Высокочастотная электродинамика

 

(для студентов 3 курса д/о и 6 курса в/о физического факультета, 68 ч.)

1. Основные положения макроскопической электродинамики

Уравнения Максвелла. Материальные уравнения. Энергетические соотношения. Уравнения поля и энергетические соотношения для монохроматических процессов. Теоремы единственности. Потенциалы электромагнитного поля. Принцип перестановочной двойственности. Принцип поляризационной двойственности в произвольной ортогональной криволинейной системе координат.

2. Общая теория регулярных волноводов и резонаторов

Цилиндрические волны. Волны поперечно-электрического (ТЕ) и поперечно-магнитного (ТМ) типов в регулярных волноводах с произвольным поперечным сечением. Граничные частоты. Фазовая и групповая скорости волн в волноводах.
Прямоугольный волновод. Граничные частоты и конфигурация поля для ТЕ и ТМ типов волн, токи на стенках. Вырождение волн. Концепция Бриллюена.
Круглый волновод. Граничные частоты и конфигурация поля для ТЕ и ТМ типов волн, токи на стенках. Вырождение волн.
Коаксиальный волновод. Волноводные волны и кабельная (ТЕМ) волна.
Свободные колебания прямоугольного резонатора. Энергетические соотношения.

3. Возбуждение волноводов

Лемма Лоренца. Теоремы взаимности. Понятие магнитного тока и магнитного диполя. Условие ортогональности собственных функций регулярного волновода. Энергетическая независимость собственных волн регулярного волновода.
Общая теория возбуждения бесконечного регулярного волновода. Возбуждение полубесконечного волновода. Возбуждение токами и щелями.

4. Общая теория волноводов и резонаторов с учетом конечной проводимости стенок

Приближенные граничные условия Леонтовича. Скин-эффект. Влияние конечной проводимости стенок волновода на затухание поля. Возможность аномальной зависимости затухания от частоты для колебаний ТЕ типа в круглом волноводе. Влияние конечной проводимости стенок на свободные колебания резонатора.

5. Замедление электромагнитных волн диэлектриками и проводниками

Медленные электромагнитные волны. Замедление волн диэлектрической пластиной. Поверхностные волны. Гребенчатые замедляющие системы.
Спиральный волновод. Приближенные граничные условия. Симметричная волна в спиральном волноводе.

6. Свойства ферритов в слабых полях СВЧ

Тензор магнитной проницаемости феррита. Распространение плоских волн в феррите. Продольно и поперечно-намагниченный феррит. Эффект Фарадея.
Волноводы и резонаторы, частично заполненные намагниченным ферритом. Волноводы с продольной ферритовой вставкой.
Собственная частота резонатора с ферритовой вставкой.

Литература

1) Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М., Наука, 1966

2) Леонтович М.А. Избранные труды. Теоретическая физика. М., Наука, 1985

3) Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М., Радио и связь. 1988

Лектор — доцент С.Т.Рыбачек