05.12.07 – антенны, СВЧ устройства и их технологии

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 12.12.2014 № 278
 

1. Цели и задачи программы

Целью программы-минимума является установление минимально достаточного уровня требований, предъявляемых к профессиональной компетентности специалистов высшей научной квалификации в области излучения и приема электромагнитных волн, распространения волн по трассам и в линиях передачи, освоения новых принципов построения антенн, пассивных и активных СВЧ устройств с улучшенными параметрами.

Основная задача программы-минимума – оценка способности  экзаменуемого самостоятельно находить рациональные пути создания различных типов антенн и СВЧ устройств и высокоэффективные технологии их изготовления.

2. Требования к знаниям, умениям и навыкам экзаменуемого

Экзаменуемый должен знать:

  • теорию электромагнитного поля;
  • методы решения задач излучения и рассеяния;
  • характеристики и параметры антенн;
  • методы анализа и синтеза антенн, линий передачи и СВЧ устройств на основе различных типов линий передачи;
  • принципы действия и основные параметры генераторов и усилителей СВЧ диапазона;
  • конструирование и технологию изготовления антенн и устройств СВЧ.

Экзаменуемый должен уметь:

  • проводить анализ и синтез антенн и СВЧ устройств по заданным техническим требованиям;
  • проводить согласование и измерение в СВЧ диапазоне;
  • пользоваться средствами автоматизированного проектирования;
  • моделировать влияние конструктивно технологических особенностей изготовления антенн и СВЧ устройств на их электрические характеристики и параметры.

3. Содержание программы

Теория электромагнитного поля.

Ключевые слова: уравнения Максвелла, электромагнитная волна, теорема Умова-Пойтинга, теорема взаимности, излучение, дифракция.

Уравнения Максвелла. Дифференциальная и интегральная формы. Материальные уравнения. Граничные условия для нормальных и тангенциальных составляющих электромагнитного поля. Энергия электромагнитного поля. Теорема Умова-Пойнтинга. Теорема взаимности. Методы решения уравнений Максвелла. Электромагнитные волны в изотропной однородной среде. Электромагнитные волны в анизотропной однородной среде. Преломление и отражение плоских волн на границах раздела двух сред. Излучение электромагнитных волн. Свойства поля в ближней и дальней зонах элементарных излучателей. Интегральные уравнения электродинамики и методы их решения. Дифракция электромагнитных волн. Методы решения задач дифракции: метод физической оптики, метод физической теории дифракции, метод геометрической теории дифракции, метод интегральных уравнений.

Распространение радиоволн.

Ключевые слова: распространение радиоволн, тропосфера, ионосфера.

 Распространение радиоволн вблизи поверхности земли. Влияние Земли на диаграмму направленности антенны. Влияние тропосферы и ионосферы на распространение радиоволн.

Линии передачи и устройства СВЧ.

Ключевые слова: волновод, тип волны, волновое сопротивление, коэффициент стоячей волны, согласование, направленный ответвитель, фильтр, антенный переключатель, фазовращатель.

Линии передачи энергии СВЧ (круглые и прямоугольные волноводы, коаксиальные, полосковые и волоконно-оптические линии передачи). Технические характеристики: типы волн, затухание, дисперсия, электропрочность, волновое сопротивление. Одномодовый и многомодовый режимы работы волноводов. Режимы работы линии передачи: коэффициент отражения, коэффициент стоячей волны, сопротивление линии в данном сечении, трансформация сопротивления в линиях передачи. Колебательные системы на отрезках линий передачи. Методы согласования в линиях передачи. Элементы волноводных трактов различных типов линий передачи: возбуждающие, согласующие устройства, волноводные соединения. Колебательные системы диапазона СВЧ. Матричная теория цепей СВЧ. Классификация многополюсников СВЧ. Матрица рассеяния реактивного 8-полюсника СВЧ. Синтез и анализ цепей СВЧ. САПР для цепей СВЧ. Направленные ответвители и мосты СВЧ: типы, основные параметры, применение. Принцип декомпозиции сложного устройства СВЧ для САПР. Частотные фильтры СВЧ. Фильтры с оптимальными частотными характеристиками. Конструкции многорезонаторных фильтров на основе волноводных, коаксиальных и микрополосковых линий передачи. Ступенчатые и плавные согласующие переходы с оптимальными частотными характеристиками. Фильтры на поверхностных акустических фильтрах. Управляющие устройства СВЧ. Механические и газоразрядные коммутаторы. Антенные переключатели. P-I-N диоды в коммутирующих устройствах. Диодные фазовращатели. Ферритовые устройства: перестраиваемые фильтры, фазовращатели,  вентили и циркуляторы.

Антенны.

Ключевые слова: диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления антенны, эффективная площадь рассеяния, линейная антенна, апертурная антенна, фазированная антенная решетка, методы анализа, измерение параметров антенн.

Характеристики и параметры антенн. Диаграмма направленности (ДН). 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. Синтез диаграмм направленности заданной формы. Методы решения внутренней задачи теории антенн. Рассеивающие свойства антенн: диаграмма рассеяния (ДР), эффективная площадь рассеяния (ЭПР). Методы определения ДР и ЭПР. Поляризационная матрица рассеяния. Линейные антенны. Влияние амплитудно-фазового распределения возбуждения на  ДН и КНД. Сканирование в линейной антенне. Апертурные антенны. Метод эквивалентной линейной антенны. Сведение неплоских апертур к эквивалентным плоским апертурам. ДН и КНД плоской апертуры. Эффективная площадь антенны. Сканирование в плоской апертуре. Фазированные антенные решетки (ФАР). Линейные и плоские ФАР. Размещение излучателей в апертуре ФАР. Условие единственности главного максимума. Методы управления фазовым распределением. Ошибка квантования фазы. Диаграмма сканирования. Вибраторные, микрополосковые, рамочные, спиральные, логопериодические антенны. Варианты построения. Методы анализа. Основные характеристики и параметры. Области применения. Апертурные антенны. Методы анализа, основные типы, применение. Рупорные линзовые, зеркальные антенны. Сканирование в апертурных антеннах. Элементы статистической теории антенн. Статистические параметры амплитудно-фазового распределения. Средняя диаграмма направленности, средний и предельный КНД антенны. Численные методы анализа антенн. Решение внутренней задачи теории антенн на основе интегральных уравнений для тока. Численное решение внешней задачи теории антенн. Антенные системы с обработкой сигнала. Моноимпульсные антенны с амплитудной и фазовой пеленгацией и суммарно-разностной обработкой сигнала. Антенны с синтезированной апертурой. Адаптивные антенные решетки. Цифровые методы формирования диаграмм направленности антенных решеток. Модульное построение активных антенных решеток с цифровым формированием лучей в режимах передачи и приема. Схемы распределения мощности. Антенные решетки с неплоским раскрывом. Антенны с нелинейными элементами. Фрактальные антенны. Методы измерения характеристик и параметров антенн.

Автоматизация проектирования в антенностроении.

Ключевые слова: пакет электродинамического моделирования, система автоматизированного проектирования, автоматическая оптимизация.

Основные принципы автоматизации. Средства автоматизации проектирования.

Генераторы и усилители СВЧ.

Ключевые слова: генератор, магнетрон, клистрон, диод Ганна.

Генераторы со статическим управлением. Генератор с обратной связью. Разрезной магнетрон. Диодные генераторы СВЧ. Генераторы на диодах Ганна, лавино-пролетных 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.

Принципы динамического управления электронным потоком. Модуляция по скорости. Инерционная группировка (0-типа). Силовая группировка в скрещенных электрическом и магнитном полях (М-типа). Гирорезонанс. Генераторы СВЧ: клистроны, магнетроны, гиротроны, ЛСЭ, ЛОВ. Усилители электромагнитных колебаний СВЧ: клистроны, ЛБВ, гироклистроны, гиро-ЛБВ, убитроны.

Технология и экономика производства антенн и устройств СВЧ.

Ключевые слова: технология и конструирование антенн и устройств СВЧ, точность изготовления, надежность.

 Технология и конструирование антенн и устройств СВЧ. Влияние конструктивного исполнения на параметры антенн и устройств СВЧ. Моделирование влияния конструктивно-технологических особенностей изготовления антенн и СВЧ устройств на их электрические характеристики и параметры. Конструктивно-технологическое проектирование антенн, СВЧ устройств, гибридных интегральных схем и микросборок СВЧ диапазона. Методы улучшения надежности, тепловых и массогабаритных характеристик устройств СВЧ. Технико-экономическая оптимизация антенн и устройств СВЧ.

Основная литература

  1. Воскресенский, Д.И. Автоматизированное проектирование антенн и устройств СВЧ / Д.И. Воскресенский, С.Д. Кременецкий, А.Ю. Гринев. – М.: Радио и связь, 1988.  – 239 с.
  2. Гвоздев, В.И. Объемные интегральные схемы СВЧ / В.И. Гвоздев, Е.И. Нефедов. – М.: Наука, 1985. – 256 с.
  3. Гупта, К. Машинное проектирование СВЧ устройств / К. Гупта, Р. Гардж, Р. Чадха. – М.: Радио и связь, 1987. – 432 с.
  4. Ерохин, Г.А. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 491 с.
  5. Зелкин, Е.Г. Методы синтеза антенн / Г. Зелкин, В.Г. Соколов. – М.: Сов. Радио, 1980. – 296 с.
  6. Зелкин, Е.Г. Конструктивные методы аппроксимации в теории антенн / Е.Г. Зелкин, В.Ф. Кравченко, В.И. Гусевский. – М.: Сайнс-Пресс, 2005. – 512 с.
  7. Излучение и рассеяние электромагнитных волн / под ред. В.А. Обуховца.– М.: Радиотехника, 2007.  – 80 с.
  8. Кравченко, В.Ф. Лекции по теории атомарных функций и некоторым их приложениям / В.Ф. Кравченко. – М.: Радиотехника, 2003. – 510 с.
  9. Красюк, Н.П. Влияние тропосферы и подстилающей поверхности на работу РЛС / Н.П. Красюк, В.Л. Коблов, В.Н. Красюк. – М.: Радио и связь, 1988. – 216 с.
  10. Кураев, А.А. Мощные приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров / А.А. Кураев. – М.: Радио и связь, 1986.  – 208 с.
  11. Микроэлектронные устройства СВЧ / под ред. Г.И. Веселова.– М.: Высшая школа, 1988. – 138 с.
  12. Неганов, В.А. Теория и применение устройств СВЧ / В.А. Неганов, Г.П. Яровой. – М.: Радио и связь, 2006. – 720 с.
  13. Обуховец, В.А. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования  и численное моделирование / В.А. Обуховец, А.О. Касьянов. –  М.: Радиотехника, 2006.  – 239 с.
  14. Пименов, Ю.В. Техническая электродинамика / Ю.В. Пименов, В.И. Вольман, А.Д.  Муравцов. – М.: Радио и связь, 2000.  – 536 с.
  15. Проблемы антенной техники / под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского.– М.: Радио и связь, 1989. – 368 с. Проблемы антенной техники / под ред. Л.Д. Бахраха, Д.И. Воскресенского.– М.: Радио и связь, 1989.
  16. Сазонов, Д.М. Устройства СВЧ / Д.М. Сазонов, А.И. Гридин, Б.А. Мишустин. – М.: Высшая школа, 1981.  – 295 с.
  17. Справочник по антенной технике / под ред. Я.Н. Фельда, Е.Г.Зелкина. – М.: Радиотехника, 1997. – Т. 1. – 351 с.
  18. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / под ред. В.И. Вольмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 328 с.
  19. Фельд, Я.Н. Основы теории антенн / Я.Н. Фельд, Л.С. Бененсон. – М.: Дрофа, 2007.  – 491 с.
  20. Чебышев, В.В.  Микрополосковые антенны в многослойных средах / В.В. Чебышев. – М.: Радиотехника, 2007. – 159 с.
  21. Шифрин, Я.С. Вопросы статистической теории  антенн / Я.С. Шифрин. – М.: Сов. радио, 1970.- 384 с.

Дополнительная литература

  1. Айзенберг, Г.З. Антенны УКВ: в 2 ч. / Г.З. Айзенберг, В.Г. Ямпольский, Терешин О.Н. – М.: Связь, 1977. – ч.1, – 386 с – ч.2. – 286 с.
  2. Антенны и устройства СВЧ / под ред. Д.И. Воскресенского.– М.: Радио и связь, 1981.  – 432 с.
  3. Вольман, В.И. Техническая электродинамика / В.И. Вольман, Ю.В. Пименов. –  М.: Связь, 1971.  – 536 с.
  4. Воскресенский, Д.И. Радиооптические антенные решетки / Д.И. Воскресенский,  А.Ю. Гринев, Е.Н. Воронин. – М.: Радио и связь, 1986. – 239 с.
  5. Воскресенский, Д.И. Выпуклые сканирующие антенны / Д.И. Воскресенский, Л.И. Пономарев, В.С. Филиппов. – М.: Советское радио, 1978. – 301 с.
  6. Климачев, И.И. СВЧ ГИС. Основы технологии и конструирования / И.И. Климачев, В.А. Иовдальский. – М.: Техносфера, 2006. – 351 с.
  7. Кураев, А.А. Сверхвысокочастотные приборы с периодическими электронными потоками / А.А. Кураев. – Минск : Наука и техника, 1971. – 306 с.
  8. Марков, Г.Т. Антенны / Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов. – М.: Энергия, 1975. – 528 с.
  9. Никольский, В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В.  Никольский. – М.: Наука, 1973.  – 608 с.
  10. Самойлов, Л.К. Электронное управление характеристиками направленности антенн / Л.К. Самойлов. – Л.: Судостроение, 1987. – 238 с.
  11. Фальковский, О.И. Техническая электродинамика / О.И. Фальковский. – М.: Связь, 1978.  – 432 с.
  12. Фрадкин, А.Л. Антенно-фидерные устройства / А.Л.  Фрадкин. – М.: Связь, 1977.  – 351 с.
  13. Цейтлин, М.Б. Сверхвысокочастотные усилители со скрещенными полями / М.Б. Цейтлин, М.А. Фурсаев, О.В. Бецкий. – М.: Сов. Радио, 1978. – 280 с.
  14. Чаплин, А.Ф. Анализ и синтез антенных решеток / А.Ф. Чаплин. – Львов: Высшая школа, 1987. – 178 с.
  15. Юрцев, О.А. Спиральные антенны / О.А. Юрцев, А.В. Рунов, А.Н. Казарин. – М.: Сов. радио, 1974. – 223 с.
  16. Ямпольский, В.Г. Оптимизация антенных систем линий связи / В.Г. Ямпольский, О.П. Фролов. – М.: Радио и связь, 1991. – 278 с.