Программа учебной дисциплины сд. Р. 05 «Распространение радиоволн» Специальности 071500, 013900

Вид материала

Программа

Содержание Программа учебной дисциплины 1.2. Задачи курса 1.3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника 2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля Изучение дисциплины по семестрам 3. Содержание дисциплины Обобщенная задача Зоммерфельда 3.2. Лабораторный практикум 3.5. Темы рефератов 4. Учебно-методическое обеспечение курса

Подобный материал:

• Программа учебной дисциплины «Распространение электромагнитных волн в плазме» Специальности, 82.76kb.
• Программа учебной дисциплины «Электродинамика плазмы» Специальности 071500, 013900, 74.5kb.
• Программа учебной дисциплины «Теория сигналов» Специальности 071500, 013900 (СД. 05), 82.24kb.
• Программа учебной дисциплины «Теория линейных систем» Специальности 071500, 013900, 64.99kb.
• Программа учебной дисциплины «автоматизация физического эксперимента» Специальности, 92.84kb.
• Программа учебной дисциплины «Физические основы радиоэлектроники» (Преобразование, 74.97kb.
• Аннотация программы дисциплины «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства, 479.6kb.
• Аннотация примерной программы дисциплины «Распространение радиоволн и антенно-фидерные, 512.79kb.
• Дисциплина «Электродинамика и распространение радиоволн» (ЭДи ррв) является одной, 170.21kb.
• Программа учебной дисциплины «Нелинейные колебания и волны» Специальность 013900 (СД., 114.19kb.

Министерство образования Российской Федерации


Санкт - Петербургский государственный университет


Физический факультет

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры радиофизики	УТВЕРЖДАЮ декан факультета ________________ А.С. Чирцов
Протокол от 18. 11. 2003 № 10 Заведующий кафедрой _____________________Н.Н.Зернов

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


СД.Р.05 - «Распространение радиоволн»


Специальности 071500, 013900


Разработчики:

профессор, доктор физ.-мат.наук _________________ Г.И. Макаров


Рецензент:

профессор, канд.физ.-мат.наук _________________ В.В. Новиков


Санкт - Петербург - 2003 г.

1. Организационно-методический раздел


1.1. Цель изучения дисциплины: Обучение студентов с теорией распространения радиоволн в однородной и основными закономерностями поведения электромагнитных полей над плоской неоднородной по глубине Землей.

1.2. Задачи курса: Изучение математических методов построения и исследования решений задач распространения электромагнитных полей. Теоретическое исследование пространственной фазовой и амплитудной структуры полей и их зависимости от частоты и свойств подстилающей поверхности.

1.3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника:

Дисциплина «Распространение радиоволн» является базовой в подготовке профессионального радиофизика и служит основой для решения различных конкретных задач радиосвязи, радионавигации и радиогеологии.

1.4. Требования к уровню освоения дисциплины СД.Р.05 – «Распространение радиоволн»:

• знать содержание дисциплины «Распространение радиоволн»
  
• уметь применять изложенную в курсе теорию к анализу электромагнитного поля к конкретных ситуациях.
  

2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и итогового контроля

	Всего аудиторных занятий	90 часов
	из них: - лекций	72 часа
	- практические занятия	18 часов
	Самостоятельная работа студента (курсовой работы по дисциплине нет)	36 часов
	Итого (трудоемкость дисциплины)	128 часов
Изучение дисциплины по семестрам:
9 семестр: лекции - 72 часа, практические занятия – 18 часов; 1 контрольная работа, зачет, экзамен;

3. Содержание дисциплины

3.1. Темы дисциплин, их краткое содержание и виды занятий

Распространение радиоволн .

9-й семестр

Общие вопросы теории распространения волн: 24 ч. лекций, 6 ч. практических занятий;

Уравнения Максвелла. Их замыкание. Материальные соотношения. Потенциалы, принцип поляризационной двойственности. Источники ТМ и ТЕ волн. Интегрирование уравнения Гельмгольца. Интегральные уравнения Кирхгофа. Классификация граничных задач. Математические условия неотражаемости. Функции Грина граничных задач. Функция Грина для плоской границы раздела. Скалярные теоремы об отражении. Примеры простейших источников поля. Векторная теорема об отражении. Поле электрического диполя в свободном пространстве. Ближняя и дальняя зоны. Диаграмма направленности. Средняя за период плотность потока энергии. Фазовая структура поля. Фазовые скорости. Переходные процессы в поле диполя. Импедансы: характеристический, нормальный, приведенный поверхностный. Приведенный поверхностный импеданс однородного полупространства. Локализация импедансов физически –осуществимых структур. Коэффициенты Френеля физически- осуществимых структур. Уравнение Рикатти для импеданса и импеданс неоднородного по глубине полупространства. Классификация импедансов физически-осуществимых структур. Приведенный поверхностный импеданс произвольной N-слойной среды. Случай двухслойной среды, толстые, тонкие и очень тонкие слои Области существенные при распространении. Концепция Введенского.

Обобщенная задача Зоммерфельда: 48 ч. лекций, 12 ч. практических занятий.

Строгая постановка о поле вертикального диполя над неоднородным по глубине полупространством. Элементарные волны и их импедансы. Спектральная постановка задачи Зоммерфельда. Сужение поперечного оператора L_z с помощью строгих импедансных условий. Спектральные задачи для падающего и полного поля. Связь спектральных разложений для падающего поля с интегралом Фурье. Интегральные преобразования, связывающие интеграл Фурье с интегралом Фурье- Бесселя. Спектральная задача для продольного оператора в виде разложения в интеграл Фурье-Бесселя. Строгое решение обобщенной задачи Зоммерфельда в виде разложения по спектральным функциям продольного оператора. Интегральные преобразования, позволяющие перейти к спектральным разложениям для поперечного оператора. Дискретная часть спектра поперечного оператора. Динамика собственных значений для двухслойного полупространства. Собственные функции и волны волноводного типа. Вторая ветвь сплошного спектра поперечного оператора. Боковая волна. Приближенная импедансная постановка задачи. Эффективный импеданс. Погрешности, связанные с приближенной импедансной постановкой задачи. Представление Е_z при введении эффективных импедансов. Асимптотика для полей в форме, содержащей волну Ценнека, единые представления для функции ослабления и её представления в виде сходящихся рядов для малых численных расстояний. Вторичные асимптотики. Явление Стокса. Поле на поверхности Земли. Слабо-сильные и сильно-сильные индуктивные импедансы.. Особенности поля для сильно индуктивных импедансов. Пространственные характеристики поля. Амплитудные и фазовые (энергетические) диаграммы Нортона. Поток энергии вдоль фронта волны (поперечная диффузия поля). Диаграмма направленности горизонтального диполя.

3.2. Лабораторный практикум

Раздел 3.2 в данной программе отсутствует.

3.3. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы

Тема I.

• Уравнения Максвелла и материальные соотношения;
  
• Потенциалы электромагнитного поля, ТМ и ТЕ поля;
  
• Формула Кирхгофа;
  
• Условия на бесконечности;
  
• Теорема об отражении от идеально проводящей плоскости;
  
• Поле электрического диполя в свободном пространстве;
  
• Приведенный поверхностный импеданс;
  
• Коэффициент отражения Френеля и угол Брюстера;
  
• Концепция Введенского.
  

Тема II.

• Уравнение движения электрона;
  
• Плазменная и циклотронная частоты;
  

Тема III.

• Решение задачи Зоммерфельда (задачи о поле вертикального электрического диполя над плоской импедансной поверхностью) в виде разложения по спектральным функциям продольного оператора;
  
• Решение задачи Зоммерфельда в виде разложения по спектральным функциям поперечного оператора;
  
• Боковая волна и волны волноводного типа;
  
• Функция ослабления и ее асимптотика;
  
• Амплитудные и фазовые диаграммы Нортона;
  

4. Темы курсовых работ
   

Раздел 3.4 в данной программе отсутствует.

3.5. Темы рефератов

Раздел 3.5 в данной программе отсутствует.

3.6. Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу

• Строгая постановка задачи Зоммерфельда. Элементарные волны. Сужение оператора L_z.
  
• Интегрирование уравнения Гельмгольца. Интегральные уравнения Кирхгофа. Математические условия неотражаемости. Функция Грина для плоской границы раздела.
  
• Поле диполя в свободном пространстве. Диаграммы направленности. Фазовая структура поля. Фазовые скорости.
  
• Импедансы (4 типа). Физически осуществляемые структуры. Классификация импедансов. Уравнение Рикатти. Двухслойные структуры.
  
• Переходные процессы в поле диполя. Спектральные разложения L_z.
  
• Строгая постановка обобщенной задачи Зоммерфельда. Элементарные волны. Спектральная постановка (строгая).
  
• λ – волны и спектры поперечного оператора и
  
• Фазовые диаграммы Нортона и их связь с потоком энергии. О соответствии амплитудных и фазовых диаграмм Нортона.
  
• Переход к спектральным разложениям с помощью интегральных преобразований. Дискретная часть спектра.
  
• Поле на поверхности Земли для эффективных импедансов различных типов.
  
• Строгое решение обобщенной задачи Зоммерфельда в виде разложения по спектральным функциям продольного оператора. Интегральные преобразования и переход к спектральным разложениям L_z.
  
• Области существенные при распространении. Концепция Введенского.
  
• Представление E_z при введении эффективных импедансов. Случай kR>> 1 φ>|δ|. Концепция Введенского.
  
• Эффективный импеданс. Погрешности получаемые при введении эффективного импеданса.
  
• Динамика собственных значений . Волны волноводного типа и их свойства.
  
• Вторая ветвь сплошного спектра . Боковая волна и ее свойства.
  
• Пространственные характеристики поля. Диаграммы Нортона.
  
• Коэффициенты Френеля физически осуществимых структур. Уравнение Рикатти для импедансов. Классификация импедансов физически осуществимых структур.
  
• Представления w (SR) при малых ( |S|R< 1) и |S|R>1. Вторичные асимптотики. Волна Ценнека.
  

4. Учебно-методическое обеспечение курса

4.1. Активные методы обучения

В данном курсе используются классические аудиторные методы и самостоятельная работа студентов по освоению теории распространения радиоволн над плоской импедансной поверхностью.

2. Литература
   
   1. Основная
      

1. Е.Л. Фейнберг Распространение радиоволн вдоль Земной поверхности. – М.:АН СССР, 1961.
   
2. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение электромагнитных волн над земной поверхностью. – М.: Наука, 1991
   

4.2.2. Дополнительная

1. Разин П.А. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. – М.-Л.: Тр. ФИАН, Т.3, с. 47-120, 1946.

2. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. – М.: Наука, 1973.