POLA I FALE ELEKTROMAGNETYCZNE W ZADANIACH

Pola i fale elektromagnetyczne w zadaniach
Kowalczyk Piotr, Lech Rafał, Zieniutycz Włodzimierz

Niniejsza książka jest owocem wieloletnich doświadczeń grupy nauczycieli akademickich, Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej, kształcących studentów w zakresie techniki mikrofalowej i antenowej oraz telekomunikacji światłowodowej i bezprzewodowej. Praca ta stanowi rozszerzenie i kontynuację podręcznika PODSTAWY ELEKTROMAGNETYZMU W ZADANIACH Zachowana jest również konwencja prezentacji treści przy pomocy w pełni rozwiązanych i skomentowanych problemów z zakresu teorii pola elektromagnetycznego. Pomimo, że zakres materiału przedstawiony w książce jest stosunkowo skromny nie ogranicza się on jedynie do zagadnień spotykanych w technice mikrofalowej i radiowej. Część rozważanych problemów zawiera teoretyczne podstawy niezbędne do zrozumienia zjawisk z dziedziny optyki i fotoniki. Opracowanie składa się z jedenastu rozdziałów, opatrzonych krótkimi wprowadzeniami teoretycznymi. Ponadto, każdy rozdział zaopatrzony jest w zestaw zadań przeznaczony do samodzielnego rozwiązania, dla których podane są również niezbędne wskazówki i odpowiedzi. Jednakże, studiującym gorąco polecamy, aby przed przystąpieniem do rozwiązywania poruszanych tu problemów sięgnęli do odpowiednich podręczników akademickich i notatek z wykładów.

Spis treści
Wstęp 7
Wykaz ważniejszych oznaczeń 9
1 Fala płaska w ośrodku bezstratnym 11
1.1 Podstawowe pojęcia i parametry 11
1.2 Rzeczywiste źródła fal elektromagnetycznych        17
2 Równania Maxwella dla amplitud zespolonych 21
2.1 Amplitudy zespolone               21
2.2 Równania Maxwella w postaci zespolonej         23
2.3 Impedancja falowa 25
3 Polaryzacja fali płaskiej 29
3.1 Polaryzacja liniowa 31
3.2 Polaryzacja kołowa 32
3.3 Polaryzacja eliptyczna 33
4 Uogólniony opis fali płaskiej 38
5 Ośrodki rzeczywiste 46
5.1 Dyspersja i prędkość grupowa 46
5.2 Fala płaska w ośrodku stratnym            50
5.3 Materiały mało lub silnie stratne 55
5.3.1 Ośrodki silnie stratne 56
5.3.2 Ośrodki mało stratne 57
5.3.3 Częstotliwość a właściwości ośrodka 58
6 Wektor Poyntinga. Zasada zachowania energii 62
6.1 Zależności energetyczne dla fali płaskiej 62
6.2 Twierdzenie Poyntinga dla amplitud zespolonych       66
7 Pola na granicy ośrodków 75
7.1 Warunki brzegowe 75
7.2 Pola przy powierzchni idealnego przewodnika        84
8 Padanie prostopadłe fali płaskiej na granicę ośrodków 88
8.1 Współczynnik odbicia 88
8.2 Współczynnik fali stojącej 90
8.3 Zmienność parametrów opisujących zjawisko
odbicia względem przekroju obserwacji          95
6 Spis treści
8.3.1 Współczynnik odbicia w przekroju obserwacji      95
8.3.2 Impedancja falowa w przekroju obserwacji       98
8.3.3 Współczynnik fali stojącej w przekroju obserwacji 99
9 Padanie prostopadłe fali płaskiej na ośrodki wielowarstwowe 103
9.1 Padanie fali płaskiej na ośrodek dwuwarstwowy 103
9.2 Padanie fali płaskiej na ośrodek wielowarstwowy       110
10 Padanie ukośne fali płaskiej na granice ośrodków 114
10.1 Współczynnik odbicia 114
10.2 Kąt Brewstera 119
10.3 Kąt całkowitego wewnętrznego odbicia          121
10.4 Kąt załamania a kierunek rozchodzenia się fali w ośrodku stratnym  124
10.5 Rozszczepienie wiązki w ośrodku dyspersyjnym 126
10.6 Prowadzenie fal elektromagnetycznych          127
11 Prowadnice falowe 132
11.1 Prowadnice z falą typu TEM (Ez = Hz = 0) 133
11.1.1 Linia współosiowa 136
11.1.2 Linia płasko-równoległa            139
11.1.3 Inne przykłady prowadnic TEM 140
11.2 Prowadnice z falą typu TE i TM 142
11.2.1 Falowód prostokątny             148
11.2.2 Falowód kołowy 156
11.2.3 Inne przykłady prowadnic TE/TM         161
Literatura 16