Передмова

Електродинаміка завжди була цікавою і важливою складовою фізичних та інженерно-технічних наук. Згадаймо хоча б, що розуміння принципів передавання та приймання інформації передбачає обов’язкове знання основних закономірностей скерованого поширення електромагнітних сигналів. Знання, почерпнуті з цього курсу, формуватимуть навіть не суто інженерно-технічний, а загальний світогляд сучасної людини. Такі поняття, як “струм”, “напруга”, “потужність”, “ємність”, “провідник”, “антена”, “радіозв’язок”, “лінія передачі”,
“хвилевід”, “оптоволокно” та багато інших давно перестали бути вузькоспеціалізованими, увійшли до лексикону кожної освіченої людини і стали загальновживаними.
Практичне застосування універсальних електричних і магнітних явищ, законів електродинаміки, відповідні радіотехнічні та оптичні пристрої і апаратура за широтою, всеосяжністю нині не поступаються прикладним здобуткам жодної іншої галузі науки. Електродинаміка вже посприяла значному прогресові в різних галузях сучасного інформаційного суспільства. Радіотехнічні, оптичні та оптоелектронні пристрої використовують у побутовій електроніці та комп’ютерній техніці. На нас очікують нові ідеї, можливості та прориви, наприклад, створення новітніх ліній зв’язку, носіїв інформації надвисокої ємності та комп’ютерів нового покоління.
Електродинаміка – один із головних розділів університетського курсу інженерно-фізичної підготовки. Мета цього посібника – ознайомити студентів з теоретичними і практичними аспектами основних електромагнітних явищ і лініями передачі, що працюють у різних частотних діапазонах, насамперед з методами їхнього експериментального дослідження. Саме з цих міркувань у назві посібника є словосполучення “прикладна електродинаміка”. Під час вивчення теоретичного курсу і виконання лабораторних робіт студенти набувають теоретичних знань і практичних навичок з досліджень електродинамічних пристроїв систем. Викладення матеріалу з прикладної електродинаміки основане на попередньому засвоєнні таких розділів фізики, як електрика та оптика, а також найважливіших математичних дисциплін, зокрема, основ математичного аналізу, лінійної алгебри, аналітичної геометрії, диференційних рівнянь і функцій комплексної змінної. Крім того, перед проходженням лабораторного практикуму студенти мають ознайомитися з правилами охорони праці під час роботи з різноманітними електричними джерелами та під час експлуатації джерел електромагнітного випромінювання, зокрема лазерів і НВЧ-випромінювачів.
Для зручності користувача посібник поділено на три розділи, в яких стисло викладено теоретичні основи предмета, лабораторні експерименти, а також практичні завдання та питання для повторення курсу. Короткі теоретичні відомості загалом відповідають стандартним розділам підручників з технічної електродинаміки. Тут висвітлено математичний апарат електродинаміки і таких загальних питань курсу, як основи теорії електромагнітного поля, стаціонарні та змінні електромагнітні поля, випромінювання хвиль, а також електромагнітні хвилі у вільному просторі та хвилеводах. До посібника увійшов і підрозділ, що пов’язує електродинаміку і деякі загальні оптичні закони. Викладено також основи теорії напрямних систем і напрямлених хвиль. У розділі 2 описано лабораторні експерименти, які рекомендуємо виконати студентам, а в розділі 3 наведено практичні завдання, запитання та тести для повторення курсу і загальний перелік теоретичних питань, необхідних для підготовки до іспиту.
За змістом посібник дещо відрізняється від відповідної загальнішої літератури для інженерних спеціальностей. Це відображає специфіку підготовки студентів за напрямом “Телекомунікації” і навчальними спеціалізаціями, за якими Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки і, зокрема, кафедра телекомунікацій Національного університету “Львівська політехніка” провадять подальшу підготовку студентів. Передовсім це стосується теорії та практики хвилеводів, зокрема волоконних і планарних діелектричних.
Зазначимо, що ознайомлення з цим посібником не може замінити належного вивчення підручників з технічної електродинаміки. Проте посібник істотно доповнює навчальну літературу з предмета, насамперед ґрунтовним висвітленням розділів, на які традиційно звертають менше уваги в класичних за побудовою та змістом монографіях, а також наголосом саме на прикладній, експериментальній методиці вивчення відповідних явищ і властивостей. У цьому контексті можна вважати, що посібник є своєрідним містком у викладенні навчального матеріалу, що стосується і класичних електрики, оптики та електродинаміки, і сучасних галузей інформатики, телекомунікацій та оптоелектроніки.
Усі лабораторні роботи, описані в посібнику, цілком реально виконати у межах навчального часу, відведеного на практикум з електродинаміки інформаційних систем. Якщо потрібно вибірково вивчати матеріали посібника, студентам допомагатимуть іменний покажчик і доволі докладний покажчик спеціальних термінів. Наприкінці посібника наведено контрольні запитання, практичні та тестові завдання для повторення матеріалу, які можна використовувати, готуючись до лабораторних і практичних занять, у час, відведений для самостійної роботи і для підготовки до підсумкового іспиту. Автори уклали порівняно докладний список літератури для того, щоб студенти могли знайти ті книги, де повніше описано те чи інше явище, експериментальна методика чи апаратура, а також могли самостійно ознайомитися з літературою за більш спеціалізованими темами.
В описі лабораторних експериментів додатково наведено поклики на літературу, яку обов’язково потрібно прочитати, готуючись до лабораторних робіт.
Охоплене в посібнику коло явищ і матеріалів не може претендувати на повноту та вичерпність висвітлення всього предмета електродинаміки інформаційних систем, навіть її суто прикладних аспектів. Це й не дивно, адже тематика посібника відображає велику галузь науки й техніки, яка до того ж стрімко розвивається. Матеріал посібника відповідає програмі навчального курсу з електродинаміки інформаційних систем для напрямів “Телекомунікації” і “Мікро- та наноелектроніка”, а також частково стосується подальших курсів і спеціальних курсів за першим напрямом (“Напрямні системи електричного та оптичного зв’язку”, “Антенно-фідерні пристрої систем зв’язку”, “Телекомунікаційні системи передачі”, “Системи передачі даних”,“Апаратура волоконно-оптичних систем передачі інформації” тощо).
Посібник призначено насамперед для студентів молодших курсів, що спеціалізуються з телекомунікацій, радіотехніки та електроніки. Він буде корисним студентам під час виконання кваліфікаційних робіт за спорідненою тематикою, а також інженерам і молодим науковцям, які цікавляться електродинамікою, радіотехнікою та електронікою.
Автори висловлюють свою вдячність ідейному натхненнику цього видання професору Ю. Я. Бобалу за постійне сприяння та надання матеріалів, які використані при написанні посібника. Автори також висловлюють подяку професору М. Й. Павликевичу і доценту В. І. Оборжицькому за уважне ознайомлення з рукописом посібника та корисні зауваження.

Про авторів

АНДРУЩАК Анатолій Степанович
Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, професор кафедри телекомунікацій Національного університету "Львівська політехніка". Автор понад 160 наукових і науково-методичних праць.
Основна тематика наукових досліджень: оптичні та квазіоптичні технології, характеризація матеріалів для пристроїв інфокомунікаційних систем.

ГОТРА Зенон Юрійович
Доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України, завідувач кафедри електронних приладів Національного університету "Львівська політехніка". Автор понад 500 наукових і методичних праць, зокрема 38 монографій і посібників.
Наукові інтереси: дослідження та розроблення матеріалів, елементів і пристроїв електронної техніки.

КУШНІР Олег Степанович
Доктор фізико-математичних наук, професор кафедри оптоелектроніки та інформаційних технологій Львівського національного університету імені Івана Франка. Автор понад 200 наукових і методичних праць з оптики, кристалооптики, фізики діелектриків і широкозонних напівпровідників, просторово модульованих середовищ, фазових переходів і поляриметрії.