Узбекское агентство связи и информатизации

Ташкентский университет информационных технологий

Кафедра антенно-фидерных устройств

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины «Электродинамика и распространение радиоволн»

для бакалавров

по направлениям образования «Радиотехника»

Ташкент 2008

Составитель: к.т.н. Губенко В.А.

Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры АФУ - протокол №_39_ от __30 июня__________________ 2008 года.

Зав. кафедрой АФУ доц. Ликонцев Д.Н.

Декан ФРРТ ТУИТ доц. Абдуазизов А.А.

1.Предисловие

1.1. Цели и задачи изучения

Целью курса «Электродинамика и распространение радиоволн» («ЭД и РРВ») является получение студентами знаний по основам электродинамики, возникновения и распространения электромагнитных волн в различных средах, по основам построения и эксплуатации систем радиосвязи.

В курсе «ЭД и РРВ» рассматриваются фундаментальные законы электромагнитного поля, принципы его возбуждения и канализации по направляющим системам и в пространстве, излагаются основы теории излучения и распространения электромагнитных волн различных диапазонов, рассматриваются вопросы расчетов параметров радиотрасс различных типов.

Знание этого курса позволит понять работу и проводить анализ радиоустройств, без которых невозможны такие современные виды связи, как радиорелейная, тропосферная, космическая, многоканальная и оптическая связь.

1.2. Требования к знаниям, умениям, навыкам

В результате изучения дисциплины «ЭД и РРВ» студенты должны:

иметь представление:

• об основных законах электродинамики;

• об особенностях расчетов параметров радиотрасс различных диапазонов;

• о перспективах развития электродинамики, теории распространения радиоволн;

знать и уметь использовать:

• физическую сущность основных положений макроскопической электродинамики;

• основы теории излучения и приема электромагнитных волн;

• основы закономерности распространения электромагнитных волн в различных средах;

• методы расчетов радиолиний различных диапазонов;

иметь навыки:

• применения теоретических знаний для решения практических задач технической электродинамики;

• определения основных характеристик радиоканалов связи.

1.3. Связь с другими дисциплинами

Курс «ЭД и РРВ» является теоретической базой для изучения курса «Антенны и устройства СВЧ» и соответствующих разделов радиопередающих и радиоприемных устройств, радиорелейных, спутниковых и оптических систем.

1.4. Новые технологии в преподавании дисциплины

При изучении данной дисциплины планируется использовать электронный конспект лекций, который находится в стадии разработки.

Объем по видам учебных работ

Распределение учебных часов по неделям в 5 семестре

Вид занятий

Всего

часов

В том числе по неделям

Итоговый

контроль

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Лекции

32

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

Итоговый

контроль

Практические

занятия

16

2

2

2

2

2

2

2

2

Лабораторные

занятия

16

2

2

2

2

2

2

2

2

Самосто-ятельная работа

52

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

3

4

4

4

4

Всего

114

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

7

8

8

8

8

2.Содержание учебных материалов

2.1.Содержание лекционного материала

Раздел 1. Электродинамика

Тема 1. Введение Электромагнитное поле (ЭМП), векторы ЭМП, операторы теории поля. (2 часа)

Векторы электрического и магнитного полей. Графическое изображение полей. Дивергенция и ротор (физический смысл).

Тема 2. Электродинамические параметры сред, классификация сред, материальные уравнения электродинамики. (2 часа)

Свойства сред. Диэлектрическая и магнитная проницаемости. Первое, второе и третье материальные уравнения, их физический смысл.

Тема 3. Система уравнений Максвелла для электрического и магнитного полей, уравнение непрерывности полного тока. (4 часа)

Первое, второе, третье и четвертое уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Физический смысл уравнения непрерывности полного тока.

Тема 4. Монохроматическое ЭМП, его уравнения, комплексные векторы, комплексная диэлектрическая проницаемость. (2 часа)

Метод комплексных амплитуд. Система уравнений монохроматического поля. Вывод и физический смысл комплексной диэлектрической проницаемости, тангенс угла диэлектрических потерь.

Тема 5. Граничные условия. (2 часа)

Граничные условия для векторов электрического и магнитного полей. Полная система граничных условий. Граничные условия на поверхности идеального проводника.

Тема 6. Плоская однородная волна, поляризация волн. (2 часа)

Плоские электромагнитные волны в однородной, изотропной среде без потерь. Плоские волны в однородной, изотропной среде с проводимостью, отличной от нуля. Основные свойства плоской волны. Волны в диэлектрике и в проводнике. Поляризация волны: линейная, круговая и эллиптическая.

Тема 7. Элементарный электрический и магнитный излучатели. (2 часа)

Простейшие излучатели. Элементарный электрический излучатель. Анализ структуры ЭМП излучателя. Диаграмма направленности. Мощность и сопротивление излучения. Элементарный магнитный излучатель.

Тема 8. Электромагнитная волна на границе раздела сред, законы Снеллиуса, коэффициенты Френеля, полное прохождение волны через границу сред. (2 часа)

Физические процессы, возникающие при падении плоской волны на границу раздела двух диэлектриков. Условие полного преломления во вторую среду (угол Брюстера). Полное отражение от границы раздела двух сред (двух диэлектриков, диэлектрика и проводника). Падение плоской волны на границу поглощающей среды.

Тема 9. Направляющие системы: полые волноводы, коаксиальные волноводы. Основные типы волн в волноводах, рабочие частоты, критические длины волн. Особенности применения волноводов, их основные параметры. (2 часа)

Классификация направляемых волн, критическая частота. Концепция парциальных волн. Параметры распространяемой волны. Прямоугольный и круглый волноводы. Токи на стенках волноводов. Волны в коаксиальных линиях.

Раздел 2. Распространение радиоволн.

Тема 10. Распространение радиоволн в свободном пространстве. (2 часа)

Характеристика свободного пространства. Уровень поля в свободном пространстве. Виды радиотрасс. Потери в свободном пространстве. Зоны Френеля.

Тема 11. Распространение земных радиоволн УКВ диапазона. (4 часа)

Двухлучевая модель. Уровень напряженности поля в точке приема. Интерференционная картина напряженности поля. Учет сферичности земной поверхности. Зоны освещенности, полутени и тени.

Тема 12. Особенности распространения радиоволн в тропосфере, дальнее тропосферное распространение. (2 часа)

Строение атмосферы Земли. Рефракция радиоволн в тропосфере. «Окна прозрачности». Дальнее тропосферное распространение.

Тема 13. Особенности распространения ионосферных радиоволн, свойства ионосферы. (2 часа)

Структура ионосферных слоев. Отражение радиоволн от ионосферных слоев. Критическая и максимально-применимая частоты. Эффекты Фарадея и Деллинжера. Выбор рабочих частот при связи ионосферной волной. Волновое расписание. Модели распространения. Причины замираний. Борьба с замираниями. Мертвая зона (зона молчания). Ионосферные бури.

Тема 14. Особенности распространения коротких, средних и длинных волн. Распространение радиоволн в городских условиях.

(2 часа)

Различные модели распространения радиоволн рабочих диапазонов, их особенности. Различные модели распространения радиоволн в городе.

2.2. Перечень тем практических занятий

• Третье уравнение Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Расчет поля неравномерно заряженного шара (2 часа).

• Первое уравнение Максвелла в интегральной и дифференциальной формах. Расчет магнитного поля коаксиального проводника с током (2 часа).

• Плоская электромагнитная волна в различных средах. Расчет параметров плоской волны с заданным видом поляризации (4 часа).

• Элементарный электрический излучатель. Расчет основных параметров в дальней зоне, построение диаграммы направленности (2 часа).

• Расчет трассы УКВ (4 часа).

• Расчет декаметровой радиотрассы (2 часа).

2.3. Перечень тем лабораторных работ

• Исследование режимов работы прямоугольного и коаксиального волноводов (4 часа).

• Исследование отражения и преломления электромагнитных волн (4 часа).

• Исследование распространения радиоволн на модели трассы с поднятыми антеннами (2часа).

• Исследование структуры электромагнитного поля волн класса «Т» в поперечном сечении направляющих систем (4 часа).

• Исследование области пространства, существенной при распространении радиоволн (2 часа).

2.4.Содержание самостоятельной работы

• Студенты выполняют пять индивидуальных задач по темам практических занятий.

• Реферат на тему «Распространение радиоволн различных диапазонов».

3. Информационно-методическое обеспечение

3.1. Основная литература и учебные пособия:

1. Витевский В.И., Павловская Э.А. Электромагнитные волны в технике связи. - М.: Радио и связь, 1995.

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

3. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1971.

4. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Наука, 1989.

5. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. – М.: Связь, 1972.

6. Сборник упражнений и задач по электродинамическим дисциплинам. Учебное пособие для вузов/ под ред. Павловской Э.А. – М.: Радио и связь, 1996.

7. Методические указания и индивидуальные задания к практическим занятиям по дисциплинам «Электромагнитные поля и волны», «Электродинамика и распространение радиоволн», Ташкент, ТУИТ, 2006

3.2. Дополнительная литература:

1. Гольштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. – М.: Сов. радио, 1971.

2. Сборник задач по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн» / под ред. Баскакова С.И. – М.: Высшая школа, 1981.

3. Федоров Н.Н. Основы электродинамики. – М.: Высшая школа, 1980.