Прикладная электродинамика СВЧ

Магистратура 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики низких температур Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Клеев Андрей Игоревич

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс является расширенным введением в электродинамику СВЧ и предназначен для студентов специальностей, в которые техника СВЧ входит как существенная часть современных экспериментальных методов исследования. Изложение материала по курсу начинается с уравнений Максвелла и затем последовательно рассматриваются основные методы расчета параметров наиболее часто используемых СВЧ устройств: линий передачи электромагнитной энергии: волноводов, коаксиальных линий, объемных и открытых резонаторов и т.п. Сложные математические выкладки в расчетах иногда опущены, а многие из окончательных формул доводятся до вида, годного для практического использования. В курсе рассмотрены примеры использования СВЧ устройств, а также вопросы связи отдельных устройств между собой. Предполагается, что слушатели знакомы с теорией поля, электродинамикой сплошных сред, а также владеют методами математического анализа, включая уравнения математической физики и векторный анализ. Курс состоит из Введения и 5-ти тем, разбитых на разделы и подразделы. Тема 1. Основные соотношения в электродинамике Тема 2. Линии передачи энергии на сверхвысоких частотах Тема 3. Поверхностные волны Тема 4. Колебательные системы СВЧ Тема 5. Квазиоптические методы в коротковолновых диапазонах СВЧ

Цель освоения дисциплины

Целью курса является анализ устройств, наиболее часто используемых в экспериментальной физике при работе с электромагнитными волнами сверхвысоких частот. Изложение начинается с уравнений Максвелла, которые затем последовательно используются для изучения основных свойств различных систем СВЧ: волноводов, коаксиальных линий, резонаторов (в т.ч. открытых) и пр..

Планируемые результаты обучения

Знать свойства элементарных функций, основы дифференциального и интегрального исчислений
Знать основы векторного анализа
Знать методы решения простейших обыкновенных дифференциальных уравнений
Знать основы теории функций комплексного переменного
Уметь решать системы линейных алгебраических уравнений (не свыше 4-го порядка).

Содержание учебной дисциплины

Введение
Плоские волны в однородной изотропной среде
Линии передачи
Эквивалентные линии передач
Направляемые волны в диэлектрических структурах
Волны в периодических структурах
. Колебательные системы в технике сверхвысоких частот
Резонаторы с волнами шепчущей галереи
Открытые резонаторы
Распространение электромагнитных волн в сверхразмерных волноводах. Эффект Тальбо и его практическое применение
Коротковолновая асимптотика решений уравнений Максвелла
Рассеяние волн на компактных рассеивателях
Связь резонатора с волноводом через отверстие в стенке резонатора. Критическая связь. Резонаторы, работающие «на проход» и «на отражение». Измерение свойств малых образцов с помощью резонаторов
Возбуждение резонаторов.
Возбуждение волноводов заданными источниками

Элементы контроля

Посещение лекций
Экзамен
В качестве экзамена предполагается обсуждение решения задачи, которую студент сам выбирает из предлагаемого списка. При решении задачи студент может пользоваться всеми доступными ему источниками. На решение задачи обычно отводится несколько дней (по договоренности).

Промежуточная аттестация

2023/2024 4th module
В качестве экзамена предполагается обсуждение решения задачи, которую студент сам выбирает из предлагаемого списка. При решении задачи студент может пользоваться всеми доступными ему источниками. На решение задачи обычно отводится несколько дней (по договоренности).

Программа дисциплины