Приложение - Физический факультет СПбГУ

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
СДМ.В.01-05 - «Распространение электромагнитных волн
СНЧ диапазона в приземном волноводе»
Магистерская программа 510419/16
Разработчик:
доцент, канд. физ.-мат. наук _________________ С.Т. Рыбачек
Рецензент:
профессор, докт. физ.-мат .наук ______________В.А. Павлов
Санкт - Петербург - 2003 г.
1. Организационно-методический раздел
Цель изучения дисциплины: Обучение студентов методам исследования
электромагнитных полей сверхнизкочастотного (СНЧ) диапазона вблизи
поверхности Земли.
1.2. Задачи курса: Изучение основных разделов дисциплины; развитие навыков
самостоятельного решения задач распространения СНЧ радиоволн.
1.3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника:
Лекционный курс “Распространение СНЧ радиоволн в приземном волноводе”
является одним из основных в профессиональной подготовке выпускников,
специализирующихся в области распространения радиоволн.
1.4. Требования
к
уровню
освоения
дисциплины
СДМ.В.01-05
"Распространение СНЧ радиоволн в приземном волноводе"
- знать содержание дисциплины "Распространение СНЧ радиоволн в
приземном волноводе" и иметь достаточно полное представление о возможностях
применения его разделов в различных прикладных областях науки и техники;
- в соответствии с программной курса уметь исследовать структуру СНЧ
радиополей при различных удалениях от источника, уметь исследовать поля
вблизи источника и антиподной точки, владеть методами исследования проблемы
возбуждения резонатора Земля-ионосфера в рамках различных моделей
резонатора.
1.1.
2. Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего, промежуточного и
итогового контроля
Всего аудиторных занятий
48часов
из них лекций
48 часов
Самостоятельная работа студента
30 часов
Итого (трудоемкость дисциплины)
78часов
Изучение дисциплины по семестрам:
11 семестр: лекции - 48 ч., экзамен.
3.
3.1.
Содержание дисциплины
Темы дисциплины, ее краткое содержание и виды занятий
I.
Введение:
4 часа лекций.
Уравнения поля. Граничные условия. Принцип перестановочной двойственности.
Принцип поляризационной двойственности. Теоремы взаимности. Поля короткой
линейной антенны и малой рамки с током в свободном пространстве. Поля короткой
линейной антенны и малой рамки с током над идеальной плоскостью.
II.
Границы приземного волновода:
4 часа лекций.
Электрические свойства Земли. Импедансы и коэффициенты отражения для
однородной и слоистой структур. Некоторые свойства ионосферы. Электронные и
ионные плотности. Частоты столкновений. Тензоры проводимости и диэлектрической
проницаемости. Импедансные граничные условия.
III. Волны в импедансном сферическом волноводе:
18 часов лекций.
Естественные источники излучения. Описание молниевого разряда. Математические
модели молниевых разрядов.
Построение решения для радиального электрического диполя в виде ряда нормальных
волн. Радиальный магнитный диполь. Построение решения для горизонтального
электрического диполя с помощью теоремы взаимности. Горизонтальный магнитный
диполь.
Поля в окрестности излучателя для радиальных и горизонтальных электрических
диполей.
Поля в окрестности антипода для радиальных и горизонтальных электрических
диполей.
Построение решения в виде ряда зональных гармоник. Преобразование Ватсона.
IV. Распространение СНЧ радиоволн:
14 часов лекций.
Одномодовое
представление
поля.
Характеристики
распространения.
Экспоненциальная изотропная ионосфера. Сложные профили электронной
концентрации. Учет анизотропии ионосферы. Учет ионов в нижней ионосфере.
Отражения от F - слоя. Модели возмущенной ионосферы.
V.
Шумановские резонансы:
8 часов лекций.
Модели приземного резонатора. Грозовые источники СНЧ излучения. Параметры
глобальной грозовой активности. Космические источники излучения. Собственные
частоты приземного резонатора с однородной изотропной ионосферой. Учет
неоднородности по радиальной координате. Собственные частоты нерегулярного
изотропного волновода. Расщепление резонансных частот в анизотропном резонаторе.
Возбуждение резонатора приземными и космическими излучателями.
3.2. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной
работы






























Электрические свойства Земли.
Электрические свойства ионосферы.
Метод нормальных волн.
Характеристики распространения.
Структура поля в полости волновода.
Поля в окрестности излучателя.
Поля в окрестности антипода.
Собственные частоты приземного резонатора с однородной изотропной
ионосферой.
Влияние неоднородности по радиальной координате на собственные частоты.
Собственные частоты нерегулярного изотропного резонатора.
Расщепление резонансных частот в анизотропном резонаторе.
Возбуждение резонатора приземными и космическими излучателями.
3.3.
Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу
Электрические свойства Земли.
Импедансы и коэффициенты отражения
для однородной и слоистой структур.
Электрические свойства ионосферы. Электронные и ионные плотности. Частоты
столкновений.
Тензоры проводимости и диэлектрической проницаемости
анизотропной ионосферы. Импедансные граничные условия.
Построение решения задачи для радиального электрического диполя методом
нормальных волн.
Построение решения задачи для радиального магнитного диполя.
Построение решения задачи для горизонтального электрического диполя.
Построение решения задачи для горизонтального магнитного диполя.
Распространение СНЧ радиоволн в изотропном приближении.
Одномодовое представление поля.
Характеристики распространения нормальных волн в СНЧ диапазоне.
Структура поля в полости волновода.
Структура СНЧ полей в окрестности излучателя.
Структура СНЧ полей в окрестности антиподной точки.
Влияние геомагнитного поля на характеристики распространения СНЧ полей.
Влияние ионов в нижней ионосфере на характеристики распространения СНЧ
полей.




Влияние отражений от F-слоя и возмущений на характеристики распространения
СНЧ полей.
Модели приземного резонатора. Грозовые источники СНЧ излучения.
Параметры глобальной грозовой активности. Космические источники излучения.
Собственные частоты приземного резонатора с однородной изотропной
ионосферой.
Влияние неоднородности по радиальной координате на собственные частоты
приземного резонатора.
Собственные частоты нерегулярного изотропного резонатора.
Расщепление резонансных частот в анизотропном резонаторе.
Возбуждение резонатора приземными и космическими излучателями.




4. Учебно-методическое обеспечение курса
4.1. Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ,
диафильмов, слайдов, кино и видео – фильмов
Компьютерный вариант некоторых разделов дисциплины.
4.2. Активные методы обучения
В данном курсе используются классические аудиторные методы.
4.3. Материальное обеспечение дисциплины, технические средства обучения и
контроля
Стандартно оборудованные лекционные аудитории.
4.4.
Литература
1. Макаров Г.И., Новиков В.В., Рыбачек С.Т. Распространение радиоволн в
волноводном канале Земля – ионосфера и в ионосфере. М., Наука. 1994.
2. Рыбачек С.Т. Возбуждение волновода Земля-ионосфера ОНЧ излучателями,
расположенными в нижней ионосфере и на спутниковых высотах.
Электромагнитные волны и электронные системы. Т. 4, N 1. С. 53-70. 1999.
3. Galejs J. Terrestrial propagation of long electromagnetic waves. Pergamon Press.
1972.
4. Блиох
П.В.,
Николаенко
А.П.,
Филиппов
Ю.Ф.
Глобальные
электромагнитные резонансы в полости Земля - ионосфера. Киев, Наукова
Думка. 1977.
5. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М., Наука.
1961.