Учебно-методический комплекс образовательных программ профессиональной переподготовки и повышения квалификации Издательство мгту им Н. Э. Баумана Федеральная целевая программа развития образования на 2006-2010 годы

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13

5. Учебные программы по дисциплинам

5.1. «ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, ОСНОВЫ АНТЕННОЙ ТЕХНИКИ»

Автор: Митрохин В.Н.

Цели и задачи дисциплины.

Цели преподавания дисциплины:

освоение слушателями основ теории электромагнитного поля и ее радиотехнических приложений, включая закономерности распространения радиоволн в реальных средах;
формирование у слушателей навыков анализа базовых электродинамических задач.

Требования к уровню усвоения дисциплины

В результате изучения дисциплины слушатели

должны знать:

основные уравнения электромагнитного поля, принципы и теоремы электродинамики;
классы электродинамических задач и подходы к их решению;
основные математические модели электромагнитных волновых процессов, а также модели сред, условия распространения и возбуждения волн;
методы анализа и расчета простейших структур для излучения электромагнитных волн, основных типов волноводов и резонаторов;

должны уметь:

использовать основные уравнения и теоремы электродинамики применительно к базовым электродинамическим задачам;
рассчитывать и анализировать характеристики электромагнитных волн, учитывать условия их распространения и возбуждения, влияние параметров среды.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Виды учебной работы	Количество часов
Аудиторные занятия, всего В том числе: Лекции Семинары	132 89 43
Самостоятельная работа, всего В том числе: Подготовка к семинарам Домашнее задание №1 Домашнее задание №2	44 20 12 12
Общая трудоемкость дисциплины	176
Итоговый контроль	экзамен

Тематический план дисциплины

№ п/п	Наименование разделов дисциплины	Лекции,час	Семинары, час	Самост. работа, час
1	Основные характеристики и уравнения электромагнитного поля и среды	10	12
2	Электромагнитное поле монохроматического источника в неограниченной среде. Излучение электромагнитных волн	12	9
3	Нелинейные процессы в пассивных средах	12	-
4	Электромагнитное поле монохроматического источника в ограниченных средах	12	-
5	Электромагнитные волны в направляющих системах и резонаторах	19	22
6	Взаимодействие электромагнитного поля с активной средой	10	-
7	Асимптотические и приближенные методы решения задач электродинамики	14	-
	Итого	89	43	44

Краткое содержание дисциплины

Лекции

Содержание.

1. Основные характеристики и уравнения электромагнитного поля и среды .

Характеристики поля. Характеристики среды. Интегральные уравнения электромагнитного поля. Дифференциальные уравнения электромагнитного поля. Уравнения непрерывности (закон сохранения заряда). Линейные, нелинейные и параметрические условия. Теорема Умова-Пойнтинга. Уравнения электромагнитного поля в частных производных второго порядка (волновые уравнения). Классификация электромагнитных полей.

2. Электромагнитное поле монохроматического источника в неограниченной среде. Излучение электромагнитных волн .

Основные уравнения. Энергетические соотношения и теорема Умова-Пойнтинга в комплексной форме. Излучение электромагнитных волн. Электрический диполь Герца. Плоская однородная монохроматическая волна в неограниченной однородной изотропной линейной среде. Фазовая и групповая скорости. Пассивные и активные среды.

3. Нелинейные процессы в пассивных средах.

Распространение электромагнитного поля в безграничных диэлектрических средах. Самофокусировка и самоканализация энергии электромагнитного поля. Распространение электромагнитного поля в безграничной изотропной среде. Поляризация электромагнитных волн. Распространение электромагнитного поля в безграничной магнитной среде. Распространение электромагнитного поля в безграничных анизотропных средах.

4. Электромагнитное поле монохроматического источника в ограниченных средах.

Наклонное падение электромагнитной волны на плоскую границу раздела двух сред. Формулы Френеля. Полное прохождение электромагнитного поля при наклонном падении на границу линейных сред без потерь. Угол Брюстера. Нормальное падение электромагнитного поля на границу раздела двух сред. Нормальное падение электромагнитного поля на движущуюся плоскость раздела. Эффекты Допплера. Пондеромоторные силы электромагнитной волны. Поверхностный эффект.

5. Электромагнитные волны в направляющих системах и резонаторах.

Направляющие системы. Типы направляемых электромагнитных волн и их основные электродинамические характеристики. Прямоугольный волновод, H_mn - волны. Поле H₁₀ в прямоугольном волноводе. Прямоугольный волновод, E_mn - волны. Волновод круглого сечения. Коаксиальный волновод. Диэлектрический волновод. Неоднородные волноводы. Микрополосковая и высокодобротная линии. Объемные резонаторы. Отрезок направляющей структуры, ограниченный металлическими торцевыми поверхностями, как резонатор. Анализ собственных колебаний в полых резонаторах. Прямоугольный, круглый и коаксиальный резонаторы. Структура силовых линий электромагнитного поля для различных типов колебаний в резонаторах и направляющих системах. Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов. Проходной резонатор. Добротность объемных резонаторов. Понятие об открытых и диэлектрических резонаторах.

6. Взаимодействие электромагнитного поля с активной средой.

Усиление и генерирование. Распространение электромагнитной волны в активной среде. Условия усиления и генерирования. Усиление бегущей волны. Усиление в резонаторе. Электромагнитная волна в электронном потоке. Многофункциональные интегральные схемы СВЧ (МИС). Начальные сведения о технологии МИС СВЧ.

7. Асимптотические и приближенные методы решения задач электродинамики.

Краткая характеристика методов решения задач возбуждения, распространения, дифракции, рефракции и рассеяния электромагнитных волн. Асимптотические и приближенные методы в квазистатической области. Строгие методы в резонансной области. Асимптотические и приближенные методы в квазиоптической области. Методы оценки полей в переходной области. Уравнения Максвелла в неоднородной среде и их решения методом геометрической оптики. Уравнения эйконала и переноса. Траектории лучей в неоднородной среде. Примеры: наклонные лучи в плоскослоистой среде, лучевое распространение волн в волоконных оптических линиях передачи.

Компьютерные методы решения задач электродинамики. Обзор эффективных методов в вычислительной электродинамике: метод частичных областей, метод Бубнова-Галеркина, метод интегральных уравнений.

Семинары

№ п/п	Темы семинаров	Объем, ч.
1.	Математический аппарат прикладной электродинамики. Основные определения и формулы векторной алгебры, теории поля, уравнений математической физики и специальных функций	12
2.	Распространение электромагнитных волн в ограниченных средах. Решение уравнения Гельмгольца методом разделения переменных в декартовой цилиндрической и сферической системах координат	9
3.	Исследование структуры электромагнитного поля в прямоугольном волноводе	8
4.	Исследование структуры электромагнитного поля в круглом волноводе	8
5.	Исследование объемных резонаторов	6
	Всего	43

Самостоятельная работа

№ п/п	Тема самостоятельной работы	Объем, ч.
1.	Подготовка к семинарам	20
2.	Домашнее задание 1: «Основные законы электромагнитного поля. Распространение электромагнитных волн в неограниченных средах»	12
3.	Домашнее задание №2. «Волноводы и резонаторы»	12
	Всего	44

Учебно-методические материалы

Рекомендуемая литература.

Основная

Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот. Учебное пособие.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006.- 488 с.
Митрохин В.Н. Электродинамические свойства материальных сред. Учебное пособие.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006.- 120 с.
Неганов В.А., Осипов О.В., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Электродинамика и распространение радиоволн.- М.: Радио и связь, 2005.- с.
Кугушев А.М., Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники. Электродинамика и распространение радиоволн. Учебное пособие.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.- 480 с., илл.
Митрохин В.Н. Асимптотические и приближенные методы решения задач дифракции электромагнитных волн. Учебное пособие.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998.- 19 с.
Сборник задач по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн»/ Баскаков С.И., Карташев В.Г., Лобов Г.Д., Филатова Е.А., Штыков В.В.; Под ред. С.И.Баскакова. -М.: Высшая школа, 1981.-208 с.

Дополнительная:

Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Высшая школа, 1992. – 416 с.
Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. -М.: Высшая школа, 1990. - 335 с.
Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Наука, 1989. – 544с.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. -М.: Радио и связь, 1988.- 440 с.

5.2. «АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ И НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ»

Автор: Бей Н.А.

Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины:

изучение антенн современных радиотехнических систем различного назначения, в частности: антенн космических аппаратов, земных станций спутниковой связи (включая антенны для индивидуального приёма сигналов спутникового телевидения), навигационных систем. Анализируются основные проблемы современной антенной техники и пути их решения.

Задачами дисциплины является изучение:

особенностей антенн систем связи, радиолокации и радионавигации
теории гибридных зеркальных и линзовых антенн и антенных решеток;
бортовых и наземных антенн космической связи.

Требования, предъявляемые к уровню усвоения дисциплины

После изучения дисциплины слушатель

должен знать:

требования к антеннам систем связи, радиолокации и навигации;
особенности конструкций антенн систем связи, радиолокации и навигации;
методы расчета и проектирования антенн для связи, радиолокации и навигации.
способы обеспечения электромагнитной совместимости.

должен уметь:

разработать электрическую схему антенны;
выбрать тип антенны для связи и навигации, соответствующий назначению и предъявляемым техническим требованиям;
выполнять расчет электрических характеристик и проектирование антенны;
выполнять расчет электрических характеристик и проектирование элементов антенны.

Понятия: гибридная зеркальная антенна, гибридная линзовая антенна, активная и пассивная фазированные антенные решетки, сверхширокополосная антенна, многолучевая и контурная диаграммы направленности.

Методики расчета: компьютерное моделирование с использованием пакетов прикладных программ.

Приборы и изделия: антенны систем связи и навигации и их элементы.

должен иметь навыки:

выбора типа антенны с учетом назначения и требуемых электрических характеристик;
построения геометрической модели и выбора методики расчета электрических характеристик антенн;
разработки конструкции антенны;
измерения электрических характеристик антенн и элементов волноводных трактов.

Объем дисциплины и виды учебной работы

Виды учебной работы	Количество часов
Аудиторные занятия, всего В том числе: Лекции Семинары Лабораторные работы	79 36 22 21
Самостоятельная работа, всего В том числе: Самостоятельная проработка курса лекций. Курсовая работа	34 17 17
Общая трудоемкость дисциплины	113
Итоговый контроль	экзамен

Тематический план дисциплины

№ п/п	Наименование разделов дисциплины	Лекции, час	Семинары, час	Лаборат. работы, час	Самост. работа, час	Литература
1	Введение	2	-	-		[1]
2	Антенны космических аппаратов	14	10	8		[1,6,7]
3	Наземные антенны линий связи	15	12	9		[1,3,4,8]
4	Элементная база антенных систем	3	-	4		[9]
5	Антенны отечественных и зарубежных систем связи	2	-	-
	Итого	36	22	21	34

Краткое содержание дисциплины

Лекции

Содержание:

1. Введение

Предмет и содержание курса. Обзор современного состояния теории и техники антенных систем радиотехнических комплексов различного назначения. Электрические характеристики современных антенных систем. Проблемы и перспективы развития теории и техники антенн.

2. Антенны космических аппаратов

2.1. Основные особенности эксплуатации и требования, предъявляемые к конструкциям бортовых антенно-фидерных систем

2.2. Антенны геостационарных спутников. Схемы построения антенных систем спутников-ретрансляторов. Гибридные зеркальные и линзовые антенны геостационарных спутников ССС. Многолучевые антенны. Способы и устройства для формирования "контурных" лучей. Антенны систем межспутниковой связи. Обеспечение электромагнитной совместимости. Адаптивные антенны.

2.3. Антенны низкоорбитальных космических аппаратов. Схемы построения антенн систем связи, навигации и мониторинга поверхности Земли.

3. Наземные антенны линий связи

3.1. Основные особенности эксплуатации и требования, предъявляемые к конструкциям антенно-фидерных систем наземных терминалов систем спутниковой связи.

3.2. Антенны терминалов фиксированной и подвижной связи.

3.3. Антенны земных станций магистральной спутниковой связи.

4. Элементная база антенных систем

Зеркала с частотно-селективными поверхностями. Трансформируемые конструкции. Облучатели зеркальных антенн. Лучеводы. Малогабаритные антенны. Активные антенны. Сверхширокополосные и многодиапазонные излучатели. Фазовращатели и модули ФАР и АФАР. Защитные укрытия (обтекатели).

5. Антенны отечественных и зарубежных систем связи.

Примеры реализации антенных систем.

Blog