Название модуля | Устройства СВЧ и антенны (УСВЧиА) |
Номер | | Академический год | 2011/2012 | семестр | 5/6 |
кафедра |
Радиотехника 50
| Программа | 210601.65 Радиоэлектронные системы и комплексы, специализация Радиоэлектронные системы передачи информации |
Гарант модуля |
Шишаков К.В., кандидат физико-математических наук, доцент
|
Цели и задачи дисциплины, основные темы |
Цели: Формирование у студентов системного представления по устройствам СВЧ и антеннам; изучение физических процессов, происходящих при преобразовании сигналов в антенно-фидерных системах; овладение методами их расчета. Задачи: Приобретение теоретических знаний по устройствам СВЧ и антеннам. Привитие устойчивых навыков использования современных методов и средств в решении практических задач. Знания: Современное состояние уровня и направлений развития устройств СВЧ и антенн. Их основные понятия, возможности, принципы построения и работы, области применения. Аппаратная реализация, особенности функционирования и эксплуатации, методы экспериментального исследования. Умения: Применять теоретические и практические знания для решения конкретных технических задач. Проводить анализ физических процессов, происходящих в устройствах СВЧ и антеннах; рассчитывать и измерять параметры устройств СВЧ и антенн. Навыки: Владеть технологиями практической работы с устройствами СВЧ и антеннами; методами анализа, расчета и моделирования устройств СВЧ и антенн.
Лекции:УСВЧиА1 (семестр 5): 1) Особенности СВЧ-волн. Общая характеристика устройств СВЧ и антенн, особенности их функционирования и применения. 2) Линии передачи СВЧ в составе тракта СВЧ и характеристика их основных видов: проволочных, коаксиальных, полосковых, микрополосковых, волноводных, диэлектрических. 3) Обобщенная модель линий передачи СВЧ и основные параметры описания электромагнитных процессов в линиях передачи СВЧ. 4) Анализ процессов взаимодействия линий передачи СВЧ с нагрузками. 5) Диаграмма Смита и ее применение для расчета параметров линий передачи СВЧ. 6,7) Методы согласования линий передачи СВЧ с нагрузками: путем поглощения отраженной волны (с помощью активной неоднородности); путем узкополосной компенсации отраженной волны (с помощью реактивных компенсирующих неоднородностей: четвертьволнового трансформатора, параллельной или последовательной проводимости, реактивных шлейфов, диафрагм и штырей и др.); путем распределенного широкополосного согласования (с помощью ступенчатых и плавных переходов). Реализация согласующих элементов для различных типов линий передачи СВЧ. 8) Анализ электромагнитных свойств и расчет определяющих параметров линий передач СВЧ, работающих на Т-волнах. 9) Анализ электромагнитных свойств и расчет определяющих параметров линий передач СВЧ, работающих на волновых модах. 10) Инженерный анализ полосковых линий передачи в составе печатных плат. 11) Соединения линий передач СВЧ. 12) Переходы между линиями передачи СВЧ. 13) Основные элементы тракта СВЧ и их обобщенная характеристика: нагрузки, реактивные элементы в волноводах и микрополосковых линиях, фильтры, тройники для разных типов линий передач, антенные переключатели, направленные ответвители для разных типов линий передач, мостовые устройства, двойные тройники, многоканальные делители мощности, другие. 14,15). Управляемые устройства СВЧ: устройства управления амплитудой СВЧ-волн, устройства управления фазой СВЧ-волн, устройства управления поляризацией СВЧ-волн. 16) Устройства СВЧ с применением ферритовых элементов. УСВЧиА2 (семестр 6): 1) Модель линий передач СВЧ в нормированных переменных. 2) Матричное описание многополюсных устройств тракта СВЧ. 3) Свойства матриц многополюсников СВЧ. 4) Матричное описание двухполюсников СВЧ (нагрузок) и их примеры. 5) Матричное описание четырехполюсников СВЧ, примеры, четырехполюсники с нагрузкой. 6) Матричное описание шестиполюсников СВЧ, расчет тройников для разных типов линий передач. 7) Матричное описание восьмиполюсников СВЧ, расчет направленных ответвителей для разных типов линий передач и мостовых устройств. 8) Описание многополюсных, составных и каскадных структур из элементов СВЧ. 9) Основы теории антенн. 10) Вибраторные и щелевые антенны. 11) Слабонаправленные и частотно-независимые антенны. 12) Излучающие раскрывы. 13) Апертурные антенны. 14) Линейные антенны, линейные антенные решетки. 15) Фазированные антенные решетки (ФАР). 16) Современные адаптивные ФАР. Практические работы :УСВЧиА1 (семестр 5): 1) Электромагнитные волны в линиях передачи СВЧ. 2) Взаимодействие линий передачи с нагрузками. 3) Расчет нагруженных линий передачи СВЧ. 4) Согласование линий передачи СВЧ с активными нагрузками. 5) Согласование линий передачи СВЧ с комплексными нагрузками. 6) Расчет характеристик различных типов линий передачи СВЧ с ТЕМ волнами. 7) Расчет характеристик волноводных линий передачи СВЧ с Е и Н волнами. 8) Расчет элементов тракта СВЧ. УСВЧиА2 (семестр 6): 1) Расчет типовых четырехполюсников СВЧ. 2) Расчет типовых шестиполюсников СВЧ. 3) Расчет типовых восьмиполюсников СВЧ. 4) Построение матриц рассеяния многополюсников СВЧ на основе их специальных свойств. 5) Расчет составных и каскадных структур из элементов СВЧ. 6,7) Расчет антенн различных типов. 8) Расчет фазированных антенных решеток. Лабораторные работы. УСВЧиА1 (семестр 5): 1) Компьютерное моделирование элементов тракта СВЧ в программе Microwave Office. 2) Компьютерное моделирование элементов тракта СВЧ в программе Microwave Studio. 3) Компьютерное моделирование элементов тракта СВЧ в программе HFSS. 4) Исследование элементов тракта СВЧ на лабораторных стендах антенных систем. УСВЧиА2 (семестр 6): 1) Компьютерное моделирование антенн в программах MMANA, HFSS, Microwave Studio, Microwave Office. 2) Исследование антенной системы «волновой канал – логопериодическая антенна». 3) Исследование антенной системы «спиральная антенна – спиральная антенна». 4) Исследование антенной системы «рупорная антенна – параболическая антенна».
|
Основная литература |
1) Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. – М.: Радиотехника, 2008. – 384 с. 2) Максимов В.М. Устройства СВЧ: основы теории и элементы тракта . – М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. – 72с. 3) Шишаков К.В. УСВЧиА. Ч1. Линии передачи СВЧ: расчет, взаимодействие и согласование с нагрузками. – Ижевск: ИжГТУ. – 2010. – 139 с. 4) Шишаков К.В. УСВЧиА. Ч2. Элементы тракта СВЧ и их анализ. – Ижевск: ИжГТУ. – 2011. – 163 с. 5) Косарев А.В., Шишаков К.В. Исследование антенн и элементов тракта. – Ижевск: ИжГТУ. – 2008. – 276 с.
|
Технические средства |
Лабораторные стенды антенн. Сеть компьютеров, работающая под управлением ОС Windows с выходом в Internet; Среда разработки: Microwave Studio, Microwave Office, HFSS, MMANA
|
Компетенции |
Приобретаются студентами при освоении модуля
|
Общекультурные |
ОК-1: «способностью к восприятию, анализу, обобщению информации, постановке цели и выбору путей ее достижения»;
ОК-10: Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
|
Профессиональные | ПК-3: «готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности»; ПК-4: способность владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик радиотехнических цепей; ПК-5: способность владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных; ПК-6: способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно- техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии; ПК-7: способностью применять современные программные средства выполнения и редактирования изображений и чертежей и подготовки конструкторско-технологической документации; ПК-8: способностью осуществлять анализ состояния научно-технической проблемы, определять цели и выполнять постановку задач проектирования; ПК-11: способностью выбирать оптимальные проектные решения на всех этапах проектного процесса. |
Зачетных единиц
|
8
|
Форма проведения занятий
|
Лекции
|
Практические занятия
|
Лабораторные работы
|
Самостоятельная работа
44/116
|
часов
|
64(32 / 32)
|
32(16 / 16)
|
32(16 / 16)
|
Виды контроля | Диф.зач /зач/ экз | КП/КР | Условие зачета модуля | Получение оценки «зачтено» / оценки «3,4,5» | Форма проведения самостоятельной работы | подготовка к курсовым,, практическим и лабораторным работам, к зачету и экзамену |
формы | Зач / Экз |
КП
|
Перечень модулей, знание которых необходимо для изучения модуля | Физика, Высшая математика, Математический анализ, Электромагнитные поля и волны, Электродинамика и распространение радиоволн, Основы теории цепей, Радиотехнические цепи и сигналы, Информатика. |
