ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ Утверждено Постановление президиума ВАК Беларуси от "___"________2002__ № _ ПРОГРАММА–МИНИМУМ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 05.12.07 «Антенны, СВЧ устройства и их технологии» Минск – 2002 УТВЕРЖДЕНО Первый заместитель Министра образования Республики Беларусь _________________________А.И.Жук "____"____________200__ г. УТВЕРЖДЕНО Проректор по научной работе БГУИР ____________________В.В.Муравьев "___"__________________2001 г. РЕКОМЕНДОВАНО К УТВЕРЖДЕНИЮ Экспертный совет № ____________ (протокол от "___"______200__, №___) Председатель экспертного совета Разработчики: Кураев А.А., д.ф.-м.н., профессор, зав.каф. АиУСВЧ БГУИР Юрцев О.А., д.т.н., профессор каф. АиУ СВЧ БГУИР Тамело А.А., к.т.н., доцент каф. АиУ СВЧ БГУИР СОГЛАСОВАНО Председатель совета Д 02.15.02 _____________________В.В.Муравьев "_____"______________2001 г. Одобрено на заседании кафедры А и У СВЧ БГУИР (протокол от "____"___________2001 г. №_____) Зав.кафедрой______________________А.А.Кураев Рецензенты (эксперты): научно-технический совет по радиотехнике и связи ( протокол № от «_____»____________2001 г.) Председатель совета___________________В.А.Чердынцев СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 1. Общие методические рекомендации Расширение области применения и достижения в создании современных типов СВЧ устройств и антенн предопределяют новые подходы к их изучению и проектированию. В связи с освоением КВЧ диапазона появились новые по механизму действия электронные и твердотельные усилители и генераторы СВЧ и КВЧ, которые также требуют подробного их изучения. Использование пиковых мощностей порядка 3-15 ГВт в мощных радиолокационных системах и системах ПРО нового поколения также привело к изменению конструкций и характеристик СВЧ элементов и антенных комплексов. Указанные изменения нашли отражение во всех разделах данной программы. К сожалению, в последние годы прекращен выпуск учебников по современным проблемам теории и техники антенн и СВЧ устройств. Эту проблему можно обойти, воспользовавшись весьма обстоятельными обзорами, публикуемыми в ежемесячном журнале «Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники» за 1992-2002 годы. 2. Содержание курса 1) Теория электромагнитного поля. 1.1. Уравнения Максвелла. Дифференциальная и интегральная формы. Материальные уравнения. 1.2. Граничные условия для нормальных и тангенциальных составляющих электромагнитного поля (ЭМП). 1.3. Энергия электромагнитного поля. Теорема Умова-Пойтинга. Теорема взаимности. 1.4. Электромагнитные волны в свободном пространстве. Линейная и круговая поляризации. Вращение плоскости поляризации в гиротропных средах. 1.5. Преломление и отражение плоских волн на границах раздела двух сред. 1.6. Излучение электромагнитных волн. Ближняя и дальняя зоны. 1.7. Дифракция. Приближение Гюйгенса-Кирхгофа. Геометрическая теория дифракции. 2) Волноводы и устройства СВЧ. 2.1. Линии передачи энергии СВЧ (волноводы). Технические характеристики: погонное затухание, дисперсия, электропрочность, волновое сопротивление. Типы волн. Одномодовый и многомодовый режимы работы волноводов. 2.2. Элементы волноводных трактов и согласующих устройств: - коаксиальные линии – опорные шайбы, резонаторы, сочленения с другими линиями передачи; - прямоугольные волноводы: возбуждающие устройства, элементы согласования, диафрагмы, фланцы, щели, штыри; - круглый волновод: возбуждающие устройства, фланцы, вращающиеся сочленения, фильтры типов волн, поляризационные устройства; - микрополосковые линии: резонаторы, элементы связи, согласующие устройства, шлейфы; - оптические волноводы: возбуждающие устройства, согласующие устройства. 2.3. Матричная теория цепей СВЧ. Определение пассивного линейного многополюсника СВЧ. Матрицы рассеяния. 6- и 8-полюсники СВЧ. Синтез и анализ цепей СВЧ. САПР для цепей СВЧ. 2.4. Направленные ответвители и делители мощности. Направленные ответвители на связанных линиях передачи. Щелевой мост. Двойной Т-мост. Гибридное кольцо. Аналоги на микрополосковых линиях. Принцип декомпозиции сложного устройства СВЧ для САПР. 2.5. Фильтры. Фильтры с оптимальными частотными характеристиками. Конструкции многорезонаторных фильтров на основе волноводных, коаксиальных и микрополосковых трактов. Ступенчатые и плавные согласующие переходы с оптимальными частотными характеристиками. Фильтры на поверхностных акустических фильтрах (ПАВ). 2.6. Управляющие устройства СВЧ. Механические и газоразрядные коммутаторы. Антенные переключатели. Р- -п диоды в коммутирующих устройствах. Схемы диодных фазовращателей. 2.7. Ферритовые устройства. Перестраиваемые фильтры. Фазовращатели. Вентили и циркуляторы. 3) Антенны и антенные системы. 3.1. Вибраторные антенны. Диаграмма направленности вибратора и сопротивление излучения. Петлевой, шунтовой, несимметричный, Г-образный вибраторы. 3.2. Щелевые антенны. Щелевая антенна в плоском экране. Вибраторный аналог щелевого излучателя. Щелевой излучатель в прямоугольном волноводе. Микрополосковые излучатели и их эквивалентные схемы. Резонансные и нерезонансные волноводно-щелевые антенны. 3.3. Параметры антенн. Диаграмма направленности. Ширина главного луча и уровень боковых лепестков. Коэффициент направленного действия (КНД), коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент усиления антенны. Фазовые и поляризационные свойства поля излучения антенн. Применения теоремы взаимности к расчету приемной антенны. Шумовая температура приемной антенны и приемного тракта СВЧ. Взаимное сопротивление и взаимное влияние системы двух или нескольких антенн. Электромагнитная совместимость антенных систем. 3.4. Линейные излучающие системы и антенны бегущей волны. Идеальный линейный излучатель. Режимы излучения: поперечный, осевой, наклонный. Ширина луча и КНД в различных режимах. Характеристика направленности равномерной линейной антенной решетки. Способы подавления побочных максимумов. КНД антенной решетки. Диэлектрические спиральные, импедансные, директорные, логопериодические и логоспиральные антенны. 3.5. Апертурные антенны. Сведение неплоских апертур к эквивалентным плоским. Характеристика направленности плоской апертуры. Электрическое отклонение луча в плоской апертуре. 3.6. Сканирующие фазированные антенные решетки (ФАР). Плоские ФАР. Размещение излучателей в апертуре ФАР и условия отсутствия побочных главных максимумов. Синтез диаграмм направленности заданной формы. 3.7. Антенны СВЧ. Рупорные антенны: пирамидальные, биконические и коробчатые. Линзовые антенны: условия обеспечения синфазности на раскрыве линзы; зонирование линз; методы сканирования главным лучом. Зеркальные антенны: параболические, цилиндрические и сферические. Зеркальные антенны переменного профиля. 3.8. Элементы статистической теории антенн. Статистические параметры амплитудно-фазового распределения. Средняя диаграмма направленности. Средний и предельный КНД антенны. 3.9. Численные методы анализа антенн. Решение внутренней задачи теории антенн на основе интегральных уравнений для тока. Численное решение внешней задачи теории антенн. 3.10. Антенные системы с обработкой сигнала. Моноимпульсные антенны с амплитудной и фазовой пеленгацией и суммарно-разностной обработкой сигнала. Антенны с синтезированной апертурой. Адаптированные антенные решетки. 4) Генераторы и усилители СВЧ. 4.1. Генераторы со статическим управлением. Генератор с обратной связью. Разрезной магнетрон. Диодные генераторы СВЧ. Генераторы на диодах Ганна, лавинопролетных и туннельных диодах. СВЧ транзисторы: биполярные и полевые. Генераторы СВЧ на транзисторах. Малошумящие и усилители мощности на транзисторах. Приборы на резонансно-туннельных эффектах. Перспективы квантовых приборов в СВЧ устройствах и системах. Терабитные импульсные устройства на основе приборов новых типов. 4.2. Принципы динамического управления электронным потоком. Модуляция по скорости. Инерционная группировка (0-типа). Силовая группировка в скрещенных электрическом и магнитном поле (М-типа). Гирорезонанс. 4.3. Генераторы СВЧ: клистроны, магнетроны, гиротроны, ЛСЭ, ЛОВ. 4.4. Усилители электромагнитных колебаний СВЧ: клистроны, ЛБВ, гироклистроны, гиро-ЛБВ, убитроны. ЛИТЕРАТУРА Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1973. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1971. Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. Радио, 1974. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978. Фрадкин А.Л. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1977. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975. Сазонов Д.М.., Гридин А.И., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. М.: Высш. Школа, 1981. 8. Аверьянов В.Я. Устройства СВЧ, ч.1, 2, М.: МРТИ, 1981, 1982. 9. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. Радио, 1973. 10. Цейтлин М.Б., Фурсаев М.А., Бецкий О.В. Сверхвысокочастотные усилители со скрещенными полями. М.: Сов. Радио, 1978. 11. Кураев А.А. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками. Мн.: Наука и техника, 1971. 12. Кураев А.А. Мощные приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров. М.: Радио и связь, 1986. 13. Антенны и устройства СВЧ (под ред. Д.И. Воскресенского). М.: Радио и связь, 1981. 14. Чаплин А.Ф. Анализ и синтез антенных решеток. Львов: Высшая школа, 1987. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. М.: Радио и связь, 2000. 2. Айзенберг Г.З., Янпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенна УКВ. 4.1,2. М.: Связь, 1977. 3. Шур М.С. Приборы на основе арсенида галлия. М.: Мир, 1984.