- •Оглавление
- •Список сокращений
- •Часть I
- •Часть II
- •Часть I
- •Твоя альма матер – поволжский
- •Государственный технологический
- •Университет
- •1. Система высшего технического образования
- •1.1. Высшее образование
- •1.2. Инженерное образование в России
- •1.3. Чем университет отличается от института
- •1.4. Многоступенчатое образование: бакалавриат, магистрат
- •2. Пгту как пример государственного технического университета на рубеже XX и XXI веков
- •2.1. История вуза
- •2.2. Университет сегодня
- •Факультеты (в скобках – год основания):
- •2.3. Структура Поволжского государственного
- •2.3.1. Образовательная структура
- •2.3.2. Структура управления университетом
- •41 Рис. 2.3. Управленческая структура пгту
- •43 Рис. 2.4. Структура управления университетом
- •3. Студент в учебном процессе [2, 3]
- •3.1. Студент на лекции
- •3.2. Студент на практических занятиях
- •3.3. Студент в учебной лаборатории
- •3.4. Студент учится самостоятельно
- •3.5. Студент на экзамене
- •3.6. Роль компьютера и Интернета в образовании
- •Часть II основы радиотехники и радиоэлектроники
- •1. История развития радиотехники
- •2. Принципы радиотехники [2, 3, 5]
- •2.1. Возникновение электромагнитного поля
- •2.2. Распространение электромагнитных полей. Радиоволны
- •2.3. Использование высокочастотных колебаний
- •2.4. Генерация колебаний синусоидального вида
- •Синусоидальной формы
- •2.5. Принципы приема радиосигналов
- •2.6. Борьба с помехами
- •3. Электрорадиоэлементы [13, 14]
- •3.1. Резистивные элементы электронной техники
- •3.1.1. Общие сведения о резисторах
- •3.1.2. Основные параметры резисторов
- •3.1.3. Резисторы постоянного сопротивления
- •3.1.4. Система обозначений и маркировка резисторов
- •3.1.5. Специальные резисторы
- •3.2. Емкостные элементы электронной техники
- •3.2.1. Общие сведения о конденсаторах
- •3.2.2. Классификация и конструкции конденсаторов
- •3.2.3. Параметры конденсаторов
- •3.2.4. Система обозначений и маркировка конденсаторов
- •3.2.5. Основные разновидности конденсаторов
- •3.3. Индуктивные элементы электронной техники
- •3.3.1. Физическая природа индуктивности
- •3.3.2. Конструкции катушек индуктивности
- •3.3.3. Разновидности катушек индуктивности
- •3.4. Трансформаторы
- •4. Полупроводниковые приборы
- •4.1. Полупроводниковые материалы
- •4.2. Электроны и дырки в полупроводниках
- •4.3. Примеси и дефекты
- •4.4. Электронно-дырочный переход (p-n типа)
- •4.5. Полупроводниковые триоды (транзисторы)
- •4.6. Полупроводниковые интегральные схемы
- •5. Прикладные программы для решения
- •5.1. Система схемотехнического моделирования
- •5.1.1. Общие сведения
- •5.1.2. Основные достоинства программы
- •5.1.3. Компоненты и проведение экспериментов
- •5.2. Среда программирования LabView
- •5.3. Пакет прикладных программ matlab
- •5.3.1. Общие сведения
- •5.3.2. Математика и вычисления
- •5.3.3. Наборы инструментов
- •5.4. Система компьютерной алгебры Mathcad
- •5.4.1. Основные сведения
- •5.4.2. Основные возможности
- •5.4.3. Интерфейс
- •5.4.4. Графика
- •5.4.5. Расширение функциональных возможностей
- •5.4.6. Сравнительная характеристика
- •5.4.7. Решение уравнений в MathCad
- •5.4.8. Решение систем уравнений в MathCad
- •5.4.9. Программирование в MathCad
- •189 Рис. 5.2. Пример решения систем уравнений
- •6. Элементы теории цифровой обработки сигналов
- •6.1. Когда необходима обработка сигналов
- •6.2. Виды сигналов
- •6.2.1. Случайные сигналы
- •6.2.2. Виды детерминированных сигналов
- •6.3. Аналоговые и цифровые сигналы
- •6.4. Проблема выборки
- •6.5. Примеры обработки сигналов
- •6.5.1. Сглаживание сигнала
- •6.5.2. Подавление шумов
- •6.6. Математические модели сигналов
- •6.6.1. Математическое представление сигнала
- •6.6.2. Скалярное произведение и расстояние для двумерных векторов
- •6.6.3. Ортонормированный базис
- •6.6.4. Переход от векторного пространства
- •7. Радиотехнические системы
- •7.1. Классификация ртс
- •Диапазоны радиочастот
- •7.2. Тактико-технические характеристики ртс
- •7.3. Радиолокационные системы
- •7.3.1. Задачи, решаемые радиолокационными системами
- •7.3.2. История радиолокации
- •7.3.3. Принципы построения радиолокационных систем
- •7.3.4. Классификация радиолокационных систем
- •7.4. Современные радиолокационные системы
- •7.4.1. Радиолокационные станции управления воздушным движением
- •7.4.2. Рлс обнаружения, наведения и целеуказания
- •7.4.3. Рлс обнаружения маловысотных целей
- •7.4.4. Рлс наведения зенитных управляемых ракет
- •7.4.5. Рлс и комплексы разведки на поле боя
- •7.4.6. Рлс подповерхностного зондирования
- •7.4.7. Рлс противоракетной обороны
- •7.4.8. Корабельные рлс
- •7.4.9. Авиационные (самолетные) рлс
- •7.5. Радионавигационные системы
- •7.5.1. Общие сведения и история развития
- •7.5.2. Спутниковые системы навигации
- •7.6. Ртс передачи информации
- •Заключение. О тенденциях в современной радиоэлектронике
- •Словарь радиоэлектронных терминов
- •Список литературы
- •Именной указатель
- •Предметно алфавитный указатель
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
БУДУЩЕМУ РАДИОИНЖЕНЕРУ
Введение в специальность
Учебное пособие
Под общей редакцией профессора Я. А. Фурмана
Йошкар-Ола
ПГТУ
2012
УДК 621.37 (07) ББК 32.82 Б90 |
|
Авторы:
Я. А. Фурман, Е. А. Зарницына, В. В. Севастьянов, А. О. Евдокимов, Е. В. Михеева
Рецензенты:
профессор кафедры ПиП ЭВС, канд. техн. наук, доцент И. В. Петухов
главный инженер ОАО «ММЗ» С. А. Божко
главный конструктор ОАО «ММЗ» А. А. Пивень
Печатается по решению
редакционно-издательского совета ПГТУ
Б90 Будущему радиоинженеру. Введение в специальность: учебное пособие / Я. А. Фурман [и др.]: под общ. ред. проф. Я.А. Фурмана. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2012. – 280 с., илл.
ISBN 978-5-8158-0998-7
В учебном пособии приведены основные сведения об истории и современном состоянии радиотехники, объяснены основные физические явления и фундаментальные соотношения, используемые в данной отрасли.
Рассмотрены основные принципы, лежащие в основе работы современных радиотехнических систем. Значительное внимание уделено радиолокационным системам, приводятся изображения современных радиолокационных комплексов и описаны их тактико-технические характеристики.
Для студентов направления 210400.62 «Радиотехника», 210601.65 «Радиоэлектронные системы и комплексы», изучающих дисциплину «Введение в специальность».
ISBN 978-5-8158-0998-7
УДК 621.37 (07)
ББК 32.82
© Я. А. Фурман [и др.], 2012
3© Поволжский государственный
технологический университет, 2012
Оглавление
Предисловие…………………………………………………………………… |
7 |
Список сокращений …………………………………………………............... |
10 |
Введение…………………………………………………………………..........
|
12 |
ЧАСТЬ I. ТВОЯ АЛЬМА МАТЕР – ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ……
|
15 |
1. СИСТЕМА ВЫСШЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ…………. |
17 |
1.1. Высшее профессиональное образование…………………………… |
17 |
1.2. Инженерное образование в России……………………………........ |
23 |
1.3. Чем университет отличается от института……………………........ |
25 |
1.4. Многоступенчатое образование: бакалавриат, магистрат…………
|
28 |
2. ПГТУ КАК ПРИМЕР ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА НА РУБЕЖЕ XX И XXI ВЕКОВ………………………………………………………......... |
33 |
2.1. История вуза………………………………………………………….. |
33 |
2.2. Университет сегодня…………………………………………………. |
34 |
2.3. Структура Поволжского государственного технологического университета…………………………………………………………........ |
39 |
2.3.1. Образовательная структура……………………………………… |
39 |
2.3.2. Структура управления университетом…………….………….. |
40 |
2.4. РТФ – это звучит гордо………………………………………………. |
44 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
49 |
3. СТУДЕНТ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ……………………………………. |
50 |
3.1. Студент на лекции……………………………………………………. |
50 |
3.2. Студент на практических занятиях…………………………………. |
56 |
3.3. Студент в учебной лаборатории…………………………………….. |
63 |
3.4. Студент учится самостоятельно…………………………………….. |
69 |
3.5. Студент на экзамене……………………………………………......... |
72 |
3.6. Роль компьютера и Интернета в образовании…….………………... |
76 |
Ситуационные вопросы……………………………………………………….
|
78 |
ЧАСТЬ II. ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ.. |
81 |
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РАДИОТЕХНИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ…………………………………………………... |
83 |
Контрольные вопросы………………………………………………………… |
92 |
2. ПРИНЦИПЫ РАДИОТЕХНИКИ…………………………………………. |
93 |
2.1. Возникновение электромагнитного поля……………....................... |
93 |
2.2. Распространение электромагнитных полей. Радиоволны…………. |
96 |
2.3. Использование высокочастотных колебаний для передачи электрических сигналов без проводов…………………………………... |
98 |
2.4. Генерация колебаний синусоидального вида…………………........ |
99 |
2.5. Принципы приема радиосигналов…………………………………... |
109 |
2.6. Борьба с помехами..………………………………………….............. |
112 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
113 |
3. ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТЫ…………………………………............... |
116 |
3.1. Резистивные элементы электронной техники……………………… |
116 |
3.1.1. Общие сведения о резисторах…………………………………….. |
116 |
3.1.2. Основные параметры резисторов……………………………….. |
117 |
3.1.3. Резисторы постоянного сопротивления………………………... |
119 |
3.1.4. Система обозначений и маркировки резисторов……………… |
123 |
3.1.5. Специальные резисторы……………………………………………. |
125 |
3.2. Емкостные элементы электронной техники……………………….. |
126 |
3.2.1. Общие сведения о конденсаторах………………………………… |
126 |
3.2.2. Классификация и конструкции конденсаторов……………….. |
127 |
3.2.3. Параметры конденсаторов……………………………………….. |
134 |
3.2.4. Система обозначений и маркировка конденсаторов………… |
136 |
3.2.5. Основные разновидности конденсаторов………………………. |
137 |
3.3. Индуктивные элементы электронной техники…………………….. |
142 |
3.3.1. Физическая природа индуктивности…………………………….. |
142 |
3.3.2. Конструкции катушек индуктивности…………………………. |
143 |
3.3.3. Разновидности катушек индуктивности………………………. |
146 |
3.4. Трансформаторы……………………………………………............... |
147 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
152 |
4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ…………………………………... |
153 |
4.1. Полупроводниковые материалы…………………………………….. |
153 |
4.2. Электроны и дырки в полупроводниках……………….................... |
154 |
4.3. Примеси и дефекты…………………………………………………... |
156 |
4.4. Электронно-дырочный переход (р-n переход)……………………... |
157 |
4.5. Полупроводниковые триоды (транзисторы)……………………….. |
160 |
4.6. Полупроводниковые интегральные схемы…………………………. |
162 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
165 |
5. ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ…………………………………………………………………………. |
167 |
5.1. Система схемотехнического моделирования ELECTRONICS WORKBENCH MULTISIM…………………………………………………… |
167 |
5.1.1. Общие сведения………………………………………………………. |
167 |
5.1.2. Основные достоинства программы……………………………… |
168 |
5.1.3. Компоненты и проведение экспериментов…………………….. |
169 |
5.2. Среда программирования LabVIEW………………………….......... |
170 |
5.3. Пакет прикладных программ MATLAB……………………………. |
173 |
5.3.1. Общие сведения………………………………………………………. |
173 |
5.3.2. Математика и вычисления………………………………………… |
174 |
5.3.3. Наборы инструментов……………………………………………… |
176 |
5.4. Система компьютерной алгебры MATHCAD……………………… |
178 |
5.4.1. Основные сведения…………………………………………………… |
178 |
5.4.2. Основные возможности……………………………………………. |
179 |
5.4.3. Интерфейс……………………………………………………………. |
180 |
5.4.4. Графика………………………………………………………………… |
181 |
5.4.5. Расширение функциональных возможностей…………………. |
182 |
5.4.5. Сравнительная характеристика…………………………………. |
183 |
5.4.7. Решение уравнений в MathCad……………………………………. |
185 |
5.4.8. Решение систем уравнений в MathCad………………………….. |
187 |
5.4.9. Программирование в MathCad…………………………………….. |
188 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
191 |
6. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ……… |
192 |
6.1. Когда необходима обработка сигналов…………………………….. |
192 |
6.2. Виды сигналов………………………………………………………... |
192 |
6.2.1. Случайные сигналы…………………………………………………... |
192 |
6.2.2. Виды детерминированных сигналов……………………………… |
195 |
6.3. Аналоговые и цифровые сигналы…………………………………… |
197 |
6.4. Проблема выборки…………………………………………………… |
199 |
6.5. Примеры обработки сигналов……………………………………….. |
205 |
6.5.1. Сглаживание сигнала………………………………………………. |
205 |
6.5.2. Подавление шумов…………………………………………………… |
209 |
6.6. Математические модели сигналов…………………………………. |
213 |
6.6.1. Математическое представление сигнала……………………… |
213 |
6.6.2. Скалярное произведение и расстояние для двумерных векторов………………………………………………………………………………… |
217 |
6.6.3. Ортонормированный базис……………………………………….. |
221 |
6.6.4. Переход от векторного пространства к пространству функций…………………………………………………………………………………. |
225 |
Контрольные вопросы и практические задания……..………………………
|
227 |
7. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ………………………..................... |
229 |
7.1. Классификация РТС………………………………………………….. |
229 |
7.2. Тактико-технические характеристики РТС………………………… |
231 |
7.3. Радиолокационные системы…………………………………………. |
232 |
7.3.1. Задачи, решаемые радиолокационными системами…………. |
232 |
7.3.2. История радиолокации……………………………………………… |
233 |
7.3.3. Принципы построения радиолокационных систем…………… |
235 |
7.3.4. Классификация радиолокационных систем……………………. |
239 |
7.4. Современные радиолокационные системы………………………… |
240 |
7.4.1. Радиолокационные станции управления воздушным движением…………………………………………………………………………….. |
240 |
7.4.2. РЛС обнаружения, наведения и целеуказания на средних и больших высотах……………………………………………………………………… |
241 |
7.4.3. РЛС обнаружения маловысотных целей……………………….. |
243 |
7.4.4. РЛС наведения зенитных управляемых ракет………………… |
244 |
7.4.5. РЛС и комплексы разведки на поле боя……………………........ |
247 |
7.4.6. РЛС подповерхностного зондирования…………………………. |
248 |
7.4.7. РЛС противоракетной обороны…………………………………. |
248 |
7.4.8. Корабельные РЛС……………………………………………………. |
249 |
7.4.9. Авиационные (самолетные) РЛС………………………………… |
249 |
7.5. Радионавигационные системы…………………………………........ |
252 |
7.5.1. Общие сведения и история развития……………………………. |
252 |
7.5.2. Спутниковые системы навигации……………………………….. |
255 |
7.6. РТС передачи информации………………………………………….. |
261 |
Контрольные вопросы…………………………………………………………
|
265 |
Заключение. О ТЕНДЕНЦИЯХ В СОВРЕМЕННОЙ РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ………………………………………………………
|
268 |
Словарь радиотехнических терминов……………………………………….. |
270 |
Список литературы…………………………………………………………… |
275 |
Именной указатель……………………………………………………………. |
277 |
Предметно-алфавитный указатель………………………………………….. |
278 |
80-летию Поволжского
государственного технологического
университета (ПЛТИ – МарПИ – МарГТУ- ПГТУ)
Предисловие
Цель данного учебного пособия – познакомить студентов первого курса, выбравших специальность «Радиотехника», с основными направлениями специальной подготовки и помочь им получить представление о будущей профессии.
Данная книга не предназначена для получения глубоких знаний по радиоэлектронике. Она предполагает лишь предварительное знакомство с физикой радиотехнических процессов, с принципами работы и назначением различных радиоэлектронных (радиотехнических) систем и с теми великими людьми, которые создали радиоэлектронику.
В настоящее время имеются несколько книг, написанных для студентов первого курса по введению в специальность «Радиотехника». Из них наиболее известными и полезными для студентов, на наш взгляд, являются следующие:
Зиновьев А. Л., Филиппов Л. И. Введение в специальность радиоинженера: практическое пособие для радиотехнических специальностей вузов. – 2-е изд. – М.: Высш. шк., 1989. – 208 с.
Лосев А. К. Введение в специальность «Радиотехника». – М.: Высш. шк., 1980. – 240с.
Введение в специальность: учебное пособие / В. Т. Лобач, А. П. Дятлов, Ю. Ф. Евдокимов, Ю. А. Гелож. – Таганрог: ТРТИ, 1988. – 73с.
Как видно из списка приведенных изданий, все они были опубликованы более 20 лет назад. За эти годы в значительной степени изменились как система высшего образования, так и вся радиотехническая отрасль.
Основными причинами, вызвавшими необходимость подготовки данного пособия, являются следующие:
достаточно низкая физико-математическая подготовка выпускников средней школы;
резко возросшая роль компьютерных методов в радиотехнике;
появление интернета и снижение интереса у студентов к пользованию учебной литературой;
переход к многоступенчатой подготовке специалистов в системе высшего образования в Российской Федерации.
Пособие состоит из двух частей, содержание которых учитывает приведенные выше факторы и направлено на оказание помощи студенту-радисту, впервые переступившему порог технического университета.
Введение и главы 2, 4, 7 части II подготовлены д-ром техн. наук, проф. Я. А. Фурманом, глава 3 части I – инж. Е. А. Зарницыной, главы 1, 2 части I, глава 5 части II – канд. техн. наук, доц. А. О. Евдокимовым, глава 3 части II – канд. техн. наук Е. В. Михеевой, глава 6 части II подготовлена совместно д-ром мед. наук, проф. В. В. Севастьяновым и д-ром техн. наук, проф. Я. А. Фурманом
В первой части книги рассказывается о системе высшего профессионального образования в нашей стране и за рубежом, о подготовке инженеров в ПГТУ – в качестве примера государственного технического университета России на рубеже XX и XXI веков. Глава «Студент в учебном процессе» знакомит читателя с особенностями организации учебы в вузе.
Вторая часть пособия посвящена непосредственно основам радиотехники. Первая глава знакомит студентов с историей радиоэлектроники и с работами ученых, создавшими эту отрасль науки и техники. Во второй главе здесь описаны принципы, на которых базируется радиотехника, причем особое внимание уделено объяснениям основ теории электромагнитного поля с помощью таких понятий, как электрическое и магнитное поля и явление индукции.
В третьей и четвертой главах рассказано об электрорадиоэлементах, полупроводниках, транзисторах и интегральных микросхемах. Пятая глава имеет особое значение. В ней в доступной форме представлены прикладные компьютерные программы, которые студент может изучить самостоятельно и использовать в учебном процессе. В шестой главе на элементарном уровне изложены элементы теории обработки сигналов
Последняя, седьмая, глава посвящена радиосистемам, причем наибольшее внимание уделено радиолокации. Здесь приведены изображения и описания современных радиолокационных систем, большинство из которых разработано и изготовлено в России. Создание подобных изделий – основная задача будущего инженера-радиотехника.
Авторы благодарят сотрудников кафедры радиотехнических и медико-биологических систем и коллектив редакционно-издательского центра ПГТУ за помощь и поддержку при работе над книгой. Авторы искренне признательны также инженеру Н. А. Константиновой и ведущему программисту И. Р. Гаязову. Особая благодарность рецензентам: профессору кафедры ПиП ЭВС ПГТУ И. В. Петухову, руководителям ОАО «Марийский машиностроительный завод» главному инженеру С. А. Божко и главному конструктору А. А. Пивню.