Республики Беларусь «24»
| Вид материала | Пояснительная записка |
- В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
- Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
- Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
- Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
- Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
- Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
- Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ И КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ Т.09.01.00 «РАДИОТЕХНИКА»,
Т.09.02.00 «РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»
Составители:
С.В. Дробот - доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук;
В.Б. Рожанский - доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники;
Ф.А. Ткаченко - доцент кафедры электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, кандидат технических наук.
Под общей редакцией: М.С. Хандогина.
Рецензенты:
Кафедра электроники Военной академии Республики Беларусь (протокол
№ 12 от 23 июня 2000 г.);
В.Н. Копусов - начальник отдела ОАО «МНИПИ», кандидат технических наук.
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой электроники Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 10 от 30 октября 2000 г.);
Советом Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от 23 ноября 2000 г.).
Согласована с:
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области электрорадиотехники и информатики;
Главным управлением высшего и среднего специального образования;
Центром методического обеспечения учебно-воспитательного процесса Республиканский институт высшей школы БГУ.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Сверхвысокочастотные (СВЧ) и квантовые приборы» разработана для студентов специальностей Т.09.01.00 – Радиотехника и Т.09.02.00 – Радиотехнические системы. Она предусматривает базовую подготовку студентов, необходимую для успешного изучения специальных дисциплин и последующего решения производственных и исследовательских задач в соответствии с образовательными стандартами. Целью изучения дисциплины является подготовка студентов к решению задач, связанных с рациональным выбором приборов, их режима работы в различных радиотехнических устройствах и системах.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов, и рассчитана на объем 51 учебный час. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 17 часов.
В результате изучения курса «Сверхвысокочастотные и квантовые приборы» студент должен:
знать:
– физические основы явлений и принципов действия электронных и квантовых приборов СВЧ, их устройство, параметры и характеристики;
– схемы включения источников питания;
– условия безопасной работы с электронными и квантовыми приборами СВЧ;
– условные обозначения электронных и квантовых приборов СВЧ;
уметь:
– использовать полученные знания для правильного выбора прибора;
– находить параметры приборов по их характеристикам;
- определять влияние режимов работы на параметры приборов;
приобрести навыки работы:
– с приборами и аппаратурой, используемой для исследования характеристик и измерения параметров приборов;
– с технической литературой, справочниками, стандартами, технической документацией по СВЧ и квантовым приборам.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА
ВВЕДЕНИЕ
Особенности диапазона сверхвысоких частот и оптического диапазона, их роль в развитии радиоэлектроники. Деление СВЧ диапазона на поддиапазоны. Краткий исторический очерк отечественной и зарубежной электроники СВЧ и квантовой электроники. Значение дисциплины как одной из базовых и ее связь с другими дисциплинами. Определение понятий «электронные СВЧ приборы» и «квантовые приборы». Области применения СВЧ приборов и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов. Классификация электронных и квантовых приборов СВЧ и оптического диапазонов. Основные параметры электронных приборов СВЧ: коэффициент усиления, ширина полосы пропускания, коэффициент полезного действия (КПД), коэффициент шума, диапазон перестройки, спектральная плотность флуктуации амплитуды, частоты и фазы и др. Особенности устройства электронных СВЧ приборов: единство электронной и колебательной систем, применение полых электродинамических колебательных систем, использование времени пролета электронов. Особенности динамического управления электронным потоком: группирование электронов, их взаимодействие с переменным электрическим полем.
Тема 1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА
Особенности работы электронных ламп со статическим управлением электронным потоком в СВЧ диапазоне. Понятие о полном токе. Влияние инерционных свойств электронного потока на работу электронных ламп. Влияние на параметры ламп СВЧ диапазона междуэлектродных емкостей и индуктивностей выводов. Особенности конструкции электронных ламп СВЧ диапазона. Мощные электронные лампы СВЧ диапазона. Области применения электронных ламп СВЧ диапазона.
Тема 2. КЛИСТРОНЫ
2.1. Пролетные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон и его устройство. Принцип действия двухрезонаторного усилительного клистрона: модуляция электронов по скорости (коэффициент эффективности электронного взаимодействия), группирование электронов в сгустки (влияние параметра группирования на конвекционный ток), энергетическое взаимодействие электронных сгустков с переменным электрическим полем выходного резонатора; пространственно-временная диаграмма (ПВД). Параметры и характеристики двухрезонаторного пролетного клистрона: выходная мощность, электронный КПД, коэффициент усиления, амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Двухрезонаторный пролетный клистрон в автогенераторном режиме: условия самовозбуждения, баланс амплитуд и баланс фаз, пусковой ток, электронная перестройка частоты. Умножители частоты на пролетных клистронах: устройство, принцип действия и параметры. Многорезонаторный усилительный клистрон, его устройство и принцип действия; особенности процесса группирования электронов, влияния настройки промежуточного резонатора; параметры и характеристики: выходная мощность, коэффициент усиления, полоса рабочих частот, электронный КПД, амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Области применения пролетных клистронов.
2.2. Отражательный клистрон. Его устройство и принцип действия, ПВД. Условие самовозбуждения; зоны генерации колебаний. Механическая и электронная перестройка частоты, крутизна электронной перестройки отражательных клистронов. Области применения.
Тема 3. ЛАМПА БЕГУЩЕЙ И ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ ТИПА «О»
3.1. Лампа бегущей волны типа «О» (ЛБВО). Особенности и преимущества приборов с длительным взаимодействием. Условие синхронизма. Замедляющие системы (ЗС). Коэффициент замедления. Понятие о пространственных гармониках. Дисперсия ЗС. Сопротивление связи. Устройство ЛБВО, принцип действия; энергетическое взаимодействие электронов с бегущей волной. Основные параметры и характеристики ЛБВО: коэффициент усиления, КПД, амплитудная, амплитудно-частотная и фазовая характеристики, шумовые параметры. Особенности конструкции и области применения ЛБВО.
3.2. Лампа обратной волны типа «О» (ЛОВО). Устройство и принцип действия. Баланс амплитуд и фаз. Параметры и характеристики: пусковой ток, электронная перестройка частоты и крутизна электронной перестройки, выходная мощность, КПД. Области применения ЛОВО.
Тема 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ТИПА «М»
4.1. Физические основы работы электронных приборов типа «М». Движение электронов в скрещенных однородных электрическом и магнитном полях; парабола критического режима. Взаимодействие электронов с неоднородным СВЧ электрическим полем: влияние продольной и поперечной составляющих поля. Энергетическое взаимодействие электронов с волной. Условие синхронизма.
4.2. Многорезонаторные магнетроны. Конструкция, принцип действия. Амплитудное и фазовое условия самовозбуждения магнетрона. Резонансные свойства кольцевой замедляющей системы. Параметры магнетронов: выходная мощность, рабочая частота, электронный КПД, электронное смещение частоты. Разновидности магнетронов, их особенности. Области применения многорезонаторных магнетронов.
4.3. Лампа бегущей волны типа «М» (ЛБВМ). Устройство и принцип действия; параметры и характеристики: коэффициент усиления, амплитудная характеристика, электронный КПД, полоса рабочих частот, коэффициент шума; области применения ЛБВМ.
4.4. Лампа обратной волны типа «М» (ЛОВМ). Устройство и принцип действия; особенности электронной перестройки частоты параметры и характеристики: выходная мощность, электронный КПД; области применения ЛОВМ.
4.5. Амплитрон, стабилотрон. Устройство, принцип действия; параметры и характеристики. Области применения.
4.6. Сравнительная оценка различных электровакуумных СВЧ приборов. Преимущественные области их применения и перспективы развития.
Раздел 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА
Тема 5. СВЧ ДИОДЫ
5.1. Детекторные СВЧ диоды. Эквивалентная схема детекторного диода и система параметров. Параметры, характеризующие детектирование. Шумы детекторных СВЧ диодов. Методы измерения электрических параметров. Применение детекторных СВЧ диодов. Согласование диода с СВЧ трактом. Детектирование СВЧ сигналов. Волноводные и интегральные конструкции диодных детекторов СВЧ сигналов.
5.2. Смесительные СВЧ диоды. Эквивалентная схема и параметры смесительных диодов, методы измерения электрических параметров. Применение смесительных СВЧ диодов. Работа смесительного СВЧ диода в супергетеродинном приемнике. Конструкции диодных СВЧ смесителей в волноводном и интегральном исполнении.
5.3. Параметрические СВЧ диоды. Система электрических параметров и методы их измерения. Принцип действия параметрических усилителей СВЧ на полупроводниковых диодах.
5.4. Умножительные и настроечные СВЧ диоды. Разновидности умножительных СВЧ диодов. Электрические параметры умножительных и настроечных СВЧ диодов и методы их измерения. Умножение частоты СВЧ сигналов с помощью полупроводниковых диодов. Конструктивные особенности диодных СВЧ умножителей частоты в волноводном и интегральном исполнении.
5.5. Переключательные и ограничительные СВЧ диоды. Принцип действия переключательных СВЧ диодов. Устройство переключательных диодов. Система электрических параметров и методы их измерений. Применение переключательных и ограничительных СВЧ диодов.
5.6. Лавинно-пролетный диод (ЛПД). Устройство. Основные физические процессы в ЛПД: в пролетном режиме и режиме с захваченной плазмой. Эквивалентная схема, параметры и характеристики ЛПД, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы СВЧ генераторов на ЛПД.
5.7. Диоды с объемной неустойчивостью (диоды Ганна). Физические процессы в двухдолинных полупроводниках, формирование домена сильного поля; форма тока; различные режимы работы ДГ. Особенности конструкции, эквивалентная схема и основные параметры ДГ, области применения. Конструкции и эквивалентные схемы генераторов на ДГ.
Тема 6. СВЧ ТРАНЗИСТОРЫ
6.1. Биполярные СВЧ транзисторы. Особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.
6.2. Полевые СВЧ транзисторы. Особенности конструкции, эквивалентные схемы, характеристики и параметры, области применения.
6.3. Транзисторные усилители СВЧ. Бесструктурная модель СВЧ транзистора – четырехполюсник, описанный матрицей рассеяния (система S-параметров). Устойчивость транзисторных усилителей СВЧ. Расчет узкополосных усилителей графоаналитическим методом. Особенности построения транзисторных усилителей СВЧ. Практические схемы транзисторных усилителей.
6.4. Автогенераторы на полевых и биполярных транзисторах. Особенности построения транзисторных генераторов СВЧ. Практические схемы транзисторных генераторов.
6.5. Сравнительная оценка различных полупроводниковых СВЧ приборов. Преимущественные области их применения. Перспективы развития полупроводниковых СВЧ приборов миллиметрового диапазона.
Раздел 3. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
Тема 7. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КВАНТОВЫХ ПРИБОРОВ
Энергетические спектры атомов, молекул и твердых тел. Нормальное и возбужденное состояние системы; понятие о спонтанных переходах и спонтанном излучении. Метастабильное состояние, среднее время жизни частиц. Понятие об индуцированном (вынужденном) излучении и поглощении. Соотношения Эйнштейна. Понятие об инверсии населенностей. Методы создания инверсии населенностей. Спектральные свойства активной среды, ширина спектральной линии, причины ее уширения.
Тема 8. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ (МАЗЕРЫ)
Особенности квантовых СВЧ приборов. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Квантовые парамагнитные усилители (КПУ), их устройство; особенности колебательных систем. Параметры и характеристики КПУ.
Тема 9. КВАНТОВЫЕ ПРИБОРЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
Функциональная схема оптического квантового генератора (лазера). Условия генерации. Оптический резонатор, его устройство, типы колебаний. Спектр излучения лазера. Свойства излучения лазера. КПД лазеров. Газовые лазеры. Особенности создания инверсии населенностей в газовом разряде. Гелий-неоновый атомарный лазер, его устройство, энергетическая диаграмма. Ионные лазеры, устройство, особенности принципа действия, основные параметры. Лазер на молекулах СО2, его устройство, принцип работы, параметры. Жидкостные лазеры, устройство и принцип действия. Лазеры на твердом теле, материалы, особенности энергетических диаграмм. Режим модулированной добротности. Полупроводниковые лазеры, их особенности, материалы. Инжекционный лазер на p-n переходе, энергетическая диаграмма, особенности физических процессов; основные параметры и характеристики. Инжекционные лазеры на гетеропереходах. Основные методы модуляции оптического излучения.
Сравнительная оценка квантовых приборов различных типов, области их применения. Перспективы развития электронных и квантовых приборов.