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1 AGENCE FÉDÉRALE POUR L'ÉDUCATION Établissement d'enseignement public d'enseignement professionnel supérieur « UNIVERSITÉ TECHNIQUE DE CORRESPONDANCE DE L'ÉTAT DU NORD-OUEST » Département d'Ingénierie Radio ÉLECTRODYNAMIQUE ET PROPAGATION DES ONDES RADIO COMPLEXE ÉDUCATIF ET METHODOLOGIQUE Institut d'Électronique Radio Spécialité de formation d'un spécialiste certifié : ingénierie radio Direction de formation Licence : Radio Engineering Maison d'édition de Saint-Pétersbourg SZTU 009

2 Approuvé par le conseil de rédaction et d'édition de l'Université UDC Electrodynamique et propagation des ondes radio : complexe pédagogique et méthodologique / comp. L.Ya. Rhodes, DA. Chistiakov. SPb. : Maison d'édition de l'Université technique du Nord-Ouest, p. Le complexe pédagogique et méthodologique (UMC) a été développé conformément aux exigences des normes éducatives de l'État pour l'enseignement professionnel supérieur. Le matériel pédagogique aborde les questions de la théorie du champ électromagnétique, les méthodes de base pour résoudre les problèmes appliqués de l'électrodynamique en relation avec la propagation des ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage et des ondes radio sur les chemins naturels. Le complexe pédagogique est destiné aux étudiants de la spécialité étudiant la discipline « Électrodynamique et propagation des ondes radioélectriques », et aux bacheliers en ingénierie et technologie dans le domaine étudiant la même discipline. Examiné lors d'une réunion du Département d'ingénierie radio de la ville, approuvé par la commission méthodologique de l'Institut d'électronique radio de la ville Réviseurs : Département d'ingénierie radio de l'Université technique du Nord-Ouest (chef du département G.I. Khudyakov, docteur). des Sciences Techniques, Prof.); CONTRE. Kalachnikov, docteur en ingénierie. sciences, prof., ch. scientifique collègues de travail VNIIRA. Compilé par : L.Ya. Rhodes, Ph.D. technologie. Sciences, professeur agrégé; OUI. Chistiakov, Ph.D. technologie. Sciences, professeur agrégé Université technique par correspondance de l'État du Nord-Ouest, 008 Rhodes L.Ya., Chistyakov D.A., 008

3 1. Informations sur la discipline 1.1. Préface L'électrodynamique et la propagation des ondes radioélectriques (ED et RW) appartiennent aux disciplines du cycle professionnel général. Son volume selon la norme éducative de l'État (GOS) est de 170 heures. Il comprend deux parties interdépendantes : la partie 1 - l'électrodynamique elle-même (électrodynamique théorique) et la partie - la propagation des ondes radio (électrodynamique appliquée). Cette discipline est fondamentale pour l’ingénierie radio moderne. Le but de l'étude de la discipline est que les étudiants acquièrent des connaissances théoriques et des compétences en résolution de problèmes dans le domaine de la théorie des champs électromagnétiques, des caractéristiques de l'interaction des ondes électromagnétiques avec divers supports physiques et de la propagation des ondes radio le long des systèmes de guidage et le long des voies naturelles. chemins. Les objectifs de l'étude de la discipline sont de maîtriser les principes de base de l'électrodynamique et les caractéristiques de la propagation des ondes radio. A l'issue de l'étude de la discipline, l'étudiant doit maîtriser les connaissances de la discipline, formées à plusieurs niveaux : Avoir une idée : sur l'interprétation philosophique de la notion de « champ électromagnétique », sur l'histoire du développement de la doctrine de l'électromagnétisme , sur la relation entre les phénomènes électriques, magnétiques et optiques, sur la nature vectorielle des champs électromagnétiques et optiques, sur les gammes d'ondes radio utilisées en technologie, les principales caractéristiques de la propagation des ondes radio le long des chemins naturels. Connaître : les équations de Maxwell sous formes intégrales et différentielles, la signification physique de tous les termes inclus dans ces équations ; mécanismes d'influence de la Terre et de l'atmosphère terrestre sur la propagation des ondes radio de différentes portées. 3

4 Être capable de : convertir les équations de Maxwell en équations d'électro- et magnétostatiques, de champs électriques et magnétiques stationnaires, en équations d'ondes pour les vecteurs de champ électromagnétique, les potentiels vectoriels et scalaires ; formuler un problème (sélectionner un modèle) pour calculer les paramètres d'une liaison radio spécifique. Acquérir des compétences : résolution de problèmes d'électrodynamique à l'aide de méthodes : séparation de variables, potentiels retardés, intégrales de Kirchhoff scalaires et vectorielles ; sélection du type, des dimensions et calcul des paramètres des systèmes de guidage (lignes de transmission d'énergie électromagnétique); calcul des caractéristiques de rayonnement des émetteurs élémentaires et des antennes réelles ; choisir un modèle et déterminer la nature et le degré d'influence du chemin de propagation des ondes radio sur les caractéristiques d'un système radio particulier. L'étude de la discipline « Électrodynamique et propagation des ondes radio » nécessite la maîtrise d'un certain nombre de disciplines préalables. Ceux-ci comprennent : les mathématiques (séries, calcul différentiel et intégral, théorie des champs vectoriels, solution d'équations différentielles) ; physique (électricité et magnétisme, électrodynamique) ; informatique (méthodes d'algorithmisation, méthodes de résolution numérique). À son tour, le cursus ED et RVR sous-tend toutes les disciplines qui déterminent la formation professionnelle d'un spécialiste dans le domaine de l'ingénierie radio : principes fondamentaux de la théorie des circuits, circuits et signaux radio, dispositifs et antennes hyperfréquences, dispositifs de réception et de traitement des signaux, génération de signaux. et appareils de conditionnement, systèmes radio, etc. Le contenu, le volume et la procédure d'étude des matériaux du cours « Électrodynamique et propagation des ondes radio » conformément aux exigences des normes de l'État sont définis dans le « Programme de travail », présenté dans le rubrique « Ressources informationnelles ». Il existe également un « Plan thématique » contenant des informations sur les types de reporting par thème. 4

5 1.. Contenu de la discipline et types de travaux académiques Contenu de la discipline Conformément aux normes de l'État, les unités didactiques suivantes doivent être étudiées dans le cours « Électrodynamique et propagation des ondes radio » : équations intégrales et différentielles de l'électromagnétisme ; système complet d'équations de Maxwell, conditions aux limites ; énergie du champ électromagnétique ; Théorème d'Umov-Poynting ; problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique; méthodes analytiques et numériques pour résoudre des problèmes de valeurs limites ; ondes électromagnétiques dans divers médias ; potentiels électrodynamiques; ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage ; oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques ; excitation de champs électromagnétiques par des sources spécifiées ; rayonnement d'ondes électromagnétiques dans l'espace libre ; théorème du potentiel retardé ; propagation des ondes électromagnétiques près de la surface de la Terre ; propagation troposphérique des ondes radio ; propagation des ondes radio en terrain accidenté et en présence d'obstacles ; modèles et méthodes de calcul des trajets radio Portée de la discipline et types de travail académique Heures totales Type de travail académique Forme de formation Temps plein Temps partiel Temps partiel Temps partiel Intensité de travail totale de la discipline (OTD) 170 Travail sous le encadrement d'un enseignant (RpWP) Incluant des cours en classe : Cours magistral Exercices pratiques (PL) Travaux de laboratoire (LR) Nombre d'heures de travail utilisant le DOT Travail autonome de l'étudiant

6 Contrôle intermédiaire, quantité Travail de test - Test Type de contrôle final (examen), quantité Liste des types de travaux académiques de l'étudiant, suivi continu des progrès et certification intermédiaire - deux tests (pour les formes d'études à temps plein et par correspondance) ; -des tests (tests de formation sur des sujets, jalons sur des sections de discipline, questions d'auto-test, etc.) ; - un test (pour les travaux de laboratoire partie 1 - électrodynamique) ; -deux examens. Matériel de formation fonctionnel.1. Programme de travail (170 heures) Partie 1 - électrodynamique.1.1. Section 1. Équations intégrales et différentielles de l'électromagnétisme Concepts et définitions de base (4 heures) [ 1 ], avec Concepts et définitions de base, matérialité du champ électromagnétique, vecteurs de champ électromagnétique, classification des milieux en électrodynamique. Équations de Maxwell - équations fondamentales de l'électrodynamique (1 heure) [1], avec les équations de Maxwell sous formes intégrale et différentielle et leur signification physique. Équation de continuité pour le courant électrique. Courants et charges électriques et magnétiques tiers. Un système complet d'équations EMF sous des formes symétriques et asymétriques. Les équations de Maxwell à l'harmonique 6

7 dépendance logique des processus électromagnétiques au temps. Constante diélectrique complexe des médias. Le principe de dualité commutative des équations de Maxwell. Caractéristiques énergétiques des CEM (6 heures) [1], avec Bilan énergétique des CEM : localisation, mouvement et transformations énergétiques. Caractéristiques énergétiques pour la dépendance harmonique des processus électromagnétiques au temps. Ondes électromagnétiques - une forme d'existence des CEM (6 heures) [1], avec des équations d'ondes pour les vecteurs CEM. Potentiels électrodynamiques. Équations d'ondes pour les potentiels électrodynamiques. Équations d'ondes sous forme complexe. Types particuliers d'équations CEM (4 heures) [3], avec Champ électrostatique : système de charges, dipôle, capacité, conducteurs et diélectriques dans un champ électrostatique. Champ stationnaire : système de courant, dipôle magnétique, inductance. Champ quasistationnaire : des équations de Maxwell à la théorie des circuits..1.. Section. Problèmes de valeurs limites d'électrodynamique Méthodes de base pour résoudre des problèmes d'électrodynamique (8 heures) [1], p. 1-7 Problèmes internes et externes de l'électrodynamique. Conditions aux limites et condition de rayonnement. Unicité des solutions aux problèmes d'électrodynamique. Principe de superposition de solutions, théorème de réciprocité, théorème d'équivalence. Méthodes rigoureuses de résolution : potentiels retardés, séparation des variables, Kirchhoff. Méthodes de résolution approximative : optique géométrique et ondulatoire, ondes de bord, théorie de la diffraction géométrique, modélisation. 7

8 Ondes électromagnétiques planes (EMW) (10 heures) [1], p. 7-4 Propriétés générales des processus ondulatoires. Ondes électromagnétiques planes homogènes dans un milieu isotrope infini homogène. Ondes dans un diélectrique, un semi-conducteur et un conducteur. Ondes électromagnétiques sphériques dans des milieux homogènes illimités. Rayonnement d'ondes électromagnétiques (1 heure) [1], avec types d'émetteurs élémentaires. Rayonnement d'un système de courants spécifiés. Émetteur électrique élémentaire : composantes des vecteurs EMF, fonction de directivité, puissance et résistance au rayonnement. Émetteur magnétique élémentaire. Élément Huygens. Ondes électromagnétiques plates en milieu inhomogène (10 heures) [3], avec ondes électromagnétiques et rayons optiques. Conditions aux limites pour les vecteurs de champ électromagnétique. Réflexion et réfraction des ondes électromagnétiques à une interface plane. Lois de Snell et formules de Fresnel. Notions d'angles de Brewster, réflexion interne totale, effet de surface Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques. Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage. Guides d'ondes (16 heures) [1], avec informations générales sur les systèmes de guidage et les ondes guidées. Guides d'ondes métalliques creux : rectangulaires, ronds. La structure du champ électromagnétique, les principaux types d'ondes, les vitesses de phase et de groupe, la longueur d'onde dans le guide d'ondes, l'impédance caractéristique, l'atténuation des ondes électromagnétiques 8

9 ondes filetées, excitation et couplage des guides d'ondes, sélection des tailles de guides d'ondes pour un fonctionnement sur un type d'ondes donné. Lignes de transmission coaxiales et bifilaires (4 heures) [3], p. 4-9 Caractéristiques des ondes T et principaux paramètres des ondes T dans une ligne de transmission coaxiale et bifilaire. Constante de phase, vitesse de phase, vitesse de groupe, longueur d'onde de ligne, impédance caractéristique. Plage de fonctionnement monomode d'une ligne coaxiale. Résonateurs volumétriques (8 heures) [ 3 ], avec une section d'une structure guide comme résonateur. Théorie générale des résonateurs à cavité basée sur des guides d'ondes rectangulaires, cylindriques et coaxiaux. Fréquence naturelle et facteur de qualité des résonateurs. Excitation des résonateurs. Une partie de la propagation des ondes radio.1.4. Section 4. Propagation des ondes électromagnétiques près de la surface de la Terre. L'influence des obstacles. Concepts de base et définitions (4 heures), p. 4-7 Concepts et définitions de base dans la théorie du RRP. Le rôle et la place des enjeux de propagation des ondes radio dans la formation des ingénieurs radio. Histoire du développement de la théorie du RRR. Classification des ondes radio par gammes de fréquences et méthodes de propagation le long des trajets naturels. Propagation des ondes radio en espace libre (10 heures), avec le Champ Electromagnétique d'émetteurs isotropes et directionnels en espace libre. Equations de communication radio idéale pour les émetteurs 9

10 types différents. Principe de Huygens-Fresnel. Zones de Fresnel en espace libre. Zones de l'espace essentielles et minimales lors de la propagation des ondes radio. Pertes de transmission lorsque les ondes radio se propagent dans l'espace libre. L'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio (18 heures), avec paramètres électriques de la surface terrestre. Énoncé et solution générale du problème de la diffraction des ondes radio autour d'une surface terrestre sphérique homogène. Analyse de la solution générale au problème : l'influence des paramètres électriques de la surface terrestre et de la distance entre points correspondants sur la valeur et le comportement du facteur d'atténuation dans l'espace. Calcul de la distance en visibilité directe et du facteur d’atténuation en visibilité directe. Formules d'interférence. Limites d'applicabilité des formules d'interférence. Calcul du multiplicateur d'atténuation dans les zones d'ombre et de pénombre. Réflexion des ondes radio depuis la surface de la Terre, zones significatives et minimales de la surface réfléchissante. Prise en compte de l'influence de la courbure de la surface terrestre lors de la réflexion des ondes radio. L'influence de l'hétérogénéité des paramètres électriques de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio le long de celle-ci. L'influence des irrégularités de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio. Critère de Rayleigh. Informations générales sur la propagation des ondes radio à proximité de surfaces statistiquement inégales Section 5. L'influence de l'atmosphère terrestre sur la propagation des ondes radio. L'influence de la troposphère terrestre sur la propagation des ondes radio (10 heures), avec la composition et la structure de l'atmosphère terrestre. Paramètres électromagnétiques de la troposphère, de la stratosphère et de l'ionosphère. Réfraction des ondes radio dans la troposphère et l'ionosphère. Équation de trajectoire des ondes et rayon de courbure du faisceau. Types de réfraction des ondes radio dans la troposphère. Rayon équivalent de la Terre. Le processus de formation et les paramètres des guides d'ondes troposphériques. dix

11 L’influence de l’ionosphère terrestre sur la propagation des ondes radio (8 heures), avec la Trajectoire des ondes radio dans l’ionosphère. Réflexion des ondes radio de l'ionosphère. Fréquences critiques et maximales. Vitesses de phase et de groupe de propagation des ondes radio dans l'ionosphère. L'influence du champ magnétique terrestre sur la propagation des ondes radio dans l'ionosphère. Diffusion et absorption des ondes radio dans la troposphère et l'ionosphère. Méthodes de recherche expérimentale sur la troposphère et l'ionosphère Section 6. Modèles et méthodes de calcul des trajets radio. Lignes radio à des fins diverses. Gammes de fréquences appliquées (8 heures), avec lignes de radiodiffusion, télévision, radiocommunications, radar, radionavigation, radiocommande et télémétrie. La finalité des liaisons radio, les gammes de fréquences utilisées et les caractéristiques de propagation des ondes radio dans ces gammes le long du parcours de la liaison radio. Méthodes de calcul de diverses lignes radio, avec Méthodes de calcul de lignes radio à diverses fins et diverses gammes d'ondes radio. onze

12.. Plan thématique de la discipline..1. Plan thématique de la discipline pour les étudiants à temps plein Nom des sections et des sujets Nombre d'heures d'études à temps plein Types de cours (heures) cours magistraux Audit PZ (C) LR. Vérification DOT. Vérification DOT. DOT Travail indépendant Tests Types de contrôle Papiers de test Résumés LR Cours TOTAL Section 1. Équations intégrales et différentielles de l'électromagnétisme 1.1 Concepts et définitions de base 3 1. Équations de Maxwell équations fondamentales de l'électrodynamique Caractéristiques énergétiques du champ électromagnétique (CEM) Forme d'existence des ondes électromagnétiques de CEM Types particuliers d'équations de CEM 7 Section. Problèmes aux valeurs limites de l'électrodynamique 8.1 Méthodes de base pour résoudre les problèmes d'électrodynamique 9. Ondes électromagnétiques planes (EMW) dans un milieu homogène 10.3 EMW sphériques dans un milieu infini. Emission d'ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques plates en milieu inhomogène 1 Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage. Guides d'ondes Lignes de transmission coaxiales et bifilaires Résonateurs de volume Section 4. Propagation de 4 ondes électromagnétiques à proximité de la surface terrestre. Influence des obstacles Concepts et définitions de base

13 18 4. Propagation des ondes radio dans l'espace libre L'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio 0 Section 5. L'influence de l'atmosphère terrestre sur la propagation des ondes radio L'influence de la troposphère terrestre sur la propagation des ondes radio ondes 5. L'influence de l'ionosphère terrestre sur la propagation des ondes radio 3 Section 6. Modèles et méthodes de calcul des trajets radio Liaisons radio de diverses nominations. Gammes de fréquences utilisées 5 6. Méthodes de calcul des différentes liaisons radio Plan thématique de la discipline pour les étudiants à temps plein et à temps partiel Nom des sections et thèmes Nombre d'heures à temps plein Types de cours (heures) Cours Auditorium PZ LR. Casemate Audithorn. Casemate Audithorn. Pilulier Samost. travail Tests Types de contrôle Contrôle. Travail Cours PZ LR. travaux Total Section 1. Équations intégrales et différentielles de l'électromagnétisme 1 Concepts et définitions de base Équations de Maxwell - équations fondamentales de l'électrodynamique Caractéristiques énergétiques du champ électromagnétique (CEM) Ondes électromagnétiques - la forme d'existence de la CEM Types particuliers d'équations de CEM 4 7 Section. Problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique Méthodes de base pour résoudre les problèmes d'électrodynamique Ondes électromagnétiques planes (EMW) dans un milieu homogène EMW sphérique dans un milieu homogène illimité. Emission d'ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques plates dans un milieu inhomogène

14 1 Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage. Guides d'ondes Lignes de transmission coaxiales et bifilaires Résonateurs de volume Section 4. Propagation des ondes électromagnétiques à proximité de la surface terrestre. Influence des obstacles Concepts de base et définitions Propagation des ondes radio dans l'espace libre Influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Section 5. Influence de l'atmosphère terrestre sur la propagation des ondes radio Influence de la troposphère terrestre sur la propagation des ondes radio Influence de l'ionosphère terrestre sur la propagation des ondes radio Section 6. Modèles et méthodes de calcul des trajets radio Liaisons radio à des fins diverses. Gammes de fréquences utilisées Méthodes de calcul des différentes liaisons radio Plan thématique de la discipline pour les étudiants en études à temps partiel p/p Nom des sections et sujets Nombre d'heures pour les études à temps plein Types de cours (heures) cours magistraux PZ (C) LR Audit. Vérification DOT. Vérification DOT. DOT Travail indépendant Tests Types de contrôle Epreuves de test Résumés LR Travail de cours TOTAL Section 1. Équations intégrales et différentielles de l'électromagnétisme 1.1 Concepts de base et définitions 3 1. Équations de Maxwell équations fondamentales de l'électrodynamique Caractéristiques énergétiques du champ électromagnétique (CEM)

15 5 1.4 Ondes électromagnétiques Forme d'existence des CEM Types particuliers d'équations de CEM Section. Problèmes aux valeurs limites de l'électrodynamique Méthodes de base pour résoudre les problèmes d'électrodynamique 9. Ondes électromagnétiques planes (EMW) dans un milieu homogène EMW sphérique dans un milieu infini. Emission d'ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques plates dans un milieu inhomogène Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes guide 3. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage. Guides d'ondes Lignes de transmission coaxiales et bifilaires Résonateurs de volume Section 4. Propagation 4 des ondes électromagnétiques à proximité de la surface terrestre. Influence des obstacles Concepts de base et définitions Propagation des ondes radio dans l'espace libre Influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Section 5. Influence de l'atmosphère terrestre 5 sur la propagation des ondes radio Influence de la troposphère terrestre sur la propagation des ondes radio ondes 5. Influence de l'ionosphère terrestre sur la propagation des ondes radio 3 Section 6. Modèles et méthodes de calcul des trajets radio Lignes radio à des fins diverses. Gammes de fréquences utilisées 5 6. Méthodes de calcul des différentes liaisons radio

16.3. Schéma structurel et logique de la discipline Électrodynamique et propagation des ondes radio Section 1 Equations intégrales et différentielles Section Problèmes aux limites de l'électro- Section 3 Ondes électromagnétiques dans les guides Section 4 Propagation des ondes électromagnétiques à proximité Section 5 Influence de l'atmosphère terrestre sur la propagation Section 6 Modèles et méthodes de calcul de la propagation Concepts de base et définition - Équations de Maxwell - Méthodes de base fondamentales pour résoudre les problèmes d'ondes électromagnétiques et Ondes électromagnétiques guidées et Concepts de base et définition - Influence de la troposphère terrestre sur la propagation des liaisons radio à des fins diverses. Portée - Caractéristiques énergétiques des ondes électromagnétiques planes Ondes électromagnétiques sphériques dans un non- Graphique- Lignes de transmission coaxiales et bifilaires Propagation des ondes radio en pro- Influence de l'ionosphère terrestre sur la propagation Méthodes de calcul des diverses formes d'ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques sup- Plan - Résonateurs volumétriques Influence de la surface terrestre sur la propagation Propagation des ondes radio dans l'espace Types particuliers d'équations électromagnétiques

17.4. Calendrier d'étude de la discipline (pour les étudiants qui étudient en DOT) Titre de la section (sujet) Durée d'étude de la section (sujet) 1 Section 1. Intégrale et différentielle 7 jours. Section des équations de l'électrodynamique. Problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique 9 jours. 3 Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques 7 jours. 4 Section 4. Propagation électromagnétique 7 jours. ondes près de la surface terrestre 5 Section 5. L'influence de l'atmosphère terrestre sur la propagation 4 jours. ondes radio 6 Section 6. Modèles et méthodes de calcul des trajets radio 4 jours. 7 Test 1 jour. 8ème journée d'essai. TOTAL.5. Bloc pratique 5.1. Cours pratiques Cours pratiques (études à temps plein) 4 jours. Numéro et nom du sujet Thème.3 Ondes électromagnétiques sphériques dans des milieux illimités. Rayonnement EMW Thème 3.1 EMW guidé et systèmes de guidage. Guides d'ondes Thème 4. Propagation des ondes radio dans l'espace libre Résoudre les problèmes d'émission d'ondes électromagnétiques par des dipôles électriques et magnétiques élémentaires Déterminer les dimensions des guides d'ondes et les caractéristiques des champs électromagnétiques dans les guides d'ondes rectangulaires et ronds Déterminer les paramètres des lignes de communication radio en espace libre espace (extérieur) Nom des sujets pour les cours pratiques Nombre d'heures Thème 4.3 Influence sur - Calcul de la tension EMF au

18 surface de la Terre sur la propagation des ondes radio sur les lignes radio passant à proximité de la surface de la Terre Cours pratiques (correspondance et formes d'études à temps partiel). Les cours pratiques pour les étudiants des formes d'études spécifiées ne sont pas prévus dans les plans de travail pédagogique..5.. Travaux de laboratoire Travaux de laboratoire (études à temps plein) Numéro et nom de la section (sujet) Section. Problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique Sujet.. Ondes électromagnétiques planes Sujet.4. Ondes électromagnétiques plates en milieu hétérogène Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Thème 3.1. Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage Thème 3.3. Résonateurs volumétriques Nom du travail de laboratoire Etude de la polarisation du champ électromagnétique Etude de la réflexion et de la réfraction des ondes électromagnétiques planes à une interface plane entre deux milieux diélectriques homogènes Etude de l'onde fondamentale dans un guide d'onde métallique rectangulaire creux Etude du champ électromagnétique dans un résonateur volumétrique cylindrique Nombre d'heures

19 Section 4. Propagation des ondes électromagnétiques à proximité de la surface de la Terre Thème 4. Propagation des ondes radio dans l'espace libre Thème 4.3. L'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Etude d'une région de l'espace ayant une influence significative sur la propagation des ondes radio dans un milieu homogène Etude de l'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio 4 4 Laboratoire travail (cours à temps partiel et à temps partiel) Numéro et titre de la section (sujet) Section. Problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique Sujet.. Ondes électromagnétiques planes Sujet.4. Ondes électromagnétiques plates en milieu hétérogène Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Thème 3.1. Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage Thème 3.3. Résonateurs volumétriques Nom du travail de laboratoire Etude de la polarisation du champ électromagnétique Etude de la réflexion et de la réfraction des ondes électromagnétiques planes à une interface plane entre deux milieux diélectriques homogènes Etude de l'onde fondamentale dans un guide d'onde métallique rectangulaire creux Etude du champ électromagnétique dans un résonateur volumétrique cylindrique Nombre d'heures

20 Section 4. Propagation des ondes électromagnétiques à proximité de la surface de la Terre Thème 4. Propagation des ondes radio dans l'espace libre Thème 4.3. L'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Etude d'une région de l'espace ayant une influence significative sur la propagation des ondes radio dans un milieu homogène Etude de l'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio 4 4 Laboratoire travail (cours par correspondance) Numéro et nom de la section (sujet) Section. Problèmes de valeurs limites de l'électrodynamique Sujet.. Ondes électromagnétiques planes Sujet.4. Ondes électromagnétiques plates en milieu hétérogène Section 3. Ondes électromagnétiques dans les systèmes de guidage. Oscillations électromagnétiques dans les résonateurs volumétriques Thème 3.1. Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage Thème 3.3. Résonateurs volumétriques Nom du travail de laboratoire Etude de la polarisation du champ électromagnétique Etude de la réflexion et de la réfraction des ondes électromagnétiques planes à une interface plane entre deux milieux diélectriques homogènes Etude de l'onde fondamentale dans un guide d'onde métallique rectangulaire creux Etude du champ électromagnétique dans un résonateur volumétrique cylindrique Nombre d'heures 4

21 Section 4. Propagation des ondes électromagnétiques à proximité de la surface terrestre Thème 4.. Propagation des ondes radio dans l'espace libre Thème 4.3. Influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Etude de la région de l'espace ayant une influence significative sur la propagation des ondes radio dans un milieu homogène Etude de l'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio.6. Le système de notation numérique pour évaluer les connaissances lors de l'utilisation du DOT La discipline Électrodynamique et propagation des ondes radio, comme mentionné ci-dessus, se compose de deux parties. L'étude de la première partie du cours (électrodynamique) s'effectue au cinquième semestre et se termine par la réussite d'un examen. La première partie du cours contient trois sections (douze sujets), au cours de l'étude desquelles vous devez passer le premier test, composé de deux tâches. Chaque sujet de la note de référence se termine par une liste de questions d'auto-test qui doivent être considérées comme des tests pratiques ouverts. Après avoir étudié chaque sujet, vous devez répondre aux questions des tests d'entraînement du contrôle actuel (intermédiaire), qui contiennent cinq questions. L'étude de chaque section se termine par une réponse aux questions du test de contrôle de mi-session, qui contient dix questions. Les numéros des épreuves correspondantes sont donnés dans le plan thématique. Les points de notation sont déterminés comme suit : - pour la réponse correcte à une question du test de contrôle de mi-session - un point ; - pour un problème correctement résolu - 0 point. Si vous travaillez avec succès avec les supports de la première partie du cours, l'étudiant peut recevoir x10x3 +0x =100 points. Dépasser le seuil de 70 points, ainsi que réaliser un cycle de travaux de laboratoire en sections et 3 lors de la session d'examens et recevoir 5

22 tests de laboratoire donnent accès à l'examen. La deuxième partie du cours s'étudie au sixième semestre et se termine par un examen. La deuxième partie du cours se compose de trois sections (sept thèmes), au cours de l'étude desquelles vous devez réaliser un deuxième test composé de deux tâches. Chaque sujet des notes de référence se termine par des questions d'auto-test qui doivent être traitées comme des tests pratiques ouverts. Après avoir étudié chaque sujet, vous devez répondre aux questions du test de formation du contrôle actuel (intermédiaire), composé de cinq questions. L'étude de chaque section se termine par une réponse aux questions du test de contrôle de mi-session, qui contient dix questions. Les numéros des épreuves correspondantes sont donnés dans le plan thématique. La détermination des points de notation lors de l'étude de la deuxième partie du cours s'effectue de la même manière que pour la première partie. En travaillant avec succès avec les supports de la deuxième partie du cours, l'étudiant peut recevoir x10x3 + 0x = 100 points. Le franchissement du seuil de 75 points et la réalisation d'une série de travaux de laboratoire lors de la session d'examen garantissent l'admission à l'examen. 3. Ressources informationnelles de la discipline 3.1. Liste bibliographique Principal : 1. Kalachnikov, V.S. Électrodynamique et propagation des ondes radio (électrodynamique) : lettres. conférences / V.S. Kalachnikov, L.Ya. Rhodes. SPb. : Maison d'édition de l'Université technique du Nord-Ouest, Rhodes, L.Ya. Électrodynamique et propagation des ondes radio (propagation des ondes radio) : manuel.-méthode. complexe : manuel / L.Ya. Rhodes. - Saint-Pétersbourg : Maison d'édition de l'Université technique du Nord-Ouest, Krasyuk, N.P. Électrodynamique et propagation des ondes radio : manuel. manuel pour les universités / N.P. Krasyuk, N.D. Dymovitch.- M. : Plus haut. école, supplémentaire: 6

23 4. Petrov, B.M. Électrodynamique et propagation des ondes radio : manuel. pour les universités / B.M. Petrov. - éd., rév. M. : Hotline Telecom, Krasyuk, N.P. Propagation des VHF dans la troposphère inhomogène : manuel. allocation / N.P. Krasyuk, L.Ya. Rhodes. L. : SZPI, Chistyakov, D.A. Lois et équations de l'électrodynamique comme conséquences des équations de Maxwell : notes de cours / D.A. Chistiakov. SPb. : SZPI, Chistyakov, D.A. Fondements de l'électrodynamique dans les problèmes avec solutions : écriture. conférences/D.A. Chistiakov. SPb. : SZPI, Chistyakov, D.A. Les équations de Maxwell, axiomes physiques de l'électrodynamique : lettres. conférences / D.A. Chistiakov. SPb. : SZPI, Dans la bibliothèque électronique du SZTU à l'adresse se trouvent les sources de la liste bibliographique sous les numéros : 1 ;; Résumé de base (scénario du processus éducatif) La discipline Électrodynamique et propagation des ondes radio, comme mentionné ci-dessus, est une discipline fondamentale et repose entièrement sur des cours de physique et de mathématiques supérieures. A cet égard, lorsqu'on commence à l'étudier, il est nécessaire de rappeler en mémoire les informations de base de la deuxième partie du cours de physique générale (électricité et magnétisme) et des sections suivantes de mathématiques supérieures : équations de physique mathématique, analyse vectorielle. , théorie des champs. L'objectif principal de la discipline est d'étudier les équations de Maxwell, leur signification physique et l'application de ces équations pour résoudre des problèmes appliqués en radiophysique et en ingénierie radio. La méthodologie et la séquence d'étude de la discipline correspondent à la liste des sujets thématiques. Le matériel de chaque sujet est riche en relations mathématiques, dont l'interprétation physique est souvent assez complexe, donc l'étude du matériel nécessite un travail sérieux et réfléchi. 7

24 3..1. Concepts de base et définitions en électrodynamique Les concepts de base et les définitions sont présentés dans les pages suivantes Lors de l'étude de cette section, il est nécessaire de comprendre le but de la discipline dans la formation des ingénieurs radio, sa place et ses tâches dans le système d'idées modernes. sciences naturelles, en accordant une attention particulière à la matérialité du champ électromagnétique. Il faut comprendre que le champ électromagnétique dans toutes ses manifestations est entièrement caractérisé par deux vecteurs principaux et quatre vecteurs supplémentaires. Le champ électromagnétique existe et est considéré dans divers environnements, qui sont classés selon la nature de la dépendance de leurs paramètres électromagnétiques au temps, aux coordonnées spatiales, à l'amplitude et à la direction des vecteurs du champ électromagnétique existant dans un environnement donné. Toutes les relations mathématiques de ce cours sont écrites en unités SI. Questions pour l'auto-test 1. Quelles sont les principales caractéristiques du champ électromagnétique qui confirment sa matérialité ? Quelle est la signification physique des vecteurs caractérisant le champ électromagnétique ? 3. Quelle forme ont les équations matérielles des vecteurs de champ électromagnétique ? 4. Quelles classifications de milieux sont utilisées en électrodynamique ? 3... Les équations de Maxwell - équations fondamentales de l'électrodynamique Le contenu de cette section est présenté en pages Il faut faire attention au fait que les équations de Maxwell sont le résultat d'une généralisation d'un grand nombre de lois physiques, elles représentent les dépendances fondamentales de l'électrodynamique macroscopique, permettant d'obtenir toutes les relations fondamentales de la théorie de l'électrodynamique 8

25ème terrain. Il faut comprendre que les sources du champ électromagnétique sont des particules chargées électriquement, en mouvement ou au repos. Dans les applications pratiques, la dépendance temporelle harmonique des quantités incluses dans les équations de Maxwell est souvent utilisée, il est donc pratique d'utiliser la méthode symbolique pour les représenter. Questions d’auto-test 1. Quelles lois expérimentales sous-tendent les équations de Maxwell ? Quelle est la signification physique du courant de déplacement ? 3. Quelle est la signification physique des équations de Maxwell sous formes intégrale et différentielle ? 4. Quelle est la différence entre les formes symétriques et asymétriques d’écriture des équations de Maxwell ? Caractéristiques énergétiques des champs électromagnétiques Le contenu de cette section est présenté dans les pages suivantes. Le champ électromagnétique en tant que type de matière a une certaine énergie. La loi de conservation est valable pour lui. La représentation analytique de cette loi est l'équation du bilan énergétique électromagnétique - le théorème d'Umov-Poynting. Questions pour l'auto-test 1. Quelles composantes énergétiques peuvent être incluses dans l'équation du bilan énergétique du champ électromagnétique ? Écrivez une expression pour le vecteur de Poynting dans le cas des champs harmoniques temporels qui sont la forme d'existence des champs électromagnétiques. Le contenu de cette section est donné dans les pages, il s'ensuit qu'un champ électromagnétique peut.

26 existent sous forme d’ondes électromagnétiques. Les relations adéquates décrivant la nature ondulatoire du champ électromagnétique sont les équations d'ondes - les équations aux dérivées partielles du second ordre, qui peuvent être obtenues directement à partir des équations de Maxwell - les équations aux dérivées partielles du premier ordre. Pour résoudre divers types de problèmes appliqués, des équations d'onde pour les vecteurs de champ et des équations d'onde pour les potentiels électrodynamiques sont généralement utilisées. Avec la dépendance harmonique des processus électrodynamiques au temps, la forme d'enregistrement et la solution des équations d'onde sont considérablement simplifiées. Questions d'autotest 1. Quels types d'équations d'ondes sont utilisés pour résoudre des problèmes d'électrodynamique ? Quelle est la signification du rapport d’étalonnage ? 3. Quelle est la différence entre les équations d'Alembert et Helmholtz et l'équation des ondes généralisées ? 4. Existe-t-il une différence entre le potentiel vectoriel et le vecteur Hertz dans le cas d'un champ électromagnétique harmonique ? Types particuliers d'équations CEM Le contenu de cette section est donné dans les pages Les équations de champs stationnaires et statiques sont obtenues comme cas particuliers à partir des équations de l'électrodynamique - les équations de Maxwell, à condition que les sources du champ électromagnétique soient soit stationnaires (indépendantes du temps ), ou en outre également immobile (statique). Les champs stationnaires et statiques sont importants ; pour eux la loi de conservation et de transformation de l'énergie est satisfaite, mais ils ne sont pas de nature ondulatoire et les équations décrivant leur comportement ne contiennent pas de dépendance temporelle (par exemple, les équations de Poisson et Laplace). Questions d'auto-test 10

27 1. Dans quelles conditions le système d’équations de Maxwell se divise-t-il en systèmes d’équations électro- et magnétostatiques ? Quelle est la différence entre les champs stationnaires et statiques ? 3. Comment la valeur énergétique du champ électrostatique est-elle déterminée ? 4. Écrivez des équations aux dérivées partielles du second ordre pour les champs statiques et stationnaires. 5. Quelles méthodes sont utilisées pour résoudre les problèmes d’électrostatique ? Méthodes de base pour résoudre les problèmes d'électrodynamique Le contenu de cette section est présenté aux pages 1 7. Lors de la maîtrise de cette section, il est nécessaire d'étudier les caractéristiques de la formulation et la solution des problèmes internes et externes de l'électrodynamique, en accordant une attention particulière à la formulation des conditions pour l'unicité des solutions aux problèmes électrodynamiques pour des volumes d'espace limités et illimités, les principes de base et les théorèmes utilisés dans la construction de solutions aux problèmes pratiques. Étudiez les méthodes de résolution rigoureuses et approchées, en tenant compte du fait que les résultats de la solution par toutes les méthodes rigoureuses sont les mêmes, tandis que les résultats de la résolution du problème obtenu par diverses méthodes approchées diffèrent les uns des autres. Questions d'auto-test 1. Comment sont formulés les problèmes internes et externes de l'électrodynamique ? Quel est le rôle des conditions de rayonnement dans la résolution des problèmes externes ? 3. Comment est formulé le théorème d'unicité pour résoudre les problèmes d'électrodynamique ? 4. Dans quelles conditions le principe de superposition de solutions est-il valable ? 5. Pour quels médias le théorème de réciprocité s'applique-t-il et quelle est son essence ? 6. Quel est le rôle du théorème d'équivalence pour les problèmes externes d'électrodynamique ? 7. Quelle est la base pour résoudre des problèmes en utilisant la méthode du potentiel retardé 11 ?

28 cialis? 8. Dans quelles conditions la méthode de Kirchhoff peut-elle être considérée comme une méthode de résolution rigoureuse ? 9. Formuler les conditions d'applicabilité des méthodes d'optique géométrique et ondulatoire. 10. Quelle est l'essence des méthodes des ondes de bord et de la théorie géométrique de la diffraction ? 11. Quelle est l'essence de la méthode de modélisation électrodynamique ? Ondes électromagnétiques planes (EMW) Le contenu de la section est présenté aux pages 7 4. Dans cette section, il faut faire attention au fait que pour caractériser tout processus ondulatoire, les notions de fronts d'onde de phase et d'amplitude sont introduites. Dans le cas général, les fronts de phase peuvent avoir n'importe quelle forme, mais les principales sont : plates, cylindriques et sphériques. Pour caractériser les processus d'ondes vectorielles, en plus de l'amplitude, de la phase et de la fréquence des oscillations, le concept de polarisation est introduit. Il est nécessaire d'étudier tous les types existants de polarisation des ondes électromagnétiques. Ici, nous devrions également considérer la solution des équations de Helmholtz pour les vecteurs de champ électromagnétique sous forme d'ondes planes, en prêtant attention à diverses formes mathématiques d'expressions écrites, à l'orientation mutuelle des vecteurs d'intensité de champ électrique et magnétique et au vecteur de Poynting, ainsi que comme la connexion entre eux et les paramètres électromagnétiques du milieu. Il est nécessaire d'étudier les caractéristiques de la propagation d'une onde plane dans un diélectrique, un semi-conducteur et un conducteur, en faisant attention aux spécificités de la propagation d'une onde plane dans un milieu conducteur (diminution exponentielle de l'amplitude, apparition d'un déphasage et dispersion). Questions pour l'autotest 1. Quelle est la différence entre les processus ondulatoires et les processus oscillatoires dans les circuits radio ? 1

29. Quelle caractéristique supplémentaire est introduite pour décrire les processus d’ondes vectorielles ? 3. Quels types de polarisation sont habituellement pris en compte dans les problèmes d'électrodynamique ? 4. Quelles sont les principales propriétés d’une onde plane ? 5. Quelle est la nature du nombre d’onde dans les différents médias ? 6. Quelles sont les caractéristiques de la propagation des ondes planes dans les milieux conducteurs ? 7. Quelle est la nature du phénomène de dispersion lors de la propagation d'une onde plane dans un milieu semi-conducteur ? 8. A quoi conduisent la non-linéarité et l'anisotropie du milieu lors de la propagation d'une onde plane ? Ondes électromagnétiques sphériques dans des milieux homogènes illimités. Rayonnement des ondes électromagnétiques Le contenu de cette section est donné en pages Lors de l'étude de cette section, il est nécessaire de comprendre la formulation du problème du rayonnement des ondes électromagnétiques, ainsi que le fait que le rayonnement est créé uniquement par des charges électriques se déplaçant avec accélération. Il est nécessaire de comprendre l'intérêt d'introduire la notion d'émetteur élémentaire, les types de modèles d'émetteurs élémentaires et les méthodes de calcul de leurs caractéristiques. Vous devez prêter attention aux caractéristiques de la distribution du champ électromagnétique d'un émetteur élémentaire dans l'espace en fonction de la distance et des coordonnées angulaires, et comprendre les caractéristiques du comportement du vecteur de Poynting. Il est également nécessaire de connaître les caractéristiques techniques de base des émetteurs, telles que le diagramme de rayonnement, la puissance et la résistance au rayonnement, ainsi que la directivité. Questions d'autotest 1. Quel est l'intérêt d'introduire la notion d'émetteur élémentaire ? 13

trente . Comment se formule le problème du rayonnement des ondes électromagnétiques ? 3. Quelle méthode de résolution est utilisée pour calculer le rayonnement d'un dipôle électrique élémentaire ? 4. Nommer les zones caractéristiques de l'espace et les critères de séparation dans lesquels le champ de rayonnement est habituellement pris en compte. 5. Caractériser les propriétés énergétiques du champ émis par un émetteur élémentaire. 6. Quelles sont les caractéristiques d'un radiateur élémentaire en tant qu'antenne ? 7. Quels modèles sont utilisés pour décrire un émetteur magnétique élémentaire ? 8. Comparez l'émissivité des émetteurs électriques et magnétiques élémentaires. 9. Quelle est la forme du motif directionnel de l’élément de Huygens ? Ondes électromagnétiques plates dans un milieu inhomogène Le contenu de cette section est présenté en pages Lors de l'étude de cette section, l'étudiant doit comprendre la formulation du problème de réflexion et de réfraction d'une onde électromagnétique plane à une interface plane entre un milieu et la physique des les phénomènes qui se produisent à l'interface. Il est nécessaire de connaître la méthodologie pour obtenir les relations des vecteurs de champ électromagnétique à l'interface, en faisant attention aux domaines d'utilisation des conditions aux limites. Vous devez également étudier le contenu et la signification de concepts tels que l'angle de réflexion interne totale, l'angle de Brewster et l'effet de surface. Questions pour l'autotest 1. Quelle est la physique de la réflexion et de la réfraction d'une onde plane à l'interface ? Comment se pose le problème électrodynamique de la réflexion et de la pré-14

31 déferlement d'une onde plane à l'interface ? 3. Quel est l’intérêt d’introduire des conditions aux limites ? 4. Comment est déterminée la polarisation d’une onde électromagnétique incidente sur l’interface ? 5. Quelle est la signification physique du phénomène de polarisation complète ? 6. Qu’entend-on par épaisseur de la couche cutanée ? 7. Dessiner le comportement du module et de la phase du coefficient de réflexion lorsqu'une onde plane est incidente sur l'interface en fonction de l'angle d'incidence Ondes électromagnétiques guidées et systèmes de guidage. Guides d'ondes Le contenu de cette section est donné dans les pages suivantes. Dans cette section, vous devez étudier les types de systèmes de guidage existants, les types et les principales caractéristiques des ondes électromagnétiques qui s'y propagent, et envisager de résoudre l'équation des ondes pour les guides d'ondes rectangulaires et circulaires. . Il est nécessaire de comprendre les principaux paramètres caractérisant le fonctionnement du guide d'onde : longueur d'onde critique, longueur d'onde dans le guide d'onde, vitesses de phase et de groupe, impédance caractéristique du guide d'onde. Il est nécessaire de connaître et de pouvoir représenter graphiquement la structure des principaux types d'oscillations dans un guide d'ondes rectangulaire et circulaire, ainsi que de pouvoir sélectionner les dimensions du guide d'ondes pour fonctionner sur un type d'oscillation donné. Il faut également avoir une idée de la répartition des courants sur les parois du guide d'onde et des systèmes d'excitation et de couplage des guides d'onde. Questions d'auto-test 1. Nommez les types de systèmes de guidage actuellement existants Quelle est la différence entre les ondes électriques, magnétiques et électromagnétiques transversales dans les lignes de transmission ? 3. Quels types d’ondes peuvent se propager dans les guides d’ondes, les lignes coaxiales et les lignes filaires ? 4. Formuler un énoncé du problème de la propagation électromagnétique 15

32 ondes de fil dans un guide d'ondes. 5. Quelles conditions aux limites sont utilisées lors de la résolution de l’équation des ondes dans un guide d’ondes en métal creux ? 6. Dans quelles limites les vitesses de phase et de groupe des ondes électromagnétiques dans un guide d'ondes peuvent-elles varier ? 7. Quel type d'oscillations est généralement appelé le principal ? 8. Sur la base de quelles conditions le choix des dimensions de la section transversale du guide d'ondes est-il effectué ? 9. Formuler les exigences relatives aux dispositifs d'excitation d'oscillations électromagnétiques dans un guide d'ondes Lignes de transmission coaxiales et bifilaires Le contenu de la section est présenté aux pages 4 9. Dans cette section, il est nécessaire d'étudier les concepts de base liés aux ondes électromagnétiques transversales , faites attention aux caractéristiques de la distribution des ondes électromagnétiques le long de la ligne de transmission et dans ses sections transversales. Vous devriez également être capable d'écrire des expressions pour les principaux paramètres caractérisant les données de la ligne de transmission : impédance caractéristique, capacité et inductance linéaires, coefficient d'atténuation et quantité de puissance transférée. Questions d'auto-test 1. Formuler les propriétés de base d'une onde transversale dans les lignes de transmission. Dessinez les lignes de force d'une onde électromagnétique dans le plan transversal des lignes de transmission coaxiales et bifilaires. 3. Notez les expressions pour les principaux paramètres des lignes de transmission considérées. Le contenu de cette section est présenté en pages. Lors de l'étude de cette section, il est nécessaire de comprendre le but et la conception de 16.

33 fonctionnalités manuelles de différents types de résonateurs à cavité. Familiarisez-vous avec la méthode de résolution de l'équation d'onde pour un résonateur à cavité construit sur la base d'un guide d'onde rectangulaire, les types et la structure des types d'oscillations les plus simples, ainsi que les méthodes de calcul des principaux paramètres du résonateur. Vous devez connaître les principaux types de vibrations dans les résonateurs à cavité cylindrique, les méthodes de détermination de la fréquence de résonance naturelle, le facteur de qualité et les dimensions du résonateur, ainsi que les méthodes d'excitation. Questions pour l'autotest 1. Quels types de résonateurs à cavité sont utilisés dans la technologie des micro-ondes ? Quels types d’oscillations peuvent exister dans les résonateurs à cavité ? 3. Comment le facteur de qualité d’un résonateur à cavité est-il déterminé ? 4. À partir de quelles considérations les dimensions des résonateurs à cavité construits sur la base de guides d'ondes rectangulaires et circulaires sont-elles déterminées ? 5. Quels systèmes d'excitation par résonateur sont utilisés en pratique ? Concepts de base et définitions de la théorie de la radiodiffusion Le contenu de cette section est présenté à la page 4. Dans cette section, il est nécessaire de prêter attention au rôle des scientifiques russes dans le développement de la théorie et du développement de la technologie des systèmes de radiodiffusion. , communications radio, télévision et radar. Il convient de rappeler que le système décimal consistant à diviser la gamme de fréquences des ondes en sous-bandes est actuellement accepté dans le monde entier. Il est nécessaire de comprendre les caractéristiques de propagation des ondes radio dans ces sous-bandes. Questions pour l'auto-test 1. En quelles sous-bandes la gamme complète des ondes radio est-elle divisée ? Quelles sont les caractéristiques de la propagation des ondes radio dans les différentes sous-bandes ? 17

34 Propagation des ondes radio en espace libre Le contenu de cette section est présenté dans les pages Dans cette section, vous devez faire attention aux relations énergétiques lors de la propagation des ondes radio provenant d'émetteurs omnidirectionnels et directionnels en espace libre. Il est nécessaire d'être capable de dériver et d'analyser l'équation idéale des communications radio ; en utilisant le principe de Huygens-Fresnel, construire des zones de Fresnel et déterminer les zones essentielles et minimales de l'espace qui influencent la propagation des ondes radio. Il faut également faire attention au fait que même lorsque les ondes radio se propagent dans l'espace libre, le flux d'énergie du champ électromagnétique s'affaiblit avec la distance. Vous devriez être capable d'expliquer la physique de ce phénomène et d'écrire l'expression mathématique de la perte de transmission en espace libre. Questions pour l'autotest 1. Comment déterminer la densité de flux énergétique et l'intensité du champ des émetteurs non directionnels et directionnels dans l'espace libre ? Comment est formulé le principe de Huygens-Fresnel ? 3. Comment les zones de Fresnel sont-elles construites pendant le RRR en espace libre ? 4. Quelles considérations sont utilisées pour déterminer les zones essentielles et minimales affectant le RRR dans l'espace libre ? 5. Comment expliquer le processus d'affaiblissement du champ électromagnétique dans l'espace libre ? L'influence de la surface terrestre sur la propagation des ondes radio Le contenu de cette section est présenté dans les pages Dans cette section, il faut comprendre que la surface terrestre a une influence significative sur le RRF. Cette influence est prise en compte en introduisant un facteur d'atténuation du champ en espace libre, calculé en fonction du type spécifique de trajet radio. Besoin de connaître les paramètres électromagnétiques 18

35 principales variétés de la surface terrestre. Pour déterminer le facteur d'atténuation, il est nécessaire de résoudre le problème complexe de la diffraction des ondes radio autour de la surface réelle de la Terre. Il convient de garder à l'esprit qu'à l'heure actuelle, ce problème, même dans la formulation la plus rigoureuse, ne prend pas en compte les irrégularités de la surface de la Terre et est résolu pour une surface sphérique lisse. Les expressions obtenues, même avec cette formulation du problème, sont extrêmement complexes et les calculs du facteur d'atténuation ne sont possibles qu'à l'aide d'un ordinateur. Par conséquent, dans la pratique de l'ingénierie, pour certains trajets radio, des méthodes de solution approchées sont utilisées, basées sur les interférences. formules dans la région éclairée et une formule de diffraction à terme unique dans la région d'ombre profonde. Pour prendre en compte l'influence de la répartition réelle des paramètres terrestres le long du trajet radio et de la rugosité de sa surface, des méthodes approchées sont également utilisées. Il convient de prêter attention aux phénomènes suivants : réfraction côtière (courbure des trajectoires des ondes électromagnétiques) ; l'effet d'augmenter l'ampleur du champ électromagnétique dû aux obstacles ; à un changement brusque de l'ampleur du champ électromagnétique lors du franchissement de la limite de tronçons de l'itinéraire avec des paramètres électromagnétiques différents. Les irrégularités à la surface de la Terre sont réparties de manière aléatoire, ce qui conduit à la nécessité d'utiliser des méthodes de statistiques mathématiques pour étudier les processus de propagation des ondes radio sur des surfaces aussi inégales. Questions pour l’auto-test 1. Comment l’influence de la surface terrestre sur le RWP est-elle prise en compte ? Quels paramètres électromagnétiques caractérisent la surface de la Terre ? 3. Comment se formule le problème de la diffraction des ondes radio autour de la surface de la Terre ? 4. Quelles zones caractéristiques de l'espace sont généralement identifiées lors de l'étude 19

Lignes directrices pour l'étude des disciplines « Électrodynamique et propagation des ondes radio » et « Champs et ondes électromagnétiques » pour les étudiants VDBV-6-16 Références Littérature de base 1. Nikolsky V.V.,

SOMMAIRE Préface... 8 Chapitre 1. Fondamentaux de l'électromagnétisme... 9 1.1. Champ électromagnétique...9 1.2. Densité de courant de conduction...12 1.3. Loi de conservation de charge...14 1.4. La loi de Gauss...15 1.5. Loi

1 1. Buts et objectifs de la discipline 1.1. Objectifs de l'enseignement de la discipline La discipline « Fondements de l'électrodynamique et de la propagation des ondes radio » dispense une formation de base aux ingénieurs radio en théorie de l'électrodynamique et

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2 Section 1. Concepts de base de la théorie du champ électromagnétique Grandeurs de base caractérisant le champ électromagnétique. Classification des milieux par rapport au champ électromagnétique. Système d'équations de l'électrodynamique.

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3 1 LOIS FONDAMENTALES DE LA THÉORIE DES CHAMPS ÉLECTROMAGNÉTIQUES Le système d'équations électrodynamiques (équations de Maxwell) décrit les lois les plus générales du champ électromagnétique. Ces lois concernent l'électricité.

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SOMMAIRE Préface... 6 Comment utiliser le livre... 9 Instructions méthodologiques pour résoudre les problèmes... 12 Désignations des grandeurs physiques... 14 Introduction... 16 1. Électrostatique et courant continu... 18 1.1. Électrostatique

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Zaboronkova, T. M. Fondamentaux de l'électrodynamique et de la propagation des ondes radio :
manuel pédagogique / T. M. Zaboronkova, E. N. Myasni-
cov. - N. Novgorod : Maison d'édition de l'Institut fédéral d'enseignement professionnel supérieur "VGAVT", 2009. - 133 p.

Contenu:
Champs électriques et magnétiques statiques,
Champ électrostatique
Courant électrique continu
Champ magnétique stationnaire,
Mouvement de particules chargées dans des champs électriques et magnétiques constants,
Champ électromagnétique, équations de Maxwell,
Loi de l'induction électromagnétique,
Courant de déplacement, système d'équations de Maxwell,
Équations de Maxwell – Lorentz moyennes dans les milieux matériels,
Conditions aux limites pour les champs électriques et magnétiques,
Ondes électromagnétiques en espace libre,
Onde électromagnétique monochromatique plane,
Polarisation des ondes électromagnétiques,
Ondes électromagnétiques sphériques en espace libre,
Emission d'ondes électromagnétiques par un vibrateur élémentaire,
Ondes électromagnétiques dans des milieux matériels homogènes,
Ondes électromagnétiques dans un diélectrique isotrope homogène,
Ondes électromagnétiques dans un milieu à absorption,
Dispersion de la constante diélectrique,
Propagation de la vitesse de groupe des paquets d'ondes électromagnétiques,
Transfert d'énergie par un paquet d'ondes,
Dispersion et absorption par résonance du gaz moléculaire
Ondes électromagnétiques dans le plasma,
Paramètres du plasma ionosphérique,
Ondes électromagnétiques dans un plasma isotrope homogène,
Ondes électromagnétiques dans un plasma magnétoactif homogène,
L'incidence des ondes électromagnétiques à l'interface entre milieux homogènes,
Réflexion et réfraction des ondes d'une interface plane entre deux milieux,
Réflexion sur une surface parfaitement conductrice,
Réflexion d'un conducteur imparfait,
Propagation des ondes électromagnétiques dans un milieu régulièrement inhomogène,
Milieu lisse et inhomogène, approximation optique géométrique,
Réfraction des ondes radio dans l'atmosphère terrestre,
Réflexion des ondes radio d'une couche de plasma inhomogène. ,
Caractéristiques de la réflexion des ondes radio depuis l'ionosphère lors de la prise en compte du champ magnétique,
Interférence et diffraction des ondes électromagnétiques,
Interférence des ondes planes monochromatiques,
principe de Huygens-Fresnel-Kirchhoff,
Diffraction Fraunhofer,
Diffraction de Fresnel,
Diffraction des ondes radio par inhomogénéités aléatoires de densité électronique,
Propagation des ondes radio dans l'atmosphère terrestre,
Chemin radio idéal, gammes d'ondes radio,
L'influence de la surface sous-jacente sur la propagation des ondes radio,
L'influence de la troposphère sur la propagation des ondes radio,
Propagation des ondes radio dans l'ionosphère.

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1.1 Champ électromagnétique

Le champ électromagnétique est constitué d'un champ électrique solidaire d'un champ magnétique. Le champ électrique est représenté par le vecteur d'induction électrique, fonctionnellement dépendant du vecteur de l'intensité du champ électrique. . Le champ magnétique est représenté par le vecteur induction magnétique
, fonctionnellement dépendant de l'intensité du champ magnétique .

Les vecteurs de champ électromagnétique dans le cas général représentent un champ vectoriel électromagnétique non stationnaire, qui est fonction des coordonnées et du temps :

- induction électrique ;

- induction magnétique.

Un champ vectoriel électromagnétique stationnaire est fonction des coordonnées et ne dépend pas du temps :

- l'intensité du champ électrique ;

- l'intensité du champ magnétique ;

- induction électrique ;

- induction magnétique.

La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide est égale à la vitesse de la lumière

c = 3,10 8 m/s.

où λ est la longueur d'onde, m ;

T - période, art.

Fréquence , Hz

c = λf

Fréquence circulaire, s -1

ω = 2πf.

Plus la longueur d’onde électromagnétique est longue, plus la fréquence est basse. Les ondes électromagnétiques commencent avec une fréquence plus basse, puis les ondes radio des gammes d'ondes ultra-longues et longues commencent, puis les ondes moyennes avec une fréquence plus élevée, les ondes courtes et ultra-courtes avec une fréquence encore plus élevée. Les ondes radio sont suivies par le rayonnement infrarouge, qui a une longueur d'onde plus courte mais une fréquence plus élevée que les ondes radio. La lumière visible commence par des longueurs d'onde rouges. Les noms des fleurs commencent par des lettres dans l’ordre du dicton : « Chaque chasseur veut savoir où se trouve le faisan ». La lumière visible se termine par des ondes violettes. Viennent ensuite les rayons ultraviolets, les rayons X, les rayons gamma et les rayons cosmiques.

La théorie du champ électromagnétique est basée sur le calcul vectoriel et les champs vectoriels dont les dispositions les plus importantes seront discutées ci-dessous.

1.2 Champs scalaires et vectoriels

1.2.1 Champs de vecteurs potentiels (irrotationnels) et vortex

Lignes de champ potentielles (irrotationnelles)commencer à la source et terminer au drain. Les lignes du champ vortex (solénoïdal) n'ont pas de sources, sont toujours fermées, continues( voir l'image[ 4 ] ) .

R. Figure - Champs de potentiel (irrotationnel) et de vortex

Circulation vectorielle champ de potentiel le long d'une boucle ferméeLégal à zéro

Couler vecteur de champ de vortex à travers une surface fermée Séquivaut à zéro

Un champ électrostatique ne peut être que potentiel (irrotationnel), un champ magnétique ne peut être qu'un vortex.

1.2.2 Gradient de champ scalaire, opérateur de Hamilton

Le gradient (différence) du champ scalaire φ est un vecteur montrant dans quelle direction φ augmente le plus rapidement, égal en amplitude à la dérivée dans cette direction

Vecteur conditionnel ou opérateur de Hamilton

Gradient de champ scalaire φ, écrit à l'aide de l'opérateur Hamilton (opérateur nabla)

La surface plane φ contient les mêmes valeurs φ = const du champ scalaire, donc le gradient du champ scalaire φ est perpendiculaire à la surface plane φ et est dirigé vers l'augmentation de φ (voir figure [4]).

Figure - Dégradé de champ scalaire

1.2.3 Divergence (divergence)

Étant donné un champ vectoriel en un point (x; y; z)

Où
- vecteurs unitaires (orts) dans les directions des axes de coordonnées x, y, z, respectivement.

Pour un champ vectoriel au point (x; y; z), divergence (divergence) au point P égal à la limite du flux vectoriel à travers la surface S, limiter le volume V divisé par V lorsque V tend vers zéro

Valeurs de divergence en points P champs de vecteurs (voir figure [4]).

Figure - Valeurs de divergence

Lorsque la divergence est supérieure à zéro

à l'intérieur de la région V les sources du champ vectoriel sont localisées.

Pour une divergence négative

à l'intérieur de la région V sont les puits du champ vectoriel.

Avec divergence égale à zéro

Avec des lignes de champs boueuses imprègnent la zone V ou fermé (champ vortex).

1.2.4 Rotor (vortex)

Le rotor (vortex) permet d'estimer le degré de rotation à un moment donné ( X ; oui; z ) champ vectoriel

où sont les vecteurs unitaires (orts) dans les directions des axes de coordonnées x, y, z, respectivement.

Pour un champ vectoriel au point (x; y; z), la projection du rotor sur la direction normale à la surface, égale à la limite de circulation vectorielle autour du contour C, divisé par zoneΔ S surface délimitée par le contour C, tendant Δ Sà zéro

La direction de la normale est liée au sens de parcours du contour C par la règle de vis droite.

Rotor (vortex) d'un champ de vecteurs utilisant l'opérateur de Hamilton

Projections vectorielles
sur l'axe des coordonnées

Si au point P le rotor est nul

,

alors il n'y a pas de rotation en ce point et le champ vectoriel est potentiel.

1.3 Types de répartition des charges

Densité de charge volumique, C/m 3

Charge concentrée dans le volume V, C

Surface densité de charge interne, C/m 2

Charge concentrée sur la surface S, C

Liney densité de charge interne, C/m

Chargement des filaments , cl

La charge des charges ponctuelles est égale à la somme de N charges de grandeur finie

1.4 Champ électrique

Vecteur de déplacement électrique (induction électrique) égale à la constante électrique ε 0 multipliée par une parenthèse dans laquelle l'unité est ajoutée à la susceptibilité électrique χ e multipliée par le vecteur d'intensité du champ électrique

Constante électrique

Vecteur de déplacement électrique (induction électrique) dans une substance

Où ε - permittivité électrique absolue.

Vecteur d'induction électrique dans le vide

.

1.5 Champ magnétique

Vecteur d'induction magnétique égale à la constante magnétique μ 0 multipliée par une parenthèse dans laquelle l'unité est ajoutée à la susceptibilité magnétique χ m multipliée par le vecteur intensité du champ magnétique

Constante magnétique

Vecteur d'induction magnétique dans la matière

Où μ - perméabilité magnétique absolue.

Vecteur d'induction magnétique sous vide

Loi de 1,6 Ohm sous forme différentielle

Loi d'Ohm pour une section de circuit

U = IR

La densité actuelle

Exprimons

Intégrons plus et on obtient la dépendance du courant sur la densité de courant

La loi d'Ohm sous forme différentielle permet de déterminer la densité de courant, A/m 2

où σ est la conductivité spécifique du milieu, S/m.

2 équations de Maxwell

Le système d'équations de Maxwell sous forme différentielle décrit les champs électromagnétiques alternatifs

Les vecteurs dans les équations de Maxwell représentent un champ vectoriel électromagnétique non stationnaire, fonction des coordonnées x, y, z et du temps t.

2.1 Cas particuliers de phénomènes électromagnétiques

Dans des cas particuliers, les équations de Maxwell peuvent être simplifiées.

2.1.1 Champ électromagnétique stationnaire

Un champ électromagnétique stationnaire est créé par des courants continus et est décrit par des fonctions vectorielles de coordonnées qui ne dépendent pas du temps :

Intensité du champ électrique ;

Induction électrique ;

Intensité du champ magnétique ;

Induction magnétique.

Les fonctions vectorielles ne dépendent pas du temps, donc les dérivées partielles par rapport au temps dans les équations de Maxwell sont égales à zéro :

Le système d'équations de Maxwell sous forme différentielle prend la forme qui décrit un champ électromagnétique stationnaire :

2.1.2 Champs électriques ou magnétiques statiques

Les champs statiques ne changent pas avec le temps et n'ont pas de charges mobiles, donc pas de courants

.

Le système d'équations de Maxwell est divisé en deux systèmes d'équations indépendants l'un de l'autre. Le premier système caractérise le champ électrostatique et est appelé système d'équations différentielles de l'électrostatique.

Le deuxième système d'équations décrit le champ magnétostatique créé par les aimants fixes permanents

Ce système d'équations peut être utilisé pour décrire les champs magnétiques créés par des courants continus, mais dans des régions dans lesquelles la densité de courant est nulle et qui ne sont pas couplés au courant (ne renferment pas de lignes de courant).

2.1.3 Les équations de Maxwell sous forme complexe

Si les vecteurs du champ électromagnétique changent dans le temps selon les lois harmoniques, alors le système d'équations de Maxwell peut être représenté sous une forme complexe qui ne contient pas de temps pour les vecteurs complexes.

ou amplitudes complexes

2.1.4 Équations d'ondes

À partir des équations de Maxwell sous forme complexe, exprimant séparément les équations des vecteurs complexes Et le résultat est une vague équations de Helmholtz pour les vecteurs

et amplitudes complexes

Où - numéro d'onde, pour le vide

.

3 ondes électromagnétiques planes

À de grandes distances de la source, l’élément d’une onde sphérique peut être approximativement considéré comme plat. Les ondes planes ne peuvent pas être créées par des sources ; elles sont inventées pour simplifier considérablement la théorie des ondes électromagnétiques dans certains cas.

Les vecteurs d’intensité des champs électrique et magnétique d’une onde plane sont en phase et oscillent dans des directions mutuellement perpendiculaires dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l’onde. Ces ondes sont transversales (voir figure).

Figure - Image instantanée de la distribution de l'intensité des champs électriques et magnétiques dans la direction de propagation d'une onde plane. Au fil du temps, le motif de champ se déplace dans l'espace avec la vitesse de phase v f le long de l'axe z.

Le front d'onde est une localisation géométrique de points de champ de même phase : pour une onde plane (voir figure), une de ces surfaces est le plan z = z 0, perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Les paramètres du champ ne changent pas lors du déplacement dans le front d'onde.

Le front d'une onde plane est un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Les paramètres du champ ne changent pas lors du déplacement dans ce plan, donc les dérivées partielles dans les directions x et y sont égales à zéro :

Par vagues équations de Helmholtzpour qu'une onde plane devienne unidimensionnelle pour les vecteurs

et amplitudes complexes

Résolution d'équations différentielles pour les vecteurs

Où , - des vecteurs unitaires dans la direction des vecteurs d'intensité électrique et magnétique, respectivement ;

A, B, C, D - coefficients.

Parties réelles des vecteurs

Analysons le premier terme de la première équation. Sur la figure on montre la position du champ électrique maximum aux instants t (point A) et t+ Δ t.

Figure - Position des maxima du champ électrique

Pendant Δ tla position maximale s'est déplacée versΔ z,on peut écrire l'égalité

A cos (ωt − kz ) = A cos (ωt + ωΔt − kz − k Δz ),

dans lequel les arguments sont égaux

ω t − kz = ωt + ωΔt − kz − k Δz

0 = ωΔt - kΔz

ωΔt = kΔz.

De là, nous obtenons la vitesse de phase v f - vitesse de propagation du front d'onde

Pour le vide

donc la vitesse de phase dans le vide

Remplaçons les valeurs des constantes

par conséquent, dans le vide, la vitesse de propagation du front d’onde est égale à la vitesse de la lumière.

Vitesse de phase dans un milieu

La vitesse de phase est indépendante de la fréquence.

Amplitudes de deux points à une distance de longueur d'onde λ avec des phases différentes de 2π sont égaux, donc l'égalité est vraie

cos(ωt − kz) = cos(ωt − k(z + λ) + 2π),

dans lequel les arguments sont égaux

ωt − kz = ωt − k(z + λ) + 2π,

ωt − kz = ωt − kz − kλ + 2π.

Réduisons ω t − kz

0 = − kλ + 2π,

k λ= 2 π.

D'où la longueur d'onde

Pour tout environnement

,

donc la longueur d'onde

Dans le vide, la longueur d'onde

Longueur d'onde dans d'autres médias

Impédance du vide

Pour l’air sec, la même résistance aux vagues est supposée.

4 Propagation radioélectrique

Toutes les ondes électromagnétiques, y compris les ondes radio, se propagent dans le vide à une vitesse de 3·10 8 m/s.

4.1 Propagation des ondes radio dans l'espace libre

Nous considérerons la propagation des ondes radio dans l'atmosphère, le long de la surface terrestre, dans la croûte terrestre, dans l'espace extra-atmosphérique de notre galaxie et au-delà comme la libre propagation des ondes radio, que nous considérerons.

4.1.1 Classification des ondes radio par portée

Les ondes radio ont une gamme de fréquences allant de milliers de hertz à des milliers de gigahertz : 3 10 3 - 3 10 12 Hz Les ondes longues ont une fréquence plus basse que les ondes courtes, qui ont une fréquence plus élevée.

L'utilisation des ondes radio est possible grâce au dispositif émetteur, milieu naturel de propagation des ondes radio et au dispositif récepteur, le tout formant une liaison radio.

L'atmosphère et la surface terrestre sont des milieux absorbants, électriquement inhomogènes, dont la conductivité et la constante diélectrique ne sont pas constantes dans le temps et dans l'espace, en fonction de la fréquence de propagation des ondes radio.

Par conséquent, les ondes radio ont été divisées en gammes de fréquences avec à peu près les mêmes conditions de propagation des ondes radio dans ces gammes de fréquences. Les gammes de fréquences sont adoptées par le Comité consultatif international des radiocommunications (CICR) conformément au Règlement des radiocommunications.

Les ondes optiques sont également utilisées pour les communications radio : infrarouges, visibles et ultraviolettes.

La puissance des ondes électromagnétiques dépend de la fréquence à la puissance 4

P ~ ω 4.

Les ondes avec des fréquences plus élevées mais des longueurs d’onde plus courtes sont capables de produire plus de puissance.

Les antennes à diagramme de rayonnement étroit ont des dimensions nettement supérieures à la longueur d'onde ; pour les hautes fréquences, il est plus facile de fabriquer des antennes aussi efficaces.

Plus la fréquence porteuse est élevée, plus le nombre de canaux modulés indépendants pouvant être transmis par ces ondes radio est grand.

4.2 Théorie de l'antenne

L'espace autour de l'antenne est divisé en trois zones avec des structures de champ et des formules de calcul différentes : proche, intermédiaire et lointain. Dans les lignes de communication réelles, il existe généralement une région éloignée (zone Fraunhofer) à distance de l'antenne.

Où L- taille maximale de la zone rayonnante de l'antenne, m ;

λ - longueur d'onde, m.

Impédance caractéristique (d'onde) d'un milieu libre

Vecteur de Poynting (Umov - vecteur de Poynting), W/m 2

Où P - puissance, W ;

r- distance de l'antenne au point d'observation, m.

Où D- Coefficient directionnel (NAF) de l'antenne.

Vecteur de Poynting moyen en champ lointain

De la relation

Exprimons l'amplitude de l'intensité du champ magnétique

Remplaçons

Égalisons les vecteurs de Poynting

Réduisons-le

Amplitude du champ électrique dans la zone lointaine d'une antenne en espace libre

L'intensité du champ dans d'autres directions est déterminée à l'aide du diagramme de rayonnement de l'antenne F(θ,α), dans lequel les angles θ et α dans le système de coordonnées sphériques (r,θ,α) spécifient la direction vers le point d'observation :

5 Propagation d'ondes radio de différentes portées

5.1 Propagation des ondes ultra-longues et longues

Les ondes ultra-longues (ULW) ont une longueur d'onde supérieure à 10 000 m et une fréquence inférieure à 30 kHz. Les ondes longues (LW) ont une longueur d'onde de 1 000 à 10 000 m et une fréquence de 300 à 30 kHz.

SDV et DV ont une longue longueur d'onde, ils se courbent donc bien autour de la surface terrestre. Les courants de conduction de ces ondes radio dépassent largement les courants de déplacement pour tous les types de surface terrestre, de sorte que peu d'énergie est absorbée lors de la propagation de l'onde de surface. Par conséquent, VSD et DV peuvent se propager sur des distances allant jusqu'à 3 000 km.

Le SDV et le DV sont faiblement absorbés dans l'ionosphère. Plus la fréquence de l’onde radio est basse, plus la densité électronique de l’ionosphère est faible pour diriger l’onde radio vers la Terre. Par conséquent, la rotation du LW et du LW se produit à la limite inférieure de l'ionosphère (pendant le jour dans la couche D et la nuit dans la couche E) à une altitude de 80 à 100 km. La troposphère n’a pratiquement aucun effet sur la propagation du SDV et du DV. Autour de la Terre, les VHF et LW se propagent, réfléchies par l'ionosphère et par la surface terrestre dans une couche sphérique de 80 à 100 km entre la limite inférieure de l'ionosphère et la surface terrestre.

Les lignes de communication sur le SDV et le DV ont une grande stabilité de l'intensité du champ électrique. Au cours d'une journée et d'une année, la valeur du signal change peu et n'est pas sujette à des changements aléatoires. Par conséquent, VFD et DV sont largement utilisés dans les systèmes de navigation.

La gamme de fréquences limitée (3-300 kHz) du VHF et du DV ne permet pas le placement d'un seul canal de télévision, ce qui nécessite une bande de 8 MHz.

La grande longueur d'onde du VLF et du DV impose l'utilisation d'antennes volumineuses.

Malgré leurs inconvénients, les VFD et DV sont utilisés dans la radionavigation, la radiodiffusion, les communications radiotéléphoniques et télégraphiques, y compris avec des objets sous-marins, car celles-ci et les ondes optiques sont faiblement absorbées dans l'eau de mer.

5.2 Propagation des ondes moyennes

Les ondes moyennes (MV) ont une longueur d'onde de 100 à 1 000 m, une fréquence de 300 kHz à 3 MHz (0,3 à 3 MHz). Les CB terrestres et ionosphériques, qui sont principalement utilisés dans la radiodiffusion, peuvent se propager.

Les liaisons radio terrestres SW sont limitées à une longueur ne dépassant pas 1 000 km en raison de l'absorption importante du SW par la surface terrestre.

Le SW ionosphérique peut être réfléchi par la couche E ionosphère. À travers la couche la plus basse D l'ionosphère, qui n'apparaît que pendant la journée, les SW la traversent et y sont fortement absorbés,éliminant pratiquement la communication pendant la journée. Par conséquent, la nuit dans l’ionosphère, l’absorption du SW diminue considérablementet à des distances supérieures à 1000 km de l'émetteur, la communicationest en cours de restauration.

En raison de l'interférence des ondes ionosphériques entre elles ou (et la nuit) avec les ondes de sol, un évanouissement aléatoire du signal (évanouissement) se produit. Les antennes anti-décoloration ont un diagramme de rayonnement maximal pressé contre la surface de la terre pour lutter contre la décolorationet modulation croisée sur le NE.

5.3 Propagation sur ondes courtes

Les ondes courtes (SW) ont une longueur d'onde de 10 à 100 m (10 fois plus courte que les ondes moyennes), une fréquence de 3 à 30 MHz (10 fois supérieure à la fréquence SW). Les HF sont principalement utilisées pour la radiodiffusion.

Les HF sont fortement absorbés par la surface terrestre et ne se plient pas bien autour de la surface terrestre, de sorte que les HF terrestres ne s'étendent que sur quelques dizaines de kilomètres.

Les HF subissent une absorption et traversent les couches les plus basses de l'ionosphère D et E, mais réfléchi par le calque F.

Le calcul des lignes de communication HF consiste à établir un planning des fréquences de fonctionnement en fonction de l'heure de la journée (horaire des vagues).

5.4 Caractéristiques de la propagation des ondes ultracourtes

Les ondes ultracourtes (UHF) ont une longueur d'onde inférieure à 10 m et une fréquence supérieure à 30 MHz. En termes de fréquence, le VHF confine au HF en bas et aux ondes infrarouges en haut. L'ionosphère est transparente pour la VHF, les lignes VHF sont donc utilisées principalement en visibilité directe.

Les VHF disposent d'une large gamme de fréquences capables de transmettre des quantités importantes d'informations. 297 chaînes de télévision peuvent être placées sur des ondes métriques et décimétriques. Il n'y aura que 3 chaînes de télévision sur toute la gamme ondes courtes, et pas une seule sur toute la gamme CB.

Le développement des communications mobiles et par satellite, Internet et d'autres raisons mentionnées ci-dessus obligent la technologie radio à évoluer vers des fréquences plus élevées, de sorte que la VHF prend de plus en plus d'importance.

5.4.1 Propagation VHF en visibilité directe

Lignes de communication VHF fonctionnant en visibilité directe :

Diffusion VHF et télévision ;

Stations radar (radar);

Lignes de communication par relais radio (RRL) ;

Communication avec les objets spatiaux ;

Connexion mobile.

5.4.2 Propagation VHF au-delà de l'horizon

La propagation à longue distance des VHF au-delà de l'horizon se produit des manières suivantes :

En raison de la diffusion par inhomogénéités dans la troposphère ;

Superréfraction dans la troposphère ;

Diffusion par irrégularités ionosphériques ;

En raison de la réflexion des couches ionosphériques F 2 et E S ;

- en raison de la réflexion des traînées de météores ;

Grâce au renforcement de l'obstacle (voir figure)

Figure - Propagation des ondes radio amplifiées par un obstacle

Liste des symboles, symboles, unités et termes

D,B - vecteurs d'induction électrique et magnétique

E, H - vecteurs des intensités des champs électriques et magnétiques

I(r, t) - courant électrique

j (r, t) – vecteur de densité de courant électrique

P – puissance du champ électromagnétique

M - vecteur de magnétisation

P - vecteur de polarisation électrique

q - charge électrique

ε,μ – perméabilité diélectrique et magnétique absolue

ε 0 ,μ 0 – constantes diélectriques et magnétiques

ε r ,μ r – perméabilité diélectrique et magnétique relative

P - Vecteur de Poynting (Umov - Vecteur de Poynting)

ρ,ξ,τ - densités de charge volumétriques, superficielles et linéaires

σ – conductivité spécifique du milieu

ϕ - potentiel électrostatique scalaire

χ e,χ m - susceptibilité électrique et magnétique

W – énergie du champ électromagnétique

W e, W m - énergies des champs électriques et magnétiques

w – densité d'énergie du champ électromagnétique

nous e, w m - densités d'énergie des champs électriques et magnétiques

k - numéro d'onde

SDV - ondes ultra-longues

LW - ondes longues

NE - ondes moyennes

HF - ondes courtes

VHF - ondes ultracourtes

Radar - station radar

RRL - ligne de relais radio

D est le coefficient de directivité de l'antenne

G - gain d'antenne

F(θ,α) - diagramme de rayonnement de l'antenne

R 0 - rayon de la Terre (6371 km)

Z 0 − impédance caractéristique de l'espace libre

Liste des sources utilisées

1.Électrodynamique et propagation des ondes radio : manuel. allocation / L.A. Bokov, V.A. Zamotrinsky, A.E. Mandel. - Tomsk : Tomsk. État Université des systèmes de contrôle et radioélectronique, 2013. - 410 p.

2.Morozov A.V. Electrodynamique et propagation des ondes radio : un manuel pour l'enseignement supérieur. entrainement militaire institutions / Morozov A.V., Nyrtsov A.N., Shmakov N.P. - M. : Radiotekhnika, 2007. - 408 p.

3. Yamanov D.N. Fondamentaux de l'électrodynamique et de la propagation des ondes radio. Partie I. Fondamentaux de l'électrodynamique : Textes de cours. - M. : MSTU GA, 2002. - 80 p.

4. Panko contre.S. Cours sur le cours « Electrodynamique et propagation des ondes radio ».

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