METODY ANALIZY PÓL I PROPAGACJI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH W ELEKTRONICE I TELEKOMUNIKACJI

ISBN: 978-83-7775-163-3

212 stron
format: B5
oprawa: miękka
Rok wydania: 2012

W podręczniku przedstawiono najnowsze i najczęściej obecnie stosowane metody obliczania i symulacji rozchodzenia się fal elektromagnetycznych. Książka może być pomocna dla studentów starszych lat studiów inżynierskich lub magisterskich, a także doktoranckich. Zakłada się, że Czytelnik jest zaznajomiony z podstawami elektromagnetyzmu, teorii obwodów, analizy matematycznej i rachunku wektorowego. W rozdziale 1 przypomniano podstawowe wiadomości na temat równań Maxwella, warunków brzegowych, potencjałów: skalarnego elektrycznego oraz wektorowego magnetycznego oraz równań falowych wektorowych i skalarnych. Omówiono również aktywne linie transmisyjne przydatne w analizie zakłóceń w transmisji przewodowej powodowanych przez zewnętrzne fale elektromagnetyczne. Wprowadzono pojęcie długości skutecznej anteny, przydatne przy wprowadzaniu transmitancji kanałów szerokopasmowych. Spośród metod analitycznych rozwiązywania zagadnień brzegowych omówiono trójwymiarowe przekształcenie Fouriera oraz klasyczną metodę rozdzielenia zmiennych. Podano szereg rozwiązanych przykładów, z których jeden (2D), dotyczący oddziaływania fali płaskiej na walec doskonale przewodzący, przewija się przez całą książkę (tzw. ang. case study). W rozdziale 2 omówiono metodę różnicową i algorytm FDTD, a w szczególności takie zagadnienia, jak: dokładność i błąd metody, stabilność oraz absorpcyjne warunki brzegowe w postaci miękkiego ucięcia siatki oraz warstwy doskonale dopasowanej. Zamieszczono także proste programy ilustrujące algorytm FDTD dla przypadków 2D, napisane w środowisku Mathcad 14. Rozdział 3 poświęcony jest metodzie optyki geometrycznej, jednolitej teorii dyfrakcji oraz ich związkowi z równaniami Maxwella. Omówiono w nim: propagację, odbicie oraz ugięcie fal elektromagnetycznych.

SPIS TREŚCI

Przedmowa1. Metody analityczne obliczania propagacjifal elektromagnetycznych1.1. Równania Maxwella1.1.1. Różniczkowa postać równań Maxwella1.1.2. Całkowa postać równań Maxwella1.1.3. Warunki brzegowe i początkowe1.2. Wektorowe i skalarne równanie falowe1.2.1. Wektorowe równanie falowe dla pól E H1.2.2. Potencjały1.3. Rozwiązanie równania falowego1.4. Długość skuteczna anteny - transmisja ultraszerokopasmowa1.5. Aktywne linie transmisyjne1.6. Metoda rozdzielenia zmiennych1.6.1. Wprowadzenie1.6.2. Algorytm metody rozdzielenia zmiennych1.6.3. Wykorzystanie metody rozdzielenia zmiennych do obliczenia rozkładu potencjału w falowodzie1.6.3.1. Przedstawienie problemu1.6.3.2. Zastosowanie metody superpozycji1.6.3.3. Rozdzielenie zmiennych1.6.3.4. Rozwiązanie równania ogólnego1.6.3.5. Wyznaczenie rozwiązania szczególnego1.6.4. Wykorzystanie metody rozdzielenia zmiennych do obliczenia potencjału w przestrzeni półnieskończonej1.6.4.1. Przedstawienie problemu1.6.4.2. Rozwiązania równania ogólnego1.6.4.3. Wyznaczenie rozwiązania1.6.5. Propagacja fali w wolnej przestrzeni1.6.6. Rozdzielenie zmiennych w cylindrycznym układzie współrzędnych1.6.7. Przykład rozwiązania równania falowego dla współrzędnych cylindrycznych1.6.7.1. Przedstawienie problemu1.6.7.2. Rozdzielenie zmiennych i warunki brzegowe1.6.7.3. Wyznaczenie rozwiązania dla pola rozproszonego1.6.7.4. Wyznaczenie pola elektrycznego całkowitego1.6.7.5. Pole magnetyczne na zewnątrz walca1.6.7.6. Obliczenie gęstości prądu na powierzchni walca1.7. Skuteczna powierzchnia odbiciaBibliografia2. Metoda różnicowa analizy pola elektromagnetycznego2.1. Podstawowe informacje o różnicach skończonych2.2. Dokładność i błąd metody2.3. Stabilność metody różnicowej2.4. Algorytm FDTD2.4.1. Aproksymacja pochodnych w równaniach różniczkowych Maxwella2.4.2. Aproksymacja równań całkowych Maxwella,2.4.3. Pełny zestaw równań opisujących algorytm FDTD2.5. Absorpcyjne warunki brzegowe2.5.1. Metoda miękkiego ucinania siatki2.5.2. Warstwa doskonale dopasowana2.5.3. Algorytm FDTD w warstwie doskonale dopasowanej2.6. Przykłady obliczeniowe2.6.1. Implementacja warstwy PML2.6.2. Implementacja miękkiego ucięcia siatki2.6.3. Przykłady źródeł pobudzających2.6.4. Ocena jakości absorpcyjnych warunków brzegowych2.6.5. Wykorzystanie algorytmu FDTD do analizy rozpraszania fali płaskiej na nieskończenie długich obiektachBibliografia3. Metody asymptotyczne3.1. Optyka geometryczna3.1.1. Optyka promieni - zasada Fermata - powierzchnia eikonału3.1.2. Związki między amplitudami pola elektrycznego3.1.3. Polaryzacja i faza pola elektromagnetycznego - podstawowe właściwości pola optyki geometrycznej3.1.4. Źródła pola optyki geometrycznej3.1.4.1. Elektryczne i magnetyczne źródła liniowe3.1.4.2. Dipol Hertza3.1.4.3. Anteny tubowe3.1.4.4. Dipol odcinkowo sinusoidalny3.2. Pole odbite optyki geometrycznej3.2.1. Przykłady obliczania pól odbitych3.2.1.1. Odbicie fali płaskiej od kuli - przypadek 3D3.2.1.2. Odbicie fali płaskiej od klina z krawędzią prostą -przypadek 2 D3.2.1.3. Odbicie fali płaskiej od walca doskonale przewodzącego - przypadek 2D3.3. Dyfrakcja3.3.1. Fala padająca prostopadle na klin z krawędzią prostą -przypadek 2D3.3.2. Fala padająca prostopadle na klin z krawędzią prostą -przypadek 3D3.4. Algorytmy śledzenia promieniBibliografiaDodatek Dl: Własności funkcji BesselaDodatek D2: Algorytm i kod PMLDodatek D3: Algorytm metody FDTD