6.  Исследование универсального электронно-лучевого осциллографа.

7.  Анализ спектра, измерение параметров модуляции и нелинейных искажений сигналов.

8.  Измерение параметров двухполюсников и четырехполюсников.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

1. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи: Учебное пособие для вузов/Под ред. .- М.:Радио и связь, 1986

2. Елизаров . - Мн.: Выш. шк., 1986.

3. Мирский измерения.- М.: Радио и связь, 1986.

4. Электронные измерительные приборы и методы измерений.- М.: Мир, 1990.

5.  Клаассен измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике.- М.: Постмаркет, 2000.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1.  , , Ляльков , стандартизация и сертификация: Учеб. пособие в 3-х частях. – Мн.: Изд-во БГУИР, 1997.

2.  Метрология и измерения. Учеб.-метод. пособие для индивидуальной работы студентов/ Под общ. ред. . – Мн.: БГУИР, 1999.

3.  Архипенко метрологии и измерительная техника: Тексты лекций. В 2-х ч.- Мн: МРТИ, 1989.

4.  , , Петелин : Учебное пособие для радиотехн. спец. вузов /Под ред. . - 2-е изд.-М.: Высш. шк., 1986.

5.  , , Рудницкий точности измерений в технике связи. - М.: Радио и связь, 1981.

6.  , , Чинков обработка сигналов в измерительной технике. - Киев: Техника, 1985.

7.  , Сирая обработки экспериментальных данных при экспериментах. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.

8.  Кукуш . - М.: Радио и связь, 1985.

9.  Малиновский измерения. - М.: Энергоатоммиздат, 1985.

10.  , Зограф погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

11.  Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов /Под ред. .- Л.: Энергоатомиздат, 1987.

12.  , Максимов стандартов в электросвязи и радиоэлектронике:Учебное пособие для институтов.-М.:Радио и связь, 1985.

13.  Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок /Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.

14.  Цифровая осциллография /Под ред. и .- М.: Энергоатомиздат, 1987.

15.  Закон Республики Беларусь «Об обеспечении единства измерений».

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД - 163/ тип

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям Т.09.01.00 «Радиотехника»,

Т.09.02.00 «Радиотехнические системы»

Составители:

B.М. Дашенков - заведующий кафедрой теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор физико-математических наук, профессор;

- доцент кафедры теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.

Рецензенты:

- заведующий кафедрой радиофизики Саратовского государственного университета (Россия), доктор физико-математических наук, профессор;

- заведующий кафедрой электрорадиотехники Саратовского государственного университета (Россия), доктор физико-математических наук, профессор;

- заведующий кафедрой радиофизики Белорусского государственного университета, доктор физико-математических наук, профессор, член-коррепондент Белорусской национальной академии наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой теоретических основ радиотехники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 13 ноября

2000 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно - методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики; Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (РЦС) разработана для студентов специальностей Т.09.01.00 «Радиотехника» и Т.02.00 «Радиотехнические системы».

Цель курса РЦС состоит в глубоком освоении студентами теоретических основ радиотехники и использовании полученных знаний в качестве базы при изучении всех последующих радиотехнических дисциплин.

В курсе РЦС излагаются основные идеи и методы современной радиотехники, изучаются свойства сигналов, помех и их преобразования в различных радиотехнических цепях

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 170 аудиторных учебных часов. Примерное распределение часов по видам занятий: лекций – 102 часа, лабораторных работ и практических занятий –68 часов.

В результате освоения курса РЦС студент должен:

знать:

- основы общей теории сигналов и цепей;

- методы анализа детерминированных и случайных сигналов;

- методы анализа линейных, нелинейных и параметрических радиотехнических цепей;

- основные свойства преобразования сигналов в радиотехнических цепях;

- элементы теории оптимальной линейной фильтрации сигналов;

уметь:

- рассчитывать временные и спектральные характеристики сигналов при прохождении их через радиотехнические цепи;

- определять функциональную пригодность конкретных цепей для осуществления заданных преобразований сигналов;

- применять цифровые ЭВМ при решении задач анализа и преобразования детерминированных и случайных сигналов;

приобрести навыки:

- расчета характеристик цепей и сигналов;

- владения основными методами расчета процессов преобразования сигналов при их прохождении через радиотехнические цепи;

- экспериментального исследования цепей, сигналов и их характеристик.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Радиоэлектроника и области ее применения. Классификация радиотехнических сигналов и цепей. Основная задача радиотехники - передача информации на расстояние. Канал связи. Обобщенные характеристики сигнала и канала связи. Частоты, используемые в радиотехнике. Проблема борьбы с помехами. Основные тенденции развития радиотехники.

1. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ

Виды сигналов и их характеристики. Геометрические методы в теории сигналов. Векторное представление сигналов. Норма и энергия. Спектральное представление сигналов. Обобщенный ряд Фурье. Системы базисных функций. Погрешность аппроксимации рядом Фурье. Неравенство Бесселя. Теорема Парсеваля.

2. СПЕКТРАЛЬНЫЙ И КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СИГНАЛОВ

Гармонический анализ периодических сигналов. Спектр периодического сигнала. Комплексная и тригонометрическая формы ряда Фурье. Действительная и мнимая составляющие, модуль и фаза спектра. Распределение энергии в спектре периодического сигнала. Дискретное преобразование Фурье. Примеры разложения в ряд Фурье некоторых периодических сигналов.

Гармонический анализ непериодических сигналов. Спектр непериодического сигнала. Связь между спектрами одиночного и периодического сигналов.

Основные свойства преобразования Фурье. Теоремы о спектрах: сложения, запаздывания, сжатия, смещения, о производной, об интеграле, о произведении функций, дуальности. Распределение энергии в спектре непериодического сигнала.

Спектры некоторых сигналов: гауссового, прямоугольного, треугольного, экспоненциального. Испытательные сигналы: дельта-функция, единичный скачок и их спектры.

Связь между длительностью импульса и шириной его спектра. Соотношение «неопределенности».

Дискретизация непрерывных сигналов. Теорема отсчетов. Ряд Котельникова. Теорема отсчетов в частотной области. Число степеней свободы сигнала.

Корреляционный анализ детерминированных сигналов. Свойства корреляционных функций. Соотношение между корреляционной функцией и спектром сигнала.

3. МОДУЛИРОВАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ (РАДИОСИГНАЛЫ)

Общие определения. Bиды модуляции.

Амплитудная модуляция. Спектральное и векторное представление АМ сигналов. Энергетические соотношения при АМ. Балансная и однополосная модуляции.

Угловая модуляция. Фаза и мгновенная частота. Фазовая и частотная модуляции, сходство и различие между ними. Гармоническая УМ. Спектры ЧМ и ФМ колебаний. Энергетические соотношения при УМ.

ЛЧМ-сигнал, его база, спектр и функция корреляции.

Смешанная АМ-УМ, и ее спектр.

Корреляционная функция модулированных колебаний. Узкополосные сигналы и их обобщенное представление.

Аналитический сигнал, его спектральная и временная характеристики. Соотношения Гильберта. Комплексная огибающая сигнала.

Сравнительная оценка модулированных радиосигналов. Требования к спектрам радиосигналов, обусловленные проблемами электромагнитной совместимости.

4. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Классификация радиотехнических цепей и их параметры. Импульсная, переходная и частотная характеристики линейной цепи, их свойства.

Минимальнофазовые и неминимальнофазовые цепи.

Активные цепи. Характеристики активных цепей. Схемы замещения.

Влияние обратных связей на характеристики цепей. Критерии устойчивости линейных цепей: Рауса-Гурвица, Найквиста, Михайлова.

5. ПРОХОЖДЕНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

ЧЕРЕЗ ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ

Методы анализа линейных цепей во временной и частотной областях. Спектральный метод и его связь с другими методами, достоинства и недостатки.

Дифференцирующие и интегрирующие цепи, их реализация и характеристики. Прохождение через дифференцирующие и интегрирующие цепи прямоугольных импульсов.

Избирательные цепи, их реализация характеристики. Понятие о низкочастотном аналоге избирательной радиоцепи. Расчет прохождения сигналов через избирательные цепи методом комплексной огибающей. Прохождение через избирательные цепи АМ и ЧМ сигналов.

6. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА

Общие сведения о нелинейных цепях. Нелинейные элементы, их характеристики и параметры. ВАХ нелинейных цепей. Аппроксимация нелинейных характеристик. Балансные цепи с четными и нечетными характеристиками.

Режимы «слабых» и «сильных» сигналов. Преобразование спектра сигнала в нелинейной безинерционной цепи при аппроксимации ВАХ степенным полиномом. Гармоническое, бигармоническое и полигармоническое воздействие на входе. Комбинационные частоты.

Преобразование спектра сигнала при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ. Метод угла отсечки.

Коэффициенты гармонических составляющих.

Анализ колебаний в линейных и нелинейных цепях методом фазовой плоскости. Сущность метода, основные определения. Фазовые траектории, особые точки, изоклины. Предельные циклы. Характер движения и типы особых точек. Фазовые портреты. Методы их построения.

7. ОСНОВНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Преобразование спектра сигнала в параметрических цепях. Комбинацион

ные частоты. Отличие от преобразования в нелинейных цепях.

Нелинейное резонансное усиление колебаний. Режимы работы и параметры усилителей.

Умножение частоты. Резонансные умножители. Идеальные умножители. Параметрические умножители.

Амплитудная модуляция. Схемы, параметры и основные характеристики амплитудных модуляторов. Балансный модулятор.

Угловая модуляция. Прямые и косвенные методы получения колебаний с УМ.

Выпрямление колебаний. Схемы и параметры однополупериодных и двухполупериодных выпрямителей.

Детектирование АМ сигналов. Линейное и квадратичное детектирование.

Детектирование сигналов БМ, без одной боковой и с одной боковой полосой.

Параметрическое (синхронное) детектирование.

Детектирование колебаний с угловой модуляцией. Основные идеи, методы и схемы.

Преобразование частоты. Балансный и кольцевой преобразователи частоты.

8. АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Структурная схема автоколебательной системы. Обратная связь. Роль нелинейности. Энергетические соотношения. Мягкий и жесткий режимы работы.

Фазовая плоскость автоколебательных систем. Возможность применения критериев устойчивости линейных систем к анализу нелинейных систем.

Нелинейное дифференциальное уравнение генератора и его решение в линейном приближении. Недостатки линейного приближения.

Стационарный режима генератора. Квазилинейный метод анализа. Уравнение стационарности. Баланс амплитуд и баланс фаз. Определение амплитуды колебаний методом кривой средней крутизны. Стабильность частоты. Достоинства и недостатки квазилинейного метода.

Переходный режим генератора. Методы решения нелинейных дифференциальных уравнений. Решение нелинейного уравнения Ван-дер-Поля методом медленно меняющихся амплитуд. «Укороченные» уравнения. Закон установления амплитуды при различных начальных условиях.

Схемы генераторов. Трехточечные генераторы с емкостной и индуктивной связями.

Генераторы на двухполюсниках с отрицательным сопротивлением. Условия самовозбуждения генераторов с характеристиками N и S-типов.

RC-генераторы гармонических колебаний. Цепи обратной связи. Влияние отрицательной обратной связи на форму колебаний. Схемы генераторов.

Автоколебательные системы первого порядка, их особенности и реали-зация.

Релаксационные генераторы второго порядка. Переход от гармонических колебаний к релаксационным. Блокинг-генератор. Мультивибратор.

9. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ

И УСИЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ

Общие сведения. Энергетическая трактовка процесса возбуждения колебаний в контуре при периодическом изменении емкости. Условия самовозбуждения. Дифференциальное уравнение контура с переменной реактивностью. Области возбуждения. Параметроны - емкостной и индуктивный. Стационарный режим работы параметрического генератора. Механизмы ограничения амплитуды колебаний.

Усиление колебаний в параметрических цепях. Энергетические соотношения Мэнли-Роу, их физический смысл и применения для исследования различных режимов преобразования колебаний. Одноконтурный параметрический усилитель. Двухконтурные параметрические усилители. Параметрические устройства СВЧ.

10. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Детерминированный и вероятностно-статистический подходы к изучению сигналов. Первичные сведения о случайных процессах. Ансамбль реализаций случайного процесса. Функция распределения. Законы распределения вероятностей случайных процессов. Одномерная и многомерные плотности вероятности.

Моментные функции случайных процессов. Центральные моментные характеристики. Математическое ожидание, средний квадрат, дисперсия процесса. Корреляционные моменты случайных процессов. Корреляционная функция, как мера статистических связей. Характеристическая функция случайных процессов.

Закон распределения вероятностей суммы случайных процессов.

Стационарные и нестационарные случайные процессы, их моментные характеристики.

Эргодические случайные процессы. Принцип статистического усреднения по времени.

Спектральные характеристики случайных сигналов, и их отличие от спектральных характеристик детерминированных сигналов. Связь между спектральной плотностью мощности случайного процесса и корреляционной функцией сигнала, устанавливаемая теоремой Винера-Хинчина. Соотношение между шириной спектра и интервалом корреляции.

Формулировка центральной предельной теоремы. Примеры ее применения.

Модели случайных процессов. Нормальный случайный процесс, «белый» шум. Их статистические характеристики.

Узкополосные нормальные случайные сигналы. Вероятностные характеристики огибающей и фазы.

Вероятностные характеристики огибающей и фазы суммы узкополосного нормального случайного сигнала и гармонического сигнала.

11. ПРОХОЖДЕНИЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

ЧЕРЕЗ ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ

Линейные преобразования случайных процессов. Корреляционная и спектральная характеристики на выходе цепи.

Эффект нормализации случайных сигналов в узкополосных цепях.

Дифференцирование и интегрирование случайных сигналов. Корреляционная функция. Условия дифференцируемости и интегрируемости.

12. ПРОХОЖДЕНИЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

ЧЕРЕЗ НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ

Воздействие случайных сигналов на нелинейные безинерционные цепи. Преобразование одномерной плотности вероятности. Корреляционная и спектральная характеристики на выходе цепи.

Воздействие узкополосной нормальной помехи на линейный и квадратичный детекторы АМ сигналов. Эффект «расширения» спектра помехи при детектировании. Анализ соотношения сигнал/помеха на выходе АМ детектора. Сравнение помехоустойчивости линейного и квадратичного детекторов.

Анализ воздействия узкополосного нормального шума и сигнала на детектор ЧМ. Выигрыш в соотношении сигнал/помеха при использовании ЧМ сигналов.

13. ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИМАЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ

Прием сигналов на фоне помех, как статистическая задача. Понятие о согласованной оптимальной фильтрации сигналов.

Передаточная характеристика согласованного фильтра в приближении помехи типа «белый шум». Физические процессы в фильтре, согласованном с сигнлом.

Импульсная характеристика согласованного фильтра. Форма сигнала и статистические характеристики помехи на выходе согласованного фильтра.

Условия физической реализуемости согласованных фильтров.

Структура оптимального приемника при нормальной помехе. Отношение сигнал/шум на выходе корреляционного приемника.

Решение задачи согласованной фильтрации при «небелом» шуме.

Формирование сигналов, согласованных с заданным фильтром.

Примеры реализации согласованных фильтров для различных сигналов.

Реализация согласованной фильтрации с помощью устройств на поверхностных акустических волнах.

14. ДИСКРЕТНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ.

ЦИФРОВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Понятие о дискретной обработке сигналов. Алгоритм быстрого преобразования Фурье. Алгоритм дискретной свертки.

Принцип действия цифровых фильтров. Понятие о рекурсивных и нерекурсивных цифровых фильтрах. Примеры их синтеза.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1.  Спектральный анализ сигналов.

2.  Корреляционный анализ сигналов.

3.  Дискретизация сигналов. Теоремы отсчетов.

4.  Линейные цепи.

5.  Нелинейные цепи.

6.  Модулированные колебания.

7.  Фазовая плоскость линейных и нелинейных систем.

8.  Автогенераторы гармонических сигналов.

9.  Параметрические цепи и колебания.

10.  Законы распределения случайных сигналов.

11.  Преобразование случайных сигналов в линейных и нелинейных цепях.

12.  Корреляционный анализ случайных сигналов.

13.  Оптимальная линейная фильтрация сигналов.

14.  Цифровая фильтрация сигналов.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.  Исследование спектров видео и радиосигналов

2.  Корреляционный анализ детерминированных сигналов.

3.  Исследование способов дискретизации сигналов (теорема Котельникова).

4.  Исследование прохождения сигналов через линейные цепи.

5.  Исследование различных нелинейных преобразований сигналов.

6.  Исследование амплитудной и угловой модуляции.

7.  Исследование процессов выпрямления и детектирования АМ сигналов.

8.  Исследование процессов детектирования УМ сигналов.

9.  Исследование LC и RC генераторов.

10.  Исследование колебаний в параметрических цепях.

11.  Исследование движения линейных и нелинейных систем на фазовой плоскости.

12.  Исследование законов распределения случайных сигналов.

13.  Исследование линейных и нелинейных преобразований случайных сигналов в радиотехнических цепях.

14.  Корреляционный анализ случайных сигналов.

15.  Исследование оптимальной линейной фильтрации.

16.  Исследование цифровой фильтрации сигналов.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ

1.  Анализ прохождения сигналов заданной формы через линейные цепи спектральным методом.

2.  Анализ прохождения сигналов заданной формы через линейные цепи временным методом.

3.  Анализ прохождения сигналов заданной формы через нелинейные цепи.

4.  Анализ прохождения случайных сигналов через линейные и нелинейные цепи.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

1.  Специальный программный комплекс, разработанный на кафедре теоретических основ радиотехники Белгосуниверситета информатики и радиоэлектроники, для компьютерного сопровождения лекций, проведения практических занятий, лабораторных и курсовых работ.

2.  Пакеты прикладных программ MICROCAP, MATLAB, MATCAD, DERIVE, MAPLE, STATISTIKA и др.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.  Гоноровский цепи и сигналы.- М.: Радио и связь, 1986.

2.  Баскаков цепи и сигналы.- М.: Высш. шк., 1986.

3.  Радиотехнические цепи и сигналы / Под ред. . М.: Радио и связь, 1982.

4.  , Филиппов в теорию сигналов и цепей.- М.: Связь, 1975.

5.  Андреев нелинейных электрических цепей.- М.: Связь, 1982.

Дополнительная

1.  Сиберт , сигналы, системы. В 2 ч.: / Пер. с англ.- М.: Мир, 1982.

2.  Левин основы статистической радиотехники.- М.: Радио и связь, 1989.

3.  Хемминг фильтры.-М.: Соврадио, 1980.

4.  Прикладные математические методы анализа в радиотехнике / Под ред.

.- М.: Высш. шк., 1985.

5.  Тихонов радиотехника.-М.: Соврадио,1982.

Утверждена

Министерством образования

Республики Беларусь

« 24 » июня 2001 г.

Регистрационный № ТД -164 / тип

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ Т.09.01.00 «РАДИОТЕХНИКА»,

Т.09.02.00 «РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Составитель:

- заведующий кафедрой «Антенны и устройства СВЧ», доктор физико-математических наук, профессор.

Рецензенты:

Кафедра радиофизики Белорусского государственного университета (протокол от 5 сентября 2000 г.);

--профессор кафедры радиотехники Военной академии Республики Беларусь, доктор технических наук.

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой антенн и устройств СВЧ Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.);

Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол от 01.01.01 г.).

Согласована с:

Учебно - методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;

Главным управлением высшего и среднего специального образования;

Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканского института высшей школы БГУ.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель преподавания дисциплины – освоение студентами основ теории электромагнитного поля, современных методов решения краевых задач электродинамики для базовых элементов СВЧ волноводов и резонаторов, физики возбуждения электромагнитных волн, дифракции, преломления и отражения, включая случаи неоднородных и анизотропных сред.

Основными задачами изучения дисциплины в соответствии с учебным планом и квалификационной характеристикой специальности являются:

- овладение фундаментальными знаниями в области электромагнитной теории;

- изучение современных методов решения прикладных задач электродинамики, включая методы преобразования координат, вариационные и проекционные методы;

- изучение электромагнитных полей в волноводах и резонаторах;

- изучение явлений дифракции, процессов преломления и отражения волн в различных средах;

- освоение машинных методов расчета и методов изменения параметров СВЧ узлов и трактов.

Студенты должны уметь:

- правильно оценивать функциональное назначение и требования к параметрам типов линий передачи, элементов и устройств СВЧ, на основе которых конструируются СВЧ элементы РТУ и РТС;

- производить расчет на ПЭВМ и комбинационный синтез СВЧ элементов РТУ и РТС;

- измерять параметры и характеристики узлов РТУ и РТС;

- самостоятельно разбираться в научно-технической литературе по технике СВЧ и СВЧ узлам РТУ и РТС.

Изучение курса «Электродинамика и распространение радиоволн» базируется на знаниях, приобретенных студентами при изучении следующих дисциплин:

- «Высшая математика» – разделы «Уравнения математической физики», «Векторный анализ», «Специальные функции»;

- «Физика» – разделы «Электромагнетизм», «Оптика»;

- «Электротехника» – разделы «Резонансные цепи», «Теория длинных линий».

Курс «Электродинамика и распространение радиоволн» обеспечивает изучение следующих дисциплин:

- «Антенны и устройства СВЧ»;

- «СВЧ и квантовые приборы»;

- «Радиоприемные устройства»;

- «Радиотехнические системы»;

- «Электромагнитная совместимость»;

- «Системы мобильной радиосвязи».

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта и рассчитана на объем 120 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций - 88 часов, лабораторных работ - 16 часов, практических занятий - 16 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Введение

Предмет электродинамики. Квазистационарные и излучающие цепи. Понятие «Электромагнитное поле» (ЭМП). ЭМП и заряды. СВЧ и оптический диапазоны. Электродинамические методы и роль машинного проектирования и оптимизации устройств и приборов СВЧ. Области применения электродинамических систем и устройств.

Тема 1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Теоремы Стокса, Грина и Остроградского-Гаусса. Векторные тождества. Постулаты теории Максвелла. Закон сохранения заряда. Физическое содержание каждого из уравнений Максвелла. Материальные уравнения. Нелинейный и линейный случаи. Изотропные и анизотропные среды. Киральные (биизотропные и бианизотропные) среды. Поляризованность и намагниченность среды. Тензоры диэлектрической и магнитной проницаемости.

Тема 2. ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВЕКТОРОВ ЭМП

Граничные условия для тангенциальных и нормальных составляющих векторов ЭМП на границе раздела двух сред в макроскопическом приближении. Излом границы. Условие Мейкснера. Граничные условия на поверхности идеального проводника.

Тема 3. ЭНЕРГИЯ ЭМП

Мощность в электромагнитном поле. Сторонние токи. Баланс энергии в ЭМП. Теорема Умова-Пойнтинга. Удельная энергия ЭМП. Вектор Пойнтинга, его физическая адекватность плотности потока энергии ЭМП. Комплексные амплитуды напряженностей ЭМП для монохроматических сигналов. Теорема о комплексной мощности. Понятие о реактивной мощности. Полные диэлектрические и магнитные потери.

Тема 4. ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ. ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ

Формулировки внутренней и внешней задач электродинамики. Теоремы единственности для внутренней и внешней задач электродинамики. Волновые уравнения для векторов и . Электродинамические потенциалы и Ф и волновые уравнения для них. Частное решение для свободного пространства (запаздывающие потенциалы). Градиентная инвариантность потенциалов. Электрический потенциал Герца, его источники. Фиктивные магнитные токи и заряды. Перестановочная двойственность уравнений Максвелла и использование этого свойства при решении задач электродинамики. Магнитный вектор Герца . и Е - волны, и Н - волны. Граничные условия для , на идеально проводящих координатных поверхностях.

Тема 5. НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ И НАПРАВЛЯЕМЫЕ ВОЛНЫ. ВОЛНОВОДЫ

Типы волноводов. Постановка и метод решения волноводных задач. Собственные значения и собственные функции, их свойства. Характеристики Е и Н волн в регулярных волноводах. Волновое сопротивление, фазовая и групповая скорости волн. Связь продольных и поперечных составляющих напряженностей и волн с собственной функцией, ее градиентом и линиями уровня собственной функции. Структура полей Е и Н типов в прямоугольном и круглом волноводах. Физическая картина распространения волн в волноводе. Т-волны в многосвязных структурах. Регулярные замедляющие системы. Нормальная и аномальная дисперсия. Пространственные гармоники. Потери и затухание волн в волноводах. Анализ частотной зависимости постоянной затухания.

Тема 6. ВОЗБУЖДЕНИЕ ВОЛНОВОДОВ СТОРОННИМИ ИСТОЧНИКАМИ

Лемма Лоренца. Теорема взаимности и ее следствия. Ортогональность собственных волн в регулярных волноводах. Уравнения возбуждения регулярных волноводов сторонними токами. Схемы возбуждения волноводов: штырь, петля, щель, окно, электронный поток.

Тема 7. ТЕОРИЯ НЕРЕГУЛЯРНЫХ ВОЛНОВОДОВ

Неортогональные системы координат. Ковариантные и контравариантные проекции векторов. Отображение произвольной нерегулярной внутренней поверхности волновода на регулярный цилиндр единичного радиуса. Контравариантные проекции уравнений Максвелла в преобразованной системе. Проекционный метод Бубнова-Галеркина. Уравнения возбуждения связанных волн нерегулярных волноводов сторонними электрическими и магнитными токами. Переход к физическим векторам и . Периодически нерегулярные волноводы - замедляющие системы. Невыполнение условий Флоке в периодических нерегулярных волноводах.

Тема 8. РЕЗОНАТОРЫ

Типы резонаторов. Расчет полей резонаторов с помощью потенциалов Герца. Собственные колебания и собственные частоты идеальных резонаторов. Собственная, внешняя и нагруженная добротности резонатора. Расчет собственной добротности резонатора. Уравнения возбуждения резонатора с конечной проводимостью стенок. Потенциальные и соленоидальные поля. Частотный и пространственный резонанс. Селективное возбуждение рабочего типа колебаний. Возбуждение резонаторов штырем, петлей, щелью, окном, электронным потоком.

Тема 9. ВАРИАЦИОННЫЕ И ПРОЕКЦИОННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ВНУТРЕННИХ ЗАДАЧ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Элементы вариационного исчисления, определения и основная теорема. Уравнения экстремали. Идея и схема прямых вариационных методов решения задач электродинамики. Методы Ритца и Трефтца. Алгоритмы решения задач. Проекционные методы. Метод Бубнова-Галеркина. Пример - решение задачи о колебаниях резонатора с некоординатной граничной поверхностью.

Раздел 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Тема 10. ВОЗБУЖДЕНИЕ ЭМВ В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Расчет возбуждения и структура ЭМП элементарными электрическим и магнитным диполями. Поля в ближней и дальней зонах. Формирование поля излучения. Сферические волны. Плоские волны как приближение поля на конечном участке сферической волны. Сопротивление излучения. Мощность излучения. Эквивалентные источники ЭМП. Поляризация волн. Потери и затухания плоской ЭМВ.

Тема 11. ДИФРАКЦИЯ

Понятие о дифракции ЭМВ. Принцип Гюйгенса. Формула Кирхгофа. Зоны Френеля. Форма и размеры области, существенной для распространения радиоволн. Дифракция ЭМВ от непроводящих непрозрачных препятствий.

Тема 12. ОТРАЖЕНИЕ И ПРОХОЖДЕНИЕ ПЛОСКИХ ЭМВ

НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД

Нормальное падение плоской ЭМВ на границу раздела двух сред. Коэффициент прохождения и коэффициент отражения. Условия согласования. Наклонное падение плоской волны на границу раздела двух сред. Горизонтальная и вертикальная поляризации. Формулы Френеля для коэффициентов отражения и прохождения. Законы Снеллиуса. Анализ угловых зависимостей модуля и фазы коэффициента отражения в случае идеальных диэлектриков. Критические углы и угол Брюстера. Среды с потерями. Приближенные граничные условия Щукина-Леонтовича.

Тема 13. ВЛИЯНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

Влияние отражений от земной поверхности на характеристики направленности антенн. Интерференционный множитель, горизонтальная и вертикальная поляризация волн. Неоднородная и неровная земная поверхность. Критерий Релея. Формула Введенского. Учет сферичности земной поверхности. Поверхностные волны. Формула Шулейкина - Ван дер Поля. Береговая рефракция. Дифракция радиоволн вокруг сферической земной поверхности.

Тема 14.РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ТРОПОСФЕРЕ

Строение тропосферы. Рефракция радиоволн в тропосфере. Уравнение радиолуча. . Нормальная рефракция. Сверхрефракция. Потери и затухание волн в тропосфере. Рассеяние и резонансные потери. Частотные зависимости коэффициента затухания ЭМВ в тропосфере.

Тема 15. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ИОНОСФЕРЕ

Строение ионосферы. Основные слои. Суточные, сезонные и географические изменения структуры. Диэлектрическая проницаемость ионизированного газа без учета столкновений. Частота Ленгмюра. Рефракция радиоволн в ионосфере. Критическая частота отражающихся от ионосферы волн. Влияние столкновений электронов с тяжелыми частицами. Поглощение радиоволн в ионизированном газе. Влияние магнитного поля земли на распространение ЭМВ в ионосфере. Эффект Фарадея. Двойное лучепреломление. Фазовые искажения радиоимпульса.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13