science-review.ru
Учебное пособие предназначено для студентов направлений: инфокоммуникационные технологии и системы связи, информационная безопасность телекоммуникационных систем, фотоника и оптоинформатика. В учебном пособии рассмотрены особенности распространения акустических, электромагнитных и других волн в средах и волноводах в условиях невзаимности параметров для прямых и обратных волн. Причиной невзаимности могут быть различные факторы (движение среды, поле подмагничивания и др.). Волновые процессы во взаимных средах и структурах в литературе изложены достаточно подробно. Волны в невзаимных средах являются более общей ситуацией волновых процессов и используются в ряде технических устройств (ферритовые вентили, фазовращатели, анемометры и др.), однако в учебной литературе не рассматриваются. В данном учебном пособии впервые рассматриваются особенности волновых и колебательных процессов при наличии невзаимности параметров волноводных структур для волн в прямом и обратном направлениях. Исследование физических особенностей невзаимных структур является основной целью учебного пособия.
В первой главе описывается влияние невзаимности сред на отражение и прохождение волн через границы разделов. Получены основные уравнения акустики и электродинамики невзаимных сред. Описываются волны в полупространстве с невзаимными параметрами, возбуждаемые пространственной гармоникой. Проведено математическое моделирование волновых процессов в невзаимных средах (задача Коши). Рассмотрены особенности отражения волн от границы раздела двух невзаимных сред (нормальное падение и наклонное падение). Описаны особенности прохождения волн через слой подвижной среды при закритических углах падения. Получены импедансные характеристики акустических структур с подвижными средами. Описаны энергетические характеристики отраженных и прошедших волн.
Во второй главе рассмотрены особенности отражения и прохождения волн от подвижных границ раздела невзаимных сред. При отражении волн от движущейся границы раздела сред наблюдается изменение частоты (эффект Доплера, зависящий как от скорости движения границы раздела сред, так и от скорости движения сред). Движение сред влияет на частоты отраженных и прошедших границы раздела сред волн. Получены обобщенные формулы эффекта Доплера и формулы Френеля для коэффициентов отражения и прохождения с учетом движения сред и границ разделов сред.
В третьей главе рассмотрены: волноводные структуры, заполненные подвижными средами; нормальные волны плоского волновода с невзаимными свойствами заполняющих его сред; распространение в волноводе импульсного сигнала с одномодовой пространственной структурой; распространение в волноводе импульсного сигнала с многомодовой пространственной структурой; отражение акустических волн от подвижного упругого слоя в прямоугольном волноводе. Рассмотрен волноводный эффект Доплера для одно- и многомодового режима.
В четвертой главе рассматриваются физические свойства и параметры акустических и электромагнитных резонаторов, построенных на базе невзаимных структур.
В заключении рассмотрены потенциальные возможности невзаимных сред и структур в создании новых устройств волноводной техники акустических и электромагнитных волн, рассмотрены проблемы и задачи, решение которых представляет интерес для дальнейшего исследования. В учебном пособии показываются методы использования Mathlab в построении трехмерных графиков функциональных зависимостей для анализа физических свойств рассматриваемых структур. Разделы учебного пособия содержат вопросы для самоконтроля изучаемого материала, сформулированы задачи для самостоятельного исследования, как в рамках изучения дисциплины, так и научно-исследовательской работы.
Пособие может быть полезно бакалаврам, магистрам, аспирантам, специалистам и научным работникам, занимающихся разработкой микроустройств и нанотехнологиями в системах телекоммуникаций.