Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» «Утверждаю» Проректор по учебной работе __________Хмыль А.А. «___»___________2007г. ПРОГРАММА Вступительного экзамена по специальности 1-31 80 07 «Радиофизика» факультет магистратура кафедра антенн и устройств СВЧ Минск 2007 Составители: А.А. Кураев, д.ф-м.н., профессор, зав. каф. антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» В.Б.Кирильчук, кандидат технических наук, доцент кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники». А.А. Тамело, кандидат технических наук, доцент кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры антенн и устройств СВЧ (протокол № __ от «__»_______ 2007 г.) Заведующий кафедрой _________________А.А.Кураев Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией факультета радиотехники и электроники (протокол № __ от «__»_______ 2007 г.) Председатель ___________ Гололобов Д.В. СОДЕРЖАНИЕ ЭКЗАМЕНА № п/п Тема Содержание Раздел 1 «Основы электродинамики» 1 Система уравнений электродинамики 2 Монохроматические электромагнитные поля. 3 Излучение электромагнитных волн 4 Плоская электромагнитная волна 5 Дифракция и рефракция электромагнитных волн 6 Направляющие системы и направляемые волны 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, нелинейные, изотропные, анизотропные, однородные и неоднородные). Идеальные диэлектрики и идеальные проводники. Постановка задач электродинамики, граничные и начальные условия. Закон сохранения энергии для электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. 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. Решение неоднородного уравнения Гельмгольца. 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. Лемма Лоренца. Принцип взаимности. Теорема эквивалентности и формула Кирхгофа. 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. Задача дифракции как граничная задача электродинамики. 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. Классификация и общие свойства направляемых волн. 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 7 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. Понятие о квазиоптических направляющих системах. Затухание волн в направляющих системах, приближенный учет потерь в стенках волноводов Решение граничной задачи для прямоугольного, цилиндрического и коаксиального резонатора. Типы колебаний в объемном резонаторе, собственные частоты. Добротность резонаторов. Понятие о возбуждении резонаторов. Резонаторы. Раздел 2 «Распространение радиоволн» 1 Общие вопросы распространения радиоволн. 2 Влияние поверхности Земли на распространение радиоволн 3 Тропосфера и ее влияние на распространение радиоволн 4 Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн 5 Помехи. Электромагнитная совместимость при распространении радиоволн Распространение УКВ на радиолиниях Земля-Земля 6 7 Распространение УКВ на космических радиолиниях 8 Распространение коротких, средних и длинных волн Особенности распространения радиоволн по естественным трассам. Влияние поверхности и атмосферы Земли на распространение радиоволн. Распределение радиоволн в свободном пространстве. Область пространства, существенная при работе радиолиний. Поглощение и отражение радиоволн земной поверхностью. Поле излучателя, поднятого над плоской поверхностью Земли. Интерференционная формула. Рассеяние радиоволн на шероховатой поверхности Земли. 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. 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. 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. Классификация помех. Помехи радиостанций и промышленные помехи. Помехи природного происхождения. Постановка задачи об электромагнитной совместимости. 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. 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 доплеровское изменение частоты. 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: № пп 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Название Основная Кураев А.А., Попкова Т.Л., Синицын А.К. Электродинамика и распространение радиоволн. Мн.:, Бестпринт Вольман В.Н., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика.– М: Радио и связь. Кураев А.А. Электродинамика и распространение радиоволн. Мн.: БГУИР. Кураев А.А. Электродинамика и распространение радиоволн. Мн.: БГУИР. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. - М: Наука Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Ч.1. Распространение радиоволн. -Мн.: БГУИР Дополнительная Фальковский О.И. Техническая электродинамика. –М.: Связь. Фельдштейн А.Л., Явич Л.П., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.-Л.: Госэнергоиздат, Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика.- М.: Связь Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - М: Радио и связь Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры / под ред. Б.Ф.Высоцкого.-М.: Сов. радио, Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М : Связь. Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М: Сов. радио, Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. –М.: Высш. школа Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. –М.: Связь. Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Наука. Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Ч.2. Фидерные устройства. -Мн.: БГУИР Год издания 2004 2002 1995 1998 1989 2004 1978 1963, 1967 1971 1988 1977 1972 1979 1975 1971 1973 2005