sotrud.ru 1

Вопросы теор. зачета по курсу «ЭМП иВ» (ускоренное обучение, ФИБ)


1. Поле ЭЭВ: математическая и физическая модели ЭЭВ; общие выражения для полей; картина силовых линий векторов полей Е и Н; дальняя зона; вектор Пойнтинга П; Т-волна.

2. Поле ЭЭВ: характеристики и диаграммы направленности; неоднородная сферическая бегущая поперечная волна; фазовая скорость волны; длина волны; глубина проникновения поля в среду.

3. Поле ЭЭВ: мощность излучения P; сопротивление излучения R; КНД D.

4. Поле излучения ЭЭР; картина силовых линий векторов полей Е
и Н; ХН и ДН; КНД; действующая длина рамки; мощность и сопротивление излучения рамки.

5. Поля короткого симметричного и короткого штыревого вибраторов; действующие длины вибраторов, мощности и сопротивления излучения вибраторов.

6. Линия связи на коаксиальном кабеле: поле Т-волны; полоса пропускания кабеля; фазовая скорость волны, длина волны в линии; волновое сопротивление; погонные емкость и индуктивность.

7. Классификация радиолиний связи; множитель влияния среды; расстояние прямой видимости; модели радиолиний с высоко поднятыми антеннами. Уравнение радиосвязи.

8. Поле излучателя, высоко поднятого над земной поверхностью: постановка задачи; вывод интерференционной формулы; вывод формулы Введенского, условия её применимости.

9. Расчет поля на радиолиниях средней протяженности; учет влияния сферичности Земли и нормальной тропосферной рефракции; зависимости поля от расстояния Rqp и высоты h2.

10. Распространение радиоволн в ионосфере: диэлектрическая проницаемость плазмы; собственная частота плазмы; условие отражения радиоволн от ионосферы.


Задачи

1. Найти величину заряда, равномерно распределенного в объеме шара радиусом 1 мм с плотностью 3 Кл/м3.


2. Какова плотность заряда, равномерно распределенного по прямоугольной площадке 21,5 см2, если величина заряда равна 0,03 Кл?

3. Найти величину заряда, равномерно распределенного по прямолинейному проводнику длиной 10 см с плотностью 0,1 Кл/м.

4. Найти постоянный ток, протекающий через сечение круглого проводника радиусом 1 мм, если плотность тока равна 2 мА/м2.

5. Записать материальные уравнения. Что такое однородная, изотропная, линейная среды?

6. Записать закон Ома в дифференциальной форме. Что такое вторичный источник поля?

7. Найти напряженность поля E внутри провода с постоянным током 2 мА, проводимостью 1000 См/м и поперечным сечением 2 мм2.

8. Найти напряженность поля H на расстоянии 4 м от оси тонкого бесконечного цилиндрического проводника с постоянным током 5 А.

9. Как отличаются напряженности поля H, измеренные на расстоянии r= 3 м и r= 6 м от оси тонкого проводника с постоянным током?

10. Записать полную систему уравнений Максвелла для комплексных амплитуд при наличии сторонних зарядов и токов.

11. Пояснить определения «бегущая», «плоская», «поперечная» волна.

12. Частота генератора f= 900 МГц. Найти длину поперечной волны в воздухе и в среде с ε= 4.

13. Бегущая волна прошла в среде отрезок пути длиной λ/2. На сколько изменится фаза волны?

14. Какой путь в среде должна пройти бегущая волна, чтобы ее фаза изменилась на 1800?

15. Частота генератора 600 МГц. Найти расстояние, на котором фаза бегущей плоской волны изменится на 1800 в воздухе и в среде с ε = 4, μ = 1.


16. Найти характеристическое сопротивление среды, если ε = 2, μ = 8.

17. У плоской поперечной бегущей волны измеренное поле |Е
(р)= 60 В/м. Найти амплитуду поля |Н(р)| в воздухе и в среде с ε = 4.

18. Найти мгновенное значение вектора Пойнтинга П(t) плоской бегущей поперечной волны в среде с ε = 4, μ = 2, если векторы полей E
(t)= iх5 В/м, H(t)= iуНу.

19. Изобразить взаимную ориентацию векторов полей E
, H и вектора Пойнтинга П плоской поперечной волны, бегущей по оси z. Записать связь между векторами E, H, П.

20. Мощность излучения изотропной антенны P= 3,14 Вт. Найти среднее значение вектора Пойнтинга поля излучения антенны в свободном пространстве на расстоянии 10 км от антенны.

21. Мощность излучения изотропной антенны P= 314 мВт. Найти плотность потока средней мощности поля в свободном пространстве на расстоянии 1 км от антенны.

22. Изотропная антенна расположена в свободном пространстве. Найти ее мощность излучения P, если на расстоянии R=1 км среднее значение вектора Пойнтинга П
 = iR 2,5 мВт/м2.

23. Дать постановку задачи возбуждения поля в однородной среде.

24. Дать определение -функции, указать ее основное свойство и размерность.

25. Изобразить распределения тока и заряда вдоль симметричного полуволнового вибратора. В каких точках вибратора его можно крепить к мачте (заряд равен нулю)?


26. Записать решения уравнений Гельмгольца для комплексных амплитуд векторных потенциалов А
Э(p), АМ(p), возбуждаемых заданными сторонними токами в области источников.

27. Поле диполя Герца длиной L = 2 см измеряется на частоте 900 МГц на расстоянии 60 см. В какой зоне находится наблюдатель?

28. Записать и охарактеризовать поле излучения ЭЭВ в дальней зоне. Пояснить определения «бегущая», «поперечная», «сферическая» волна.

29. Изобразить картину силовых линий векторов полей ЭЭВ. Что такое «сферическая волна»?

30. Записать характеристики направленности и изобразить диаграммы направленности ЭЭВ и ЭЭР в меридиональной и экваториальной плоскостях.

31. Как изменится амплитуда поля |Е| сферической волны при увеличении расстояния R в 3 раза в среде без потерь (α = 0) и с потерями (α ≠ 0)?

32. Пояснить определения «мощность излучения» и «сопротивление излучения» ЭЭВ.

33. Что такое коэффициент направленного действия антенны? Чему он равен для ЭЭВ, короткого симметричного вибратора, короткого штыревого вибратора, ЭЭР?

34. Как изменится поле диполя Герца, если у него убрать шары на концах (при том же токе в центре диполя)? Что такое действующая длина антенны?

35. Определить действующую длину штыревого электрического вибратора длиной = 10 см на частоте 300 МГц. Изобразить его диаграмму направленности в меридиональной плоскости.

36. Определить действующую длину симметричного электрического вибратора длиной = 10 см на частоте 300 МГц. Что такое действующая длина антенны?

37. Записать поле излучения симметричного электрического вибратора длиной = 20 см на частоте 150 МГц. Изобразить его диаграмму направленности в меридиональной плоскости.


38. Записать поле излучения штыревого электрического вибратора длиной = 10 см на частоте 300 МГц. Изобразить его диаграмму направленности в меридиональной плоскости.

39. Определить поле |E0(p)|, излучаемое ЭЭВ длиной = 5 см на расстоянии = 5 км под углом 30о к его оси, если мощность излучения P = 10 мВт, f = 300 МГц.

40. Определить поле |E0(p)|, излучаемое симметричным вибратором длиной = 10 см на расстоянии = 5 км под углом 30о к его оси, если мощность излучения P = 10 мВт, f = 300 МГц.

41. Определить поле |E0(p)|, излучаемое штыревым вибратором длиной = 3 см на расстоянии = 1 км под углом 30о к его оси, если мощность излучения P = 10 мВт, f = 900 МГц.

42. Изобразить картину силовых линий и охарактеризовать поле Т-волны в коаксиальном кабеле.

43. Найти длину коаксиального кабеля без потерь, обеспечивающую набег фазы 180о бегущей Т-волны на частоте 100 МГц ( = 2,35,  = 1).

44. Найти волновое сопротивление коаксиального кабеля без потерь с радиусами a = 1 мм; b = 3,59 мм и проницаемостями  = 2,35,  = 1 ( ln 3,59 = 1,278 ).

45. Найти диэлектрическую проницаемость заполнения коаксиального кабеля без потерь с волновым сопротивлением 75 Ом и радиусами a = 1 мм, b = 6,8 мм ( ln 6,8 = 1,92 ).

46. Записать уравнение радиосвязи и пояснить, как изменится мощность на входе приемника, если после дождя множитель влияния среды в месте приема увеличился в 2 раза?

47. Радиолиния компьютерной связи работает на частоте 928 МГц; P = 1 Вт; Rqp = 10 км; КНД D = 15. Чувствительность приемника Pпр = 10 пВт. Множитель влияния среды |V| = 0,5. Найти требуемый КНД приемной антенны Dпр.

48. Радиолиния компьютерной связи работает на частоте 928 МГц; P = 300 Вт; Rqp = 10 км; КНД антенн D = Dпр = 18. Множитель влияния среды |V| = 0,5. Найти максимальную напряженность поля |Е| и мощность Pпр на входе приемника.

49. Радиолиния связи через ИСЗ с радиусом орбиты Rс = 36500 км работает на частоте 12 ГГц (D = 103). Чувствительность приемника Pпр = 10-15 Вт. Найти P  антенны ИСЗ и КНД Dпр наземной антенны (учесть ограничение на плотность потока мощности у Земли П < 10-15 Вт/м2).

50. Определить выигрыш в мощности на входе приемника при замене приемного полуволнового вибратора с КНД Dпр = 1,64 другой антенной с КНД Dпр = 16.

51. Как изменится радиус уверенной радиосвязи, если мощность излучения P передающей антенны уменьшить на 6 дБ (в 4 раза)?

52. Определить модель земной радиолинии с Rqp = 15 км, f = 900 МГц, если высоты подъема антенн равны h1 = 81 м, h2 = 9 м в условиях нормальной тропосферы.

53. Найти приведенные высоты антенн на радиотрассе длиной Rqp = 20 км в нормальной тропосфере, если h1 = 36 м, h2 = 16 м.


54. Оценить угол отражения волны от Земли на радиотрассе длиной Rqp = 20 км в нормальной тропосфере с высотами подъема антенн h1 = 16 м, h2 = 6 м.

55. Записать формулу Введенского и пояснить условия ее применимости для 2-й модели радиолинии в нормальной тропосфере.

56. Радиолиния компьютерной связи работает на частоте 2400 МГц в нормальной тропосфере: P = 10 Вт; Rqp = 20 км; D = Dпр = 30. Передающая антенна расположена на доме высотой 21 м, приемная – на доме высотой 18 м. Средний уровень крыш на участке отражения равен 6 м. Найти максимальное поле |Е| и мощность Pпр на входе приемника.

57. Как (и почему) изменится поле |E(p)| на радиотрассе, если длину трассы увеличить с Rqp = 0,35R0 до Rqp = 0,7R0 (при неизменных высотах антенн h1,2)?

58. Определить собственные частоты ионосферной плазмы в слое D (Ne 103 см-3) и в слое F2 (Ne 2∙106 см-3).

59. От какого слоя ионосферы волна отразится днем на частоте МГц при вертикальном распространении (Ne,D 103 см-3, Ne,Е = 105 см-3, Ne,F1 2·105 см-3, Ne,F2 2·106 см-3)?


60. От какого слоя ионосферы волна отразится ночью на частоте МГц при вертикальном распространении (Ne,Е 2∙104 см-3, Ne,F 2·105 см-3)?


Лабораторные работы (выполняются дома на компьютере по литературе [3])

№ 1. Свойства электромагнитных волн.

№ 3. Распределение тока и заряда вдоль симметричного вибратора.


Литература

1. Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн. Учебник для вузов:М.: Радио и связь. 2000. 559 С.

2. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. - М.: Советское радио. 1971.

3. Семенихин А.И., Семенихина Д.В. Практикум по электродинамике и распространению радиоволн. Учебное пособие: - Таганрог. ТРТУ. 2003. 155 с., № 3603;

(подразделы 1.2–1.4; 2.2.1–2.2.4; 3.2–3.4; 4.2; 9.2.1; 11.2–11.3; 12.2–12.3; 13.2.1).

Доцент кафедры А и РПУ Семенихин А.И.