(ФП на СВЧ) (176 ауд. час) - Южный федеральный университет

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
_____________________________________________________________________
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
дисциплины «Физика процессов на СВЧ»
Образовательной профессиональной программы (ОПП)
направления 210100 «Электроника и микроэлектроника»,
специальности 210105 «Электронные приборы и устройства»
Факультет __Электроники и приборостроения_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП ___Радиотехнической электроники
Таганрог, 2011
2
СОДЕРЖАНИЕ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (УМК)
Учебной дисциплины ФИЗИКА ПРОЦЕССОВ НА СВЧ (ФПСВЧ)
1. Проектирование учебного процесса по учебной дисциплине «Физика процессов на
СВЧ» (ФПСВЧ) (5,6 семестры)
Дисциплина ФПСВЧ предназначена, с одной стороны, для глубокого изучения тех процессов и закономерностей, которые происходят в волноведущих схемах и приборах СВЧ, и
в 5 семестре состоит она из шести отдельных модулей (1) волны в однородных передающих линиях; 2) поперечно-неоднородные волноводы; 3) замедляющие системы; 4) элементы и устройства микроволновых трактов; 5) основы теории линейных микроволновых
схем; 6) микроволновые резонаторы и методы измерения их параметров), по которым изданы пять учебных пособий. С другой стороны, в шестом семестре дисциплина ФПСВЧ
предназначена для ознакомления студентов с рядом активных микроволновых приборов и
устройств. В шестом семестре дисциплина ФПСВЧ состоит из трех модулей (1) приборы с
электростатическим управлением; 2) клистроны; 3) приборы со скрещенными полями).
Общая трудоемкость – 256 часов.
2. Технология процесса обучения по учебной дисциплине ФПСВЧ.
Процесс обучения в пятом семестре состоит в чтении лекций, проведении 8 лабораторных четырехчасовых работ, в проведении коллоквиума (три задачи, два вопроса) и экзамена (одна задача, четыре вопроса), причем все вопросы и задачи студентам известны заранее. Лекции дублируют изданные учебные пособия и теоретические части инструкций по
лабораторным работам.
Процесс обучения в шестом семестре состоит в чтении лекций, проведении 4-ех четырехчасовых работ, в проведении коллоквиума (2 вопроса) и проведении экзамена (три вопроса), причем все вопросы коллоквиума и экзамена студентам известны заранее.
3. Междисциплинарные связи учебной дисциплины в общем перечне дисциплин ОПП
Дисциплина «Физика процессов на СВЧ» базируется на следующих дисциплинах, изучаемых ранее: «Высшая математика», «Физика», «Специальные разделы физики».
Знания, полученные студентами при изучении данной дисциплины, используются при изучении следующих дисциплин: «Применение электронных приборов», «Микроволновые
приборы и устройства», «Основы автоматизации технологических процессов», «Электроника в промышленности», «Спецглавы электроники».
3
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
_____________________________________________________________________
«СОГЛАСОВАНО»
Председатель методической комиссии
по образовательной программе
______________________
________________________
«____»_________ 2011/12
учеб. год
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ЭП факультета
Коноплев Б.Г.
___________________________
«____»________2011 /12 учеб. год
Образовательная профессиональная
программа (ОПП) специальности 210105 «Электронные приборы и
устройства»____________________________________________
Факультет _____________ЭП_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП
РТЭ______
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА ПРОЦЕССОВ НА СВЧ (ФПСВЧ)
Кафедра ______РТЭ_______________________
Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5
Технология обучения лекции, коллоквиумы,
курсы__3____Семестры___5, 6______
лаб. работы
Академические часы _300__
Учебных занятий
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
Промежуточный
рейтинг-контроль
(зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
5сем
182час
−
72
−
36
74
−
лет______
Зачетные единицы __9_з.е._
Учебных занятий
5сем
6 сем
100 б 100бал.
6сем
118 час
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
51 час
час
17 час
50 час
__ час
час
_6_
Промежуточный
рейтинг-контроль
(зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
семестры
5
Таганрог 2011 г.
65
75
35
25
____6__
семестры
5
4
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП)
____________
Физика процессов на СВЧ_____
_______________
________________________индекс_______ _______________________________
Составители:
Должность
Уч. степень
Звание
Ф.И.О.
Подпись
доцент
доцент
К.т.н..
К.т.н..
доцент
доцент
Лебедев В.К.
Осадчий Е.Н.
Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры________________
радиотехнической электроники
Зав. кафедрой РТЭ
Г.Г. Червяков
Cсогласовано с другими кафедрами или организациями:
Название организации
Подпись
Ф.И.О. руководителя
5
МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ ФПСВЧ
В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ,
реализуемой в университете
Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП).
Дисциплина ФПСВЧ служит для более глубокого изучения тех процессов и закономерностей, которые происходят в волноведущих схемах, активных и пассивных устройствах
СВЧ.
Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП.
Дисциплина ФПСВЧ существенно расширяет и углубляет научный и технический кругозор в избранной специальности, что обеспечивает образовательные интересы личности
обучающегося студента по данной ОПП.
Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП
Дисциплина ФПСВЧ существенно углубляет и расширяет знание студентов в избранной
ими специальности, что удовлетворяет требованиям заказчиков выпускников университета
данной ОПП.
Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в
ОПП
Изучение дисциплины ФПСВЧ использует материал дисциплин «Высшая математика»,
«Физика», «Специальные разделы физики».
Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при
реализации рассматриваемой ОПП
Дисциплина ФПСВЧ является одной из основ для дисциплин «Применение электронных
приборов», «Микроволновые приборы и устройства», «Основы автоматизации технологических процессов», «Электроника в промышленности», «Спецглавы электроники».
Цель преподавания дисциплины
Целью дисциплины ФПСВЧ является глубокое изучение ряда активных и пассивных
устройств микроволновой техники.
Задачи изучения дисциплины
В результате изучения дисциплины ФПСВЧ студенты должны:
 освоить базовые знания в области микроволновой техники и физики;
 получить информацию о приборах и методах усиления, генерации и преобразования
микроволн;
 получить навыки расчета, проектирования и измерения параметров микроволновых
пассивных и активных устройств;
 получить базовые знания о физических процессах во всех современных микроволновых приборах, схемах и системах.
2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА
Лекции
Содержание лекций
(5 семестр)
1 модуль
Лекция 1. Особенности СВЧ диапазона длин волн.
Лекция 2. Уравнения Максвелла и решение волнового уравнения.
Лекция 3. Два основных класса волн и их свойства
Лекция 4. Типы и виды волн.
Лекция 5. Волновое сопротивление волновода, постоянная затухания в волноводе.
Лекция 6. Волны в прямоугольном волноводе и в круглых волноводах.
Лекция 7. Кабельные волноводы и двухпроводные линии.
6
Лекция 8. Экранированные полосковые и микрополосковые линии.
Лекция 9. Общие свойства поверхностных волн.
Лекция 10. Круглые диэлектрические волноводы и световоды.
Лекция 11. Линия поверхностной волны.
2 модуль
Лекция 12. Свойства замедляющих систем.
Лекция 13. Дисперсионная характеристика и типы дисперсии.
Лекция 14. Пространственные гармоники и их применение.
Лекция 15. Понятие о электродинамическом методе.
Лекция 16. Элементы и устройства СВЧ трактов.
Лекция 17. Неоднородности в СВЧ трактах и методы их изменения.
Лекция 18. Направляющие устройств СВЧ трактов.
Лекция 19. Свойства и типы мостовых устройств.
Лекция 20. Метод синфазного и противофазного возбуждения.
3 модуль
Лекция 21. Волноводные вентили.
Лекция 22. Мостовые циркуляторы.
Лекция 23. Коммутаторы, варьируемые аттенюаторы и фазовращатели.
Лекция 24. Основы теории линейных СВЧ схем. Импедансные и волновые матрицы.
Лекция 25. Методика расчета элементов волновой матрицы рассеяния.
Лекция 26. Широкополосные переходы, фильтры и методы их расчета.
Лекция 27. Характеристика ступенчатого перехода и методы ее аппроксимации полиномом Чебышева.
Лекция 28. Последовательность расчета широкополосного согласующего перехода.
Лекция 29. Определение числа звеньев и параметров фильтра.
Лекция 30. Определение параметров ячейки волноводного фильтра.
Лекция 31. Типы резонаторов и методы расчета параметров изолированного резонатора.
Лекция 32. Схема резонатора, связанного с передающей линией.
Лекция 33. Пять групп методов изменения параметров эквивалентной схемы резонатора.
Лекция 34. Пять групп методов изменения параметров эквивалентной схемы резонатора.
Лекция 35. Изменение частоты и мощности СВЧ.
Лекция 36. Изменение частоты и мощности СВЧ.
(6 семестр)
Лекция 1. Диоды СВЧ.
Лекция 2. Триоды и тетроды СВЧ.
Лекция 3. Входная проводимость диодов и триодов.
Лекция 4. Особенности работы триодов и тетродов СВЧ в режиме больших амплитуд.
Лекция 5. Вопросы конструирования триодов и тетродов СВЧ.
Лекция 6. Параметры и применение триодов и тетродов СВЧ.
Лекция 7. Двухрезонаторные клистронные усилители и их характеристики.
Лекция 8 Клистронные генераторы и умножители частоты.
Лекция 9. Многорезонаторные и многолучевые клистроны.
Лекция 10. Конструкции пролетных клистронов.
Лекция 11. Формирование электронного пучка.
Лекция 12. Зоны генерации отражательного клистрона.
Лекция 13. Конструкции, параметры и применение отражательных клистронов.
Лекция 14. Расчет резонаторов клистронов.
Лекция 15. Устройство многорезонаторного магнетрона.
Лекция 16. Потенциал синхронизации. Диаграмма Хартри.
7
Лекция 17. Рабочие и нагрузочные характеристики магнетронов.
Лекция 18. Применение и параметры многорезонаторных магнетронов.
Лекция 19. Вопросы расчета и конструирования магнетронов.
Лекция 20. Амплитроны и стабилотроны.
Лекция 21. Карматрон.
Лекция 22. Ультрон.
Лекция 23. Широкополосные СВЧ приборы со скрещенными полями с разомкнутой
замедляющей системой и разомкнутым электронным пучком.
Лекция 24. ЛБВМ.
Лекция 25. ЛОВМ.
Лекция 26. Однокаскадные и двухкаскадные усилители обратной волны.
Лекция 27. Электронно-волновые усилители. Митроны.
Основная литература:
1. Малышев В.А. Физика и техника волновых процессов. №241. Таганрог: ТРТИ. 1978.
2. Малышев В.А. Линии передачи СВЧ. Уч. пособие №347. Таганрог: ТРТИ. 1979.
3. Малышев В.А. Замедляющие системы и резонаторы. Уч. пос. №577. Таганрог: ТРТИ.
1982.
4. Малышев В.А. Частотно-избирательные цепи СВЧ. Метод пос. Таганрог: ТРТУ.1998.
5. №1158 Метод. указания по выполнению курсовой и лабораторных работ по курсу
«Электродинамика и техника СВЧ». Таганрог: ТРТИ. 1986.
6. Малышев В.А. Руководство к выполнению лаб.работ по курсу «Техника СВЧ» ч.1 №34,
ч.2 №35. Таганрог: ТРТИ.1972.
7. № 1094 Руководство к лаб.работам №1 и 2 по курсу «Электродинамика и техника СВЧ»,
Таганрог: ТРТИ.1986.
8. №1082 Руководство к лаб.работам №3 по курсу «Электродинамика и техника СВЧ», Таганрог:ТРТИ.1985.
9. №1095 Руководство к лаб.работам №4 и 5 по курсу «Электродинамика и техника СВЧ»,
Таганрог: ТРТИ.1986.
10. № 926 Руководство к лаб. работам №6 по курсу «Электродинамика и техника СВЧ»,
Таганрог: ТРТИ. 1984.
11. № 2160. Метод. указания по выполнению лаб. работы по курсу «Физика процессов на
СВЧ». Таганрог: ТРТУ. 1994.
12. № 41. Метод. указания по выполнению лаб. работы по курсу «Физика процессов на
СВЧ». Таганрог: ТРТУ. 1995.
13. № 2564. Метод. указания по выполнению лаб. работы по курсу «Физика процессов на
СВЧ». Таганрог: ТРТУ. 1998.
14. Малышев В.А., Радченко А.Ф., Супрунова Е.Ф. Метод указания по выполнению курсовой работы по курсу «Физика процессов на СВЧ» № 2450. Таганрог: ТРТУ. 1998.
15. Кацман Ю.А. Приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1983.
16. Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Т.2, М.: Высшая школа, 1972.
17. Березин В.М.. Буряк В.С.. Гутцайт Э.М., Марин В.П. Электронные приборы СВЧ. М.:
Высшая школа, 1985.
18. Цейтлин М.В., Фурсаев М.А., Бецкий О.В. Сверхвысокочастотные усилители со скрещенными полями. М.: Сов. радио, 1978.
19. Волощенко Ю.П. Физика приборов СВЧ. Уч. пособие. Таганрог: ТРТУ, 1998. 130 с.
20. Малышев В.А. Бортовые активные устройства СВЧ. Л.: Судостроение, 1990,264 с.
Дополнительная литература:
1. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, т.1. М.: Высшая школа. 1970. 440 с.
2. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высшая школа. 1990.335с.
8
3. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на
элементах с сосредоточенными параметрами. Под ред. Малышева В.А. М.: Радио и связь.
1984. 104 с.
4. Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь.1973.
5. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь.1978.
6. Под ред. Вольмана В.И. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых
устройств. М.: Радио и связь.1982.
7. Советов Н.М. Техника СВЧ. М.: Высшая школа.1976.
8. Под ред Чернушенко В.М. Конструкция СВЧ устройств и экранов. М.: Радио и связь.
1983.
9. Гупта К, Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и
связь. 1987.432 с.
10. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа.1988.432с.
11. Червяков Г.Г. Метод. пособие по курсу «Применение электронных приборов и
устройств», № 25Н. Изд.ТРТУ, 1999.
12. Гайдук В.И., Палатов К.И., Петров Д.М. Физические основы электроники приборов
СВЧ. М.: Сов. радио, 1971. 600 с.
13. Цейтлин М.Б., Кац А.М. Лампа с бегущей волной. М.: Сов. радио, 1964. 310с.
2.2. Лабораторные занятия
5 семестр
Занятие 1. Измерение сопротивлений с помощью измерительной линии.
Занятие 2. Исследование согласования передающих трактов СВЧ.
Занятие 3. Исследование нагрузочных характеристик отражательного клистрона.
Занятие 4. Исследование микрополосковых фильтров с помощью автоматического
измерителя КСВ и ослабления
Занятие 5. Исследование дисперсионных свойств замедляющих систем.
Занятие 6. Устройства коммутации и управления фазой СВЧ-волн.
Занятие 7. Исследование направляющих устройств СВЧ.
Занятие 8. Измерение добротностей динамическими методами.
6 семестр
Занятие 1. Исследование усилительного клистрона.
Занятие 2. Исследование отражательного клистрона.
Занятие 3. Исследование магнетрона.
Занятие 4. Исследование генератора СВЧ на титано-керамическом триоде.
3. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЦЕЛЕЙ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студенты в процессе изучения дисциплины и после ее завершения в соответствии с
профилем материала должны демонстрировать:
3.1. способность применять полученные знания
3.2. способность идентифицировать, формулировать и решать поставленные проблемы
3.3. способность использовать навыки, методы, оборудование и технологии для решения
проблем
3.4. способность разрабатывать и проводить эксперименты, анализировать и объяснять
полученные данные и результаты
3.5. понимание профессиональной и этической ответственности
3.6. формирование достаточно широкого образования, необходимого для понимания влияния профессиональных проблем и их решений на общество и мир в целом
3.7. знание современных проблем
9
3.8. способность работать в многопрофильных командах
3.9. способность результативного общения
3.10. понимание необходимости и стремления обучаться в течение всей жизни
4. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ И РЕАЛИЗАЦИИ
ЗАЯВЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
(отмечаются используемые методы, корректировка осуществляется по мере необходимости, но не реже, чем 1 раз в 3-4 года)
4.1. Метод анкетных опросов и письменных обзоров.
4.2. Метод выходного или иного интервью.
4.3. Стандартные формы контроля качества усвоения знаний.
4.4. Метод авторского формирования содержания экзаменов.
4.5. Информационная база студентов и архивные записи.
4.6. Группы по интересам (студенческая работа по интересам, группы по проблемам).
4.7. Система требований (собрание образцов работ).
4.8. Метод конкретных ситуаций (метод моделирования).
4.9. Оценка работы.
4.10. Внешний экзаменатор.
4.11. Устные экзамены.
4.12. Метод наблюдения поведения.
№
разделов
курса
5 сем
6 сем
знание и понимание
А1 А2 А3
+
+
+
+
+
+
А4
+
+
А5
+
Результаты образования
Интеллектуальные
Практические
навыки
навыки
В1 В2 В3 В4 С1 С2 С3 С4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Переносимые
навыки
Д1
Д2
+
+
Карта контроля качества: 1) достижения целей; 2) для самоконтроля студентами своей учебной деятельности.
В области знания и понимания (А):
- Знает особенности систем и узлов передачи и прима информации, сенсорных элементов и устройств автоматики производственных процессов радиоэлектронных приборов
(А1),
- Знает и четко различает виды систем различных диапазонов частот их функциональное назначение
(А2),
- Может объяснить физические принципы функционирования систем приема и передачи информации и автоматизации производства ИС
(А3),
- Может объяснить основные принципы построения систем различного
назначения
(А4),
- Понимает взаимосвязь процессов в системах и знает методы их оптимизации
(А5).
В области интеллектуальных навыков (В) способен:
 Анализировать процессы, происходящие в микроволновых и робототехнических
системах при их функционировании
(В1);
 Разрабатывать и модернизировать математические модели процессов
(В2);
 Анализировать и выбирать эффективные режимы работы систем
(В3);
 Разрабатывать структурные схемы устройств с заданными функциональными
свойствами
(В4).
В области практических навыков (С) может:
 Применять модели и методы для разработки устройств и систем
(С1);
 Эффективно использовать вычислительные среды и программные продукты
для анализа и синтеза устройств
(С2);
 Применять методы анализа для оценки качества и параметров устройств
(С3);
 Уметь подобрать необходимые активные элементы для выполнения
проектных работ
(С4);
В области переносимых навыков (Д), способен:
 Применять принципы и методы разработки функциональных устройств СВЧ для различных диапазонов частот
(Д1);
10
- Применять математический аппарат моделирования микроволновых и технологических робототехнических
систем при выполнении курсовых и выпускных
квалификационных работ
(Д2).
5. РЕЙТИНГ И ИТОГОВАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
5.1. Рейтинговая система РИТМ – ТРТУ использует 100 балльную оценку.
5.2. Промежуточный и суммарный (рубежный или итоговый) рейтинг по дисциплине
5 семестр
Рейтинг первого модуля
Макс.
12
Мин.
7
Рейтинг второго модуля
Макс.
37
Мин.
21
Рейтинг третьего модуля
Макс.
51
Мин.
27
Суммарный
(рубежный или итоговый) рейтинг
Макс.
100
Мин.
55
5.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине
Дифференциальная оценка
Рейтинг
(в баллах системы
РИТМ)
Обозначение
оценки в системе
ЕСТS
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетво
рительно
100-84
83-67
66-55
менее 55
A
C
E
F
6 семестр
Рейтинг первого модуля
Макс.
30
Мин.
16
Рейтинг второго модуля
Макс.
20
Мин.
12
Рейтинг третьего модуля
Макс.
50
Мин.
27
Суммарный
(рубежный или итоговый) рейтинг
Макс.
100
Мин.
55
5.3. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине
Дифференциальная оценка
Рейтинг
(в баллах системы
РИТМ)
Обозначение
оценки в системе
ЕСТS
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетво
рительно
100-84
83-67
66-55
менее 55
A
C
E
F
11
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
_____________________________________________________________________
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан ЭП факультета
Коноплев Б.Г.
___________________________
«____»________2011 /2012 учеб.год
Образовательная профессиональная
программа (ОПП) специальности 210105 «Электронные приборы и
устройства»
Факультет _____________ЭП_______________________
Выпускающая кафедра по ОПП
РТЭ______
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКА ПРОЦЕССОВ НА СВЧ (ФПСВЧ)
Кафедра ______РТЭ____________________Лектор Лебедев В.К., Осадчий Е.Н.
Форма обучения __________очная________ Срок обучения______5
Технология обучения лекции, коллоквиумы,
курс__3____Семестры___5, 6______
Академические часы _300__
Учебных занятий
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
Промежуточный
рейтинг-контроль
(зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
5сем
182час
−
72
−
36
74
−
лет______
лаб. работы
Зачетные единицы __9_з.е._
Учебных занятий
5сем
6 сем
100 б 100бал.
6сем
118 час
Из них:
лекций
практических
лабораторных
самостоятельных
индивидуальных
курсовая работа
51 час
час
17 час
50 час
__ час
час
_6_
семестры
5
Промежуточный
рейтинг-контроль
(зачет)
Итоговый рейтингконтроль (экзамен)
65
75
35
25
____6__
семестры
5
ПРОВОДЯТ ЗАНЯТИЯ
Практические
(ф.и.о. преподавателя группы)
Лабораторные
(ф.и.о. преподавателя группы)
Горбина Л.А.
Руководство курсовым проекти
рованием (ф.и.о. преподават.гр.)
12
1. ЛЕКЦИИ
Неделя,
число,
месяц
№1
№2
№3
№4
№5
№6
№7
№8
№9
№ 10
№ 11
№ 12
№ 13
№ 14
№ 15
№ 16
№ 17
№ 18
ТЕМА ЛЕКЦИИ
Тип и
число
часов
(5 семестр) 1 модуль
Особенности СВЧ диапазона длин волн. Уравнения Максвелла и решение волнового уравнения
Два основных класса волн и их свойства. Типы и
виды волн.
Волновое сопротивление волновода, постоянная
затухания в волноводе. Волны в прямоугольном
волноводе и в круглых волноводах.
Кабельные волноводы и двухпроводные линии.
Экранированные полосковые и микрополосковые
линии.
Общие свойства поверхностных волн. Круглые
диэлектрические волноводы и световоды.
2 модуль
Линия поверхностной волны. Свойства замедляющих систем.
Дисперсионная характеристика и типы дисперсии. Пространственные гармоники и их применение.
Понятие о электродинамическом методе. Элементы и устройства СВЧ трактов.
Неоднородности в СВЧ трактах и методы их изменения. Направляющие устройств СВЧ трактов.
3 модуль
Свойства и типы мостовых устройств. Метод
синфазного и противофазного возбуждения
Волноводные вентили. Мостовые циркуляторы.
4
Коммутаторы, варьируемые аттенюаторы и фазовращатели. Основы теории линейных СВЧ схем.
Импедансные и волновые матрицы.
Методика расчета элементов волновой матрицы
рассеяния. Широкополосные переходы, фильтры
и методы их расчета.
Характеристика ступенчатого перехода и методы
ее аппроксимации полиномом Чебышева.
Последовательность расчета широкополосного
согласующего перехода.
Определение числа звеньев и параметров фильтра. Определение параметров ячейки волноводного фильтра.
Типы резонаторов и методы расчета параметров
изолированного резонатора. Схема резонатора,
связанного с передающей линией.
Пять групп методов изменения параметров эквивалентной схемы резонатора.
Изменение частоты и мощности СВЧ
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Практические,
семинарские
занятия
Число
часов
13
(6 семестр)
№1
Диоды СВЧ. Триоды и тетроды СВЧ.
4
№2
№3
Входная проводимость диодов и триодов.
Особенности работы триодов и тетродов СВЧ в
режиме больших амплитуд. Вопросы конструирования триодов и тетродов СВЧ.
Параметры и применение триодов и тетродов
СВЧ.
Двухрезонаторные клистронные усилители их
характеристики. Клистронные генераторы и
умножители частоты
Многорезонаторные и многолучевые клистроны.
Конструкции пролетных клистронов. Формирование электронного пучка.
2
4
№8
Зоны генерации отражательного клистрона.
2
№9
Конструкции, параметры и применение отражательных клистронов. Расчет резонаторов клистронов.
Устройство многорезонаторного магнетрона.
4
Потенциал синхронизации. Диаграмма Хартри.
Рабочие и нагрузочные характеристики магнетронов.
Применение и параметры многорезонаторных
магнетронов
Вопросы расчета и конструирования магнетронов. Амплитроны и стабилотроны
Карматрон.
Ультрон. Широкополосные СВЧ приборы со
скрещенными полями с разомкнутой замедляющей системой и разомкнутым электронным пучком.
ЛБВМ.
ЛОВМ. Однокаскадные и двухкаскадные усилители обратной волны.
Электронно-волновые усилители. Митроны.
4
№4
№5
№6
№7
№ 10
№ 11
№ 12
№ 13
№ 14
№ 15
№ 16
№ 17
№ 18
2
4
2
4
2
2
4
2
4
2
4
2
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Самостоятельная работа
студентов под контролем
преподавателя
Число
Часов
Лабораторные
Занятия
5 семестр
Занятие 1. Измерение сопротивлений с помощью
измерительной линии.
Число Контроль
часов усвоения
материала
4
14
Занятие 2. Исследование
согласования передающих
трактов СВЧ.
Занятие 3. Исследование
нагрузочных характеристик
отражательного клистрона.
Занятие 4. Исследование
микрополосковых фильтров
с помощью автоматического измерителя КСВ и
ослабления
Занятие 5. Исследование
дисперсионных свойств замедляющих систем
Занятие 6. Устройства
коммутации и управления
фазой СВЧ-волн
Занятие 7. Исследование
направляющих устройств
СВЧ.
Занятие 8. Измерение добротностей динамическими
методами
6 семестр
Занятие 1. Исследование
усилительного клистрона
Занятие 2. Исследование
отражательного клистрона.
Занятие 3. Исследование
магнетрона.
Занятие 4. Исследование
генератора СВЧ на титанокерамическом триоде.
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
3. Бюджет времени на самостоятельную подготовку студента
№
Вид работы
1.
Работа над лекциями
2.
Подготовка к лаб.работам
Лектор
Лебедев В.К.. Осадчий Е.Н.
Ответственный за дисциплину (цикл)
Зав. кафедрой
Часов
в неделю
5сем
6сем
Всего часов
5сем
6сем
2,1
2
38
33
2
1
36
17
15
Банк контрольных заданий и вопросов по учебной дисциплине
(портфель студента)
5 семестр
Вопросы к 1 модулю (1 вопрос – 4 балла)
1. 1 Неоднородности в СВЧ трактах. Метод S-кривой в измерении параметров неоднородностей.
2. Три класса направляющих устройств СВЧ. Тройники, их свойства и недостатки. Принцип работы мостового устройства на примере схемы переменного тока.
3. Пять свойств мостовых устройств.
4. Три типа мостовых устройств. Балансные кольца и гибридные узлы. Разновидности
кольцевых мостовых устройств. Кольцевой делитель мощности.
5. Противонаправленные, сонаправленные и сложные направленные ответвители, характеристики НО. Многоканальные мостовые устройства.
6. Метод синфазного и противофазного возбуждения и расчет кольцевого делителя мощности.
7. Направленные ответвители на связанных линиях передачи.
8. Ферриты в постоянном и переменном магнитных полях. Магнитная проницаемость.
Изменение магнитного поля бегущей волны Н10 в прямоугольном волноводе. Феррорезонансные волноводные вентили.
9. Полосковый феррорезонансный вентиль и методика выбора его параметров.
10. Эффект Фарадея в круглом волноводе с ферритом и магнитным полем и его использование в вентилях и циркуляторах.
11. Использование ферритов для создания разностного сдвига фазы; гираторы; циркуляторы с двойными тройниками и гиратором.
12. Волноводные и полосковые Y-циркуляторы.
13. Мостовые Х и Т-циркуляторы. Многоплечные мостовые циркуляторы. Четыре направления использования циркуляторов.
14. Фильтры, детекторы, диодные аттенюаторы и переключатели.
15. Работа термисторов в измерителях малой СВЧ мощности.
16. Замедляющая система как цепочка фильтров. Частные случаи.
17. Приближенный метод расчета замедления спирали. Электродинамический метод сшивания; случай спирали.
18. Метод эквивалентных схем в расчете замедляющих систем. Вывод дисперсионного
уравнения с помощью а-параметров.
19. Явления при плохих контактах в сочленении трактов СВЧ. Контактные и дроссельные
сочленения и поршни. Поглощающие нагрузки и измерения больших мощностей. Переходы от одного типа линий к другому, требования к ним.
20. Перечислите основные применения СВЧ колебаний и волн.
21. Почему для передачи СВЧ не используются двухпроводные линии? Преимущества
волноводов.
22. Почему на СВЧ не используются обычные радиолампы? Принципы работы вакуумных
СВЧ приборов.
23. Получение из уравнений Максвелла волнового уравнения для любой компоненты поля
в декартовых координатах.
24. Общее решение волнового уравнения в прямоугольных координатах. Постоянные распространения, волновые числа, критическая длина волны. Получение формулы для
длины волны в волноводе.
25. Два основных класса волн в передающих линиях и свойства этих волн.
26. Вывод формулы для фазовой скорости волны и ее следствие.
27. Вывод формулы для групповой скорости волны (Формулы Релея).
16
28. Вывод формулы для зависимости групповой скорости в волноводе от длины волны.
Анализ хода этой зависимости.
29. Вывод формулы связи величин, обратных групповой и фазовой скоростям. Типы дисперсии.
Вопросы ко 2 модулю (1 вопрос – 4 балла)
30. Классификация и диаграмма существования дисперсных волн; зависимость их волнового сопротивления от длины волны.
31. Отличие волновых сопротивлений, определяемых как отношение напряжения к току и
как отношение поперечных составляющих полей на примере коаксиальной линии.
32. Постоянная затухания в волноводе с учетом потерь в стенках и в диэлектрике (вывод
общей формулы).
33. Затухание в неперах и в децибелах. Пересчет относительных единиц в децибелы.
34. Влияние заполнения волновода диэлектриком на длину волны в волноводе и на критическую длину волны.
35. Решение волнового уравнения для любой компоненты поля и определение постоянных
интегрирования из граничных условий для Н-волн. Структура полей этих волн.
36. Отличие в структуре бегущих и стоячих волн на примере волны Н 10. Изменение картин
стоячих волн во времени.
37. Структура Е-волн в прямоугольном волноводе. Структура токов волны Н10.
38. Вывод формул для критических длин волн в прямоугольном волноводе и для пробивной прочности этого волновода.
39. Четыре определения и четыре способа расчета эквивалентного сопротивления прямоугольного волновода.
40. Затухание волн в прямоугольном волноводе и выбор размеров для заданной длины
волны.
41. Круглые волноводы. (Решение волнового уравнения, структура полей, критические
длины волн, пробивная прочность).
42. Волноводы сложного поперечного сечения.
43. Коаксиальные линии (критические длины волн, структура волн высших типов, оптимальные размеры для минимума потерь и максимума пробивной прочности, методика
выбора размеров).
44. Экранированные полосковые и микрополосковые линии.
45. Открытые микрополосковые, щелевые и компланарные линии.
46. Вывод формулы для фазовой скорости поверхностных волн. Отношение потоков мощности, переносимых в каждой из сред и его зависимость от частоты. Три группы волноводов поверхностных волн.
47. Круглые диэлектрические волноводы и световоды, линии поверхностной волны.
48. Отличия замедляющих систем от обычных линий. Связь сдвига фазы на ячейку с типом
дисперсии ЗС.
49. Замедление и сопротивление связи в замедляющих системах. Типы дисперсии и виды
ЗС.
50. Вывод формулы для фазовой скорости пространственных гармоник в ЗС.
51. Совместная дисперсионная характеристика всех пространственных гармоник и ее свойства. Виды совместной дисперсионной характеристики.
Вопросы к 3 модулю-экзамену (1 вопрос – 10 баллов)
1. Волновые матрицы рассеяния и передачи связи между ними, нормированные волновые
матрицы. Физический смысл элементов волновых матриц четырехполюсника.
2. Вывод формулы для коэффициента отражения от четырехполюсника с известным отражением на выходе.
17
3. Правила сложения и умножения матриц. Возведение матрицы в степень. Основные
свойства полиномов Чебышева первого рода.
4. Методика расчета элементов волновой матрицы рассеяния на примере проводимости,
включенной в линию. Последовательное и параллельное соединение многополюсников
и матрицы.
5. Вывод формулы связи числа ступенек ступенчатого перехода от перепада волновых сопротивлений, максимального коэффициента отражения и масштабного коэффициента.
6. Ступенчатый переход, как цепочка четырехполюсников и метод неопределенных коэффициентов при отыскании волновых сопротивлений ступенек.
7. Плавные экспоненциальный переход и компенсированный экспоненциальный переход.
8. Расчет длины предельного Чебышевского перехода и предельный переход с максимально-плоской характеристикой.
9. Определение числа звеньев фильтра для случаев аппроксимаций Чебышева и Баттерворса.
10. Методика определения варьируемого параметра звеньев фильтра с использованием неопределенных коэффициентов.
11. Ячейка волноводного фильтра СВЧ и методика определения ее параметров по заданной
добротности.
12. Фильтры на связанных линиях и методика их расчета.
13. Пять групп резонаторов.
14. Определение добротности резонаторов и метод ее электродинамического расчета.
15. Определение резонансных длин волн в резонаторах, состоящих из отрезков линий.
16. Метод определения резонансных частот для резонаторов второй и третьей групп.
17. Способы включения резонатора в предыдущую линию. Использование резонаторов в
волномерах.
18. Определение нагруженной добротности резонатора Фабри-Перо и резонансной длины
волны.
19. Собственная, внешняя и нагруженная добротности резонатора и их связь.
20. Эквивалентная схема резонатора, связанного с линией в месте их контакта. Трансформация элементов схемы вдоль линии, сечение эквивалентного представления резонатора параллельным колебательным контуром (СЭП). Изменение резонансной частоты и
коэффициента трансформации.
21. Расчет мощности, поглощенной резонатором.
22. Общий принцип метода передачи и способы его реализации.
23. Реализации первого и второго способов определения добротности методом передачи.
24. Входная проводимость резонатора на круговой диаграмме полной проводимости и выводы /значение КСВ при резонансе, изменение местоположения минимума стоячей
волны от частоты, методика определения СЭП, степени связи и резонансной частоты/.
25. Распределение квадрата напряженности поля в линии на частотах, далеких и близких к
резонансной, и реализация методов зонда.
26. Содержание метода снятия зависимости КСВ от частоты при определении добротности
резонатора.
27. Обоснование и содержание метода измерения зависимости входной проводимости в
СЭП от частоты, доказательство линейности частотной шкалы, получаемой на горизонтальной линии круговой диаграммы.
28. Метод снятия зависимости местоположения минимума стоячей волны от частоты для
определения добротности резонатора.
29. Принцип и схема реализации динамических методов измерения параметров резонатора.
30. Обоснование и содержание метода измерения добротности по затуханию переходного
процесса.
31. Принцип модуляционных методов измерения добротности.
18
6 семестр
Вопросы рейтинга(4 балла) и зачет (10 баллов)
(ФПСВЧ) (часть 2)
1 .Особенности электронных приборов СВЧ. Основные элементы СВЧ прибора.
2. Взаимодействие электронов с электрическим полем.
3. Время и угол пролета электронов.
4. Наведенный ток в плоском зазоре.
5. Общая классификация электронных приборов СВЧ.
6. Применение метода эквивалентных схем для анализа СВЧ приборов.
7. Электронная проводимость диода. Зависимость от угла пролета.
8. Эквивалентная схема диода на СВЧ.
9. Диод в качестве СВЧ генератора. Монотрон.
10. Входная проводимость триода на СВЧ.
11. Учет влияния индуктивности катодного вывода в СВЧ триоде.
12. Комплексная крутизна лампы.
13. Эквивалентная схема электронной лампы на СВЧ.
14. Устойчивость усилительного каскада. Максимальный устойчивый коэффициент усиления.
15. Учет пролетных эффектов В схеме с общим коллектором ( ОК ).
16. Схема с общей сеткой (ОС). Устойчивость каскада.Максимальный коэффициент усиления.
17. Достоинства схемы с ОС.
18. Особенности триодного генератора с ОС.
19. Схема с общим анодом (ОА).
20. Элементы конструкций триодных генераторов и усилителей СВЧ.
21. Особенности работы триодов СВЧ в режиме больших амплитуд.
22. Тетроды СВЧ. Резнатрон.
23. Отличия клистронов от обычных ламп.
24. Устройство и принцип работы пролетного клистрона.
25. Кинематическая и электронно-волновая теория группирования.
26. Классификация пролетных клистронов.
27. Зависимость выходной мощности от мощности поступающей на вход двухрезонаторного клистрона.
28. К.П.Д. двухрезонаторного клистрона.
29. АЧХ двухрезонаторного клистрона.
30. Двухрезонаторные клистронные генераторы.
31. Двухрезонаторный клистрон-умножитель частоты.
32. Многорезонаторные пролетные усилительные клистроны. Процессы в промежуточном
резонаторе.
33.Режим максимального коэффициента усиления многорезонаторного клистрона.
34. Режим максимальной выходной мощности в многорезонаторном клистроне.
35. Особенности конструкций пролетных клистронов.
36. Устройство и принцип действия отражательного клистрона.
37. Электронная проводимость в отражательном клистроне. Условие самовозбуждения.
Пусковой ток.
38. Колебательная мощность и электронный К.П.Д. отражательного клистрона.
39. Электронная перестройка частоты отражательного клистрона. Электронный гистерезис.
40. Влияние нагрузки на работу отражательного клистрона.
41. Конструкции, параметры и области применения отражательных клистронов.
42. Классификация приборов М-типа.
43. Устройство магнетрона.
19
44. Статические характеристики магнетрона.
45. Виды колебаний анодного блока многорезонаторного магнетрона.
46. Пространственные гармоники в магнетроне.
47.Фазовая фокусировка в магнетроне.
48. Условия самовозбуждения магнетрона.
49. Рабочая диаграмма магнетрона.
50. Разделение видов колебаний в магнетроне.
51. КПД магнетрона.
52. Рабочие характеристики магнетрона.
53. Устройство и принцип действия амплитрона.
54. Характеристики и параметры амплитрона.
55. Стабилотрон.
56. Карматрон и ультрон.
57. Устройство и принцип работы ЛБВМ.
58. Пути построения теории ЛБВМ.
59. Характеристики и параметры ЛБВМ.
60.Устройство и принцип работы ЛОВМ.
61. Пусковые условия для ЛОВМ.
62. Параметры и характеристики генераторной ЛОВМ.
ПЕРЕЧЕНЬ
оборудования и приборов для проведения лабораторных работ
1.Генератор сигналов высокочастотный Г4-82 [5,6 – 7,5 GHz].
2.Измеритель мощности термисторный М3-22А.
3.Универсальный источник питания УИП-1.
4.Генератор стандартных сигналов Г4-37А.
5.Частотомер электронно-счетный Ч3-63.
6.Измерительная линия ИВЛ-14П.
7.Стрелочные измерительные приборы (mA).
8.Генератор 51И-1.
9.Измерительная линия 33И.
10. Измеритель КСВН и ослабления Я2Р-67.
11. Вольтметр В7-22А.
12. Линия измерительная Р1-30.
13. Ответвитель направленный ОН-05.
14. Головка измерительная М5-44.
15. Головка измерительная М5-89..
16. Трансформатор полных сопротивлений Д5-1.
17. Аттенюатор Д5-5.
18. Вентиль ФВВ2-21.
19. Антенна рупорная.
20. Клистрон усилительный КУ-102.
21. Клистрон отражательный К-19.
Инновации в преподавании учебной дисциплины
Дисциплина частично переводится на электронный вид обучения (лекции и описание лабораторных работ будут размещены на сайте кафедры РТЭ).
Разработчики программы:
Лебедев В.К. – кандидат технических наук, доцент кафедры РТЭ ТРТУ
Осадчий Е.Н. – кандидат технических наук, доцент кафедры РТЭ ТРТУ