волнового уравнения для волны Е и Н в круглом волноводе.

7. Структура полей и основные параметры волн типа Е и Н в круглом волноводе.

8. Токи на стенках волноводов при распространении различных типов волн.

9. Структура полей и условия их существования в коаксиальной линии.

10. Параметры полосковых и микрополосковых линий. Технология изготовления микрополосковых линий. Применение микрополосковых линий.

7. Резонаторы

При изучении данного раздела следует усвоить принципы построения объемных резонаторов из отрезков регулярных линий передач и методику расчета их основных характеристик, изображения структуры полей основных типов, знать способы возбуждения объемных резонаторов.

Контрольные вопросы

1. Типы объемных резонаторов. Основные параметры: резонансная частота, добротность.

2. Четвертьволновой и полуволновой коаксиальный резонаторы.

3. Основное поле прямоугольного резонатора. Собственная частота. Эскиз распределения поля. Добротность.

4. Цилиндрический резонатор. Собственные частоты. Эскизы распределения полей типа Е010, Е011, Н011, Н111.

5. Потери энергии в объемном резонаторе. Собственная, внешняя и нагруженная добротности.

6. Способы возбуждения объемных резонаторов.

7. Квазистационарные резонаторы. Метод расчета резонансных частот. Области применения.

8. Общие вопросы распространения радиоволн

При изучении этого раздела необходимо усвоить вывод формулы идеальной радиопередачи, иметь понятие о комплексной диэлектрической проницаемости и знать классификацию радиоволн по диапазонам и способу их распространения.

Контрольные вопросы

1. В каком частотном диапазоне электромагнитные колебания называются радиоволнами? Классификация радиоволн по диапазонам.

2. Свободное распространение радиоволн и его практическое значение.

3. Особенности распространения прямой, земной, тропосферной и ионосферной волн.

9. Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн

Приступая к изучению раздела, надо вспомнить свойства плоской волны, распространяющейся в неограниченной полупроводящей среде, знать выражения коэффициентов распространения и поглощения при различных соотношениях между токами проводимости и смещения, четко представлять картину отражения радиоволн от поверхности Земли.

Следует уяснить связь между напряженностью поля в свободном пространстве и полем в реальных условиях.

Необходимо отчетливо представлять смысл термина «поднятая антенна» и условия применимости лучевой трактовки при определении множителя ослабления. Надо уяснить вывод формул множителя ослабления и знать эти формулы в окончательном виде, а также условия применимости каждой из них.

Обязательно знание формул идеальной радиопередачи Шулейкина-Ван-дер-Поля, выражения численного расстояния и множителя ослабления.

Необходимо ясно представлять картину распространения волны над трассой из двух однородных участков и вид графика множителя ослабления трассы из трех однородных участков.

Следует ознакомиться с историей изучения вопросов дифракции, знать одночленную дифракционную формулу и область ее применимости, уметь пользоваться графиками для расчета поля земных волн.

Необходимо четко представлять особенности расчета дифракционного поля в различных диапазонах волн, уметь вычислять множитель ослабления и напряженность поля в областях полутени и тени.

Контрольные вопросы

1. Какова длина радиоволны с частотой 20 кГц, распространяющейся в толще сухой почвы? Во сколько раз уменьшится напряженность поля этой волны на протяжении 100 м?

2. Учет влияния неоднородностей и неровностей почвы. Эквивалентные параметры почвы.

3. Что такое поднятая антенна? В каких диапазонах волн применяются такие антенны?

4. Влияние близости поверхности Земли на поле в пункте приема. Зависимость множителя ослабления от расстояния.

5. Найти дальность прямой видимости, если высоты антенн равны 100 м и 20 м.

6. Вычислить величину произведения приведенных высот на трассе длиной 30 км, если действительные высоты антенн равны 100 м и 20 м.

7. Определить границы зон освещенности, полутени и тени при высотах антенн 100 м и 20 м. Указать область применимости интерференционных формул и одночленной дифракционной формулы в этих условиях.

10. Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн

Необходимо ясно представлять состав и строение тропосферы, ее параметры, свойства «нормальной тропосферы», зависимость индекса преломления от метеорологических параметров, уметь изобразить профиль индекса преломления.

Необходимо ускорить вывод выражения радиуса кривизны траектории и окончательную формулу, классификацию видов рефракции.

Контрольные вопросы

1. Высота тропосферы и определяющие ее факторы. Распределение давления, температуры и влажности по высоте тропосферы. «Нормальная тропосфера» и ее свойства.

2. Связь индекса преломления с коэффициентом преломления и диэлектрической проницаемостью. Зависимость индекса преломления от метеорологических параметров тропосферы.

3. Значения индекса преломления и его градиента у поверхности Земли в нормальной тропосфере. Профиль индекса преломления нормальной тропосферы.

4.Тропосферная рефакция, ее причины и проявления в диапазонах УКВ и оптическом.

5. Виды тропосферной рефракции. Форма траектории волны, значения градиента индекса преломления для каждого вида рефракции.

11. Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн

Необходимо изучить способы исследования верхних слоев атмосферы, ее состав, механизм и источники ионизации, распределение ионизации по высоте однородной атмосферы, знать сущность процесса рекомбинации и строение реальной ионосферы.

Обязательно знание процессов распространения радиоволн в однородном ионизированном газе, его эквивалентных параметров при наличии постоянного магнитного поля.

Контрольные вопросы

1. Методы изучения состава ионосферы. Распределение температуры и давления по высоте. Барометрическая формула.

2. Ионизация атмосферы. Энергия частиц, необходимая для ударной ионизации.

3. Основные источники ионизации.

4. Распределение ионной концентрации по высоте реальной атмосферы. Свойства ионизированных слоев.

5. Распространение радиоволн в ионизированном газе при наличии магнитного поля.

12. Помеха. Электромагнитная совместимость при

распространении радиоволн

При рассмотрении различных методов расчета напряженности поля условия приема определяются не абсолютным значением напряженности поля сигнала, а отношением напряженности поля сигнала к уровню помех. Поэтому большое значение приобретает умение определять уровень помех. К их числу относятся промышленные, атмосферные и космические помехи. При изучении этого раздела требуется понимать физическую сущность возникновения внешних помех.

Обратить особое внимание на постановку задачи об электромагнитной совместимости.

Контрольные вопросы

1. Промышленные помехи и средства их снижения.

2. Источники атмосферных помех.

3. Космические помехи.

4. Распределение разновидностей внешних помех по радиодиапазону.

5. Основы постановки задачи об электромагнитной совместимости.

13. Распространение УКВ на радиолиниях Земля-Земля

При изучении этого материала надо вспомнить процесс формирования поля поднятой антенны над плоской землей, интерференционные формулы и методы учета влияния сферичности земной поверхности.

Неоднородность тропосферы приводит к рефракции. Простейший метод учета влияния рефракции в интерференционных и дифференционных формулах – введение понятия эквивалентного радиуса Земли.

Для расчета амплитуды отраженной волны надо знать критерий Релея.

Неоднородности тропосферы дают возможность распространения УКВ на большие расстояния. Надо знать физические причины рассеяния, замирания и описывающие их законы.

Необходимо четко представлять физические процессы при ионосферном рассеянии УКВ и при их отражении от метеорных следов.

Контрольные вопросы

1. Интерференционные формулы и область их применимости.

2.Учет влияния рефракции. Эквивалентный радиус Земли и его применение в интерференционных и дифракционных формулах.

3. Учет сферичности земной поверхности. Приведенные высоты и способы их вычисления.

4. Виды замираний при тропосферном рассеянии радиоволн и их причины.

5. Влияние отражения от метеорных следов на дальность связи.

14. Распространение УКВ на космических радиолиниях

Широкое развитие космической связи вызывает необходимость изучения характеристик межпланетной среды и особенностей РРВ и характерных отличий космических радиолиний от наземных (влияние атмосферы, выбор рабочих частот, электромагнитная совместимость с другими линиями того же диапазона частот).

Контрольные вопросы

1. Виды космических радиолиний и их значение для современной науки и техники.

2. Влияние тропосферы. Рефракция. Поглощение радиоволн. Ограничение рабочих частот сверху.

3. Влияние ионосферы. Искривление траекторий. Поглощение волн и их отражение от ионосферы. Нижняя граница рабочих частот. Вращение плоскости поляризации.

4. Особенности космических линий: рефракция, допплеровское изменение частоты, увеличенное время распространения.

5. Учет взаимного влияния космических и наземных радиолиний (электромагнитная совместимость).

15. Распространение коротких, средних и длинных волн

В этом разделе требуется четкое понимание физических процессов при распространении коротких волн, роли различных слоев ионосферы. Следует внимательно изучить свойства замираний и меры борьбы с ними, а также зависимость распространения коротких волн от суточных, сезонных и геометрических возмущений.

При изучении средних волн нужно знать особенности их распространения в дневные и ночные часы.

Низкая частота, присущая длинным и сверхдлинным волнам, повышает роль земной волны и дает возможность отражения от нижнего слоя ионосферы. Необходимо знать особенности распространения земной и ионосферной волн и методы расчета напряженности поля.

Контрольные вопросы

1. Основной способ распространения коротких волн. Функции слоев ионосферы.

2. Физические причины, ограничивающие диапазон рабочих частот. Изменение этого диапазона в течение суток и года.

3. Природа замираний, их виды, количественная оценка их свойств. Меры борьбы с замираниями.

4. Зона молчания. Зависимость положения ее границ от частоты, времени суток и года.

5. Области ионосферы, участвующие в распространении средних волн.

6. Ближние и дальние замирания. Меры борьбы с ними.

7.Изменение напряженности поля в течение суток и года. Влияние ионосферных возмущений.

8. Области ионосферы, отражающие сверхдлинные и длинные волны.

9. Распространение в сферическом волноводе между Землей и нижней границей ионосферы. Эффект атипода.

10. Изменение условий распространения в течение суток и года.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Указания к выполнению контрольных работ

Контрольные задания составлены в 100 вариантах. Каждый студент выполняет две контрольные работы. Вариант задания определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета:

m – предпоследняя, n – последняя.

При выполнении контрольных работ необходимо придерживаться следующих правил:

1. Прежде чем выполнять какой-либо расчет, укажите его цель, дайте ссылку на источник, откуда берете расчетные соотношения (номер литературы по списку), и номер формулы.

2. Поясните все вновь вводимые значения.

3. Напишите общую формулу, подставьте в нее числовые значения известных величин, приведите результаты промежуточных вычислений и конечный результат. В промежуточных вычислениях размерности величин не указываются; в конечном результате приведение размерности обязательно.

4. Все величины должны выражаться в стандартных единицах Международной системы единиц СИ.

5. Все расчеты должны выполняться с точностью до третьей значащей цифры.

6. Определение векторных величин следует сопровождать рисунком с указанием направления векторов.

7. Графики строятся на миллиметровой бумаге. Они должны содержать стандартный масштаб, размерности величин и расчетные точки. Рисунки должны быть разборчивыми.

8. При выполнении контрольной работы необходимо указывать номер студенческого билета и номер варианта.

9. В конце работы следует привести список использованной литературы и расписаться.

Контрольная работа 1

Задача 1. Плоская однородная электромагнитная волна распространяется в безграничной полупроводящей среде вдоль оси z. Известны амплитуда напряженности электрического поля Em, частота источника поля f, удельная проводимость среды g, ее относительная диэлектрическая проницаемость и абсолютная магнитная проницаемость =

Пользуясь данными соответствующего варианта, необходимо:

1. Определить коэффициент фазы  и коэффициент затухания  распространяющейся волны.

2. Найти модуль | w | и фазу  комплексного волнового сопротивления W.

3. Записать выражения для комплексных амплитуд и мгновенных значений напряженности электрического и магнитного полей.

4. Определить расстояние Zo, на котором амплитуда волны убывает в 1000 раз.

5. Вычислить значения фазовой скорости волны.

6. Найти длину волны в данной среде.

Таблица вариантов

m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

80

75

70

65

60

50

40

30

20

20

f, МГц

100

200

100

200

100

200

100

200

100

200

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Ем, В/м

50

60

70

80

90

100

105

110

115

120

g, см/м

2,0

4,0

5,0

6,0

10

15

10

6,0

8,0

4,0

При решении этой задачи следует помнить о том, что классификация сред по проводимости производится исходя из соотношения между плотностями токов проводимости и смещения.

Если плотности токов соизмеримы, то среда полупроводящая. В этом случае ,  и W зависят от электрических параметров среды и частоты электрических колебаний. От этих же величин зависят длина волны в исследуемой среде и фазовая скорость.

Задача 2. В прямоугольном волноводе, выполненном из идеально проводящего материала, с поперечными размерами а в требуется:

1. Определить критическую и выбрать рабочую длину волны в волноводе.

2. Выписать компоненты поля волны заданного типа.

3. Изобразить графически эпюры распределения векторов и вдоль соответствующих сторон волновода. Нарисовать эскиз, иллюстрирующий распределение токов проводимости и токов смещения.

4. Рассчитать передаваемую мощность, если амплитуда электрической составляющей поля в пучности равна I В/м, а также предельно допустимую мощность (= В/м).

5. Рассчитать значение фазовой и групповой скорости волны в волноводе.

6. Определить типы волн, которые могут при выбранной длине волны распространиться в данном волноводе, а также при длине волны в четыре раза меньше, чем выбранная.

Таблица вариантов

m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

а, м

0,02

0,02

0,04

0,04

0,06

0,06

0,08

0,08

0,05

0,02

в, м

0,01

0,02

0,01

0,02

0,03

0,02

0,04

0,02

0,05

0,02

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тип Н10 Н20 Н11 Н12 Н20 Н11 Н10 Н20 Н11 Н10

волны

Решение задачи целесообразно начинать с графического изображения структуры поля волны заданного типа. После этого необходимо выписать составляющие векторы напряженности электрического и магнитного поля изображаемой волны, учитывая закон, по которому они изменяются.

Задача 3. Необходимо определить размеры резонатора на заданном типе колебаний на заданной рабочей частоте. Зарисовать конструкцию резонатора и метод его возбуждения.

Таблица вариантов

m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Конструк-ция резо-натора

прямоугольный

цилиндрический

Тип колебаний

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Частота

f, ГГц

6

7

8

9

10

3

4

5

6

7

Метод возбужде-ния

штырь

петля

штырь

Контрольная работа 2

Даны излучаемая мощность (или действующее значение силы тока в пучности вертикальной антенны), частота передатчика f и вид почвы, над которой распространяется волна.

Пользуясь данными соответствующего варианта, необходимо:

1. Рассчитать зависимость действующего значения напряженности поля от расстояния r без учета сферичности земной поверхности. Вычисления выполняются для

2. Найти величину напряженности поля на расстоянии и с учетом сферичности земной поверхности.

3. Построить график полученной зависимости. По оси абсцисс откладывается равномерная шкала расстояний (в километрах). На оси ординат наносятся логарифмическая шкала напряженности поля () и сопряженная с ней равномерная шкала (децибел по отношению к 1).

Прежде, чем строить график, надо составить таблицу пересчета в децибелы всех вычислительных значений напряженности поля.

4. Рассчитать напряженность поля ионосферной волны на расстояниях и . Нанести полученные точки на тот же график и провести через них кривую линию. Указать, когда существует ионосферная волна.

5. Вычислить составляющие поля в почве на расстоянии от передатчика на глубине h.

6. Определить угол наклона фронта волны. Описать характер ее поляризации.

Таблица вариантов

m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P, кВт

10

15

20

25

30

, А

30

25

20

15

10

h, м

15

20

25

15

20

25

15

20

25

20

n

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

f, кГц

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

Почва

влаж

сух

влаж

сух

влаж

сух

влаж

сух

влаж

сух

, км

300

280

260

240

220

200

180

160

120

100

При расчете поля по излучаемой мощности следует принять коэффициент направленности передающей антенны D = 1,5. Для вариантов, где задан ток в антенне, надо считать, что ее действующая высота . При решении п. 2 необходимо воспользоваться следующими рекомендациями:

Расчет напряженности поля с учетом сферичности Земли (для п. 2).

Напряженность поля волны, распространяющейся над сухой почвой, определяется с помощью вышеприведенного графика. На оси ординат нанесена равномерная шкала напряженности поля (в децибелах по отношению в 1 кмВ/м) при излучаемой мощности 1 кВт. Для других значений мощности напряженность поля пропорциональна квадратному корню из значения мощности.

П р и м е р. Рассчитать напряженность поля, создаваемого передатчиком мощностью 5 кВт на расстоянии 350 км. Частота передатчика равна 0,5 МГц. Волна распространяется над сухой почвой.

При излучаемой мощности 1 кВт по графику получается = 10,2 дБ или мкВ/м.

При мощности в 5 Вт

мкВ/м

Для влажной почвы расчет производится с помощью аналогичного графика в 2.8 [4]. Там же приведена формула для вычисления излучаемой мощности по току в антенне.

Св. план 2001, поз. 51

Учебное издание

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ по курсу

«ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН»

для студентов специальности Т 09. 01

«Радиотехника»

заочной формы обучения

Составители: Кухарев Александр Васильевич, Чмырев Николай Алексеевич

Редактор Н.А. Бебель

Подписано в печать Формат 6084 1/16

Бумага Печать офсетная Усл. печ. л.

Уч. – изд. л. 1,5 Тираж 200 экз. Заказ

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Отпечатано в БГУИР. Лицензия ЛП № 156. 220013, Минск, П. Бровки, 6

1

Смотреть полностью


Похожие документы:

  1. Новые поступления из эбс «айбукс»

    Документ
    ... распространения радиоволн в условиях города, оптимального приема и синхронизации. Для студентов старших курсов, обучающихся по инфокоммуникационным и радиотехническим специальностям ... студентам инженерных специальностей очной и заочной форм обучения ...

Другие похожие документы..