Sb95745

Обращается внимание на необходимость полного, подробного и глубокого анализа проблемы, сформулированной в теме реферата. Анализ должен быть проведен на основе изучения как рекомендованной литературы, так и самостоятельно подобранной автором. Последнее существенно влияет на оценку работы. Очень важно показать умение объединить в логически связанное исследование многочисленные и разнородные литературные материалы, снабдив их при этом, возможно, собственными замечаниями. При написании реферата необходимо перерабатывать содержание первоисточников, а не копировать их. Текст большинства научных трудов узнаваем преподавателями, да и трудно предположить, что студент вполне овладел сложным, зачастую специфичным научным языком.

Сегодня система Интернет увеличивает информационное обеспечение учебного процесса. Интернет – источник научных статей, обзоров, дискуссионных материалов и т. д. Однако с этой информацией следует обращаться осторожно. Следует помнить, что она может быть неточной и даже недостоверной.

3. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Оценка знаний студентов по теоретической подготовке осуществля-

ется по пятибалльной системе как в течение семестра, так и в период сессии. Оцениваются знание теоретического материала, доклад по теме реферата, содержание реферата (полнота раскрытия темы), домашние контрольные работы.

Оценка формируется по следующей шкале:

5 баллов – ответы на вопросы точные и полные; 4 балла – ответы на вопросы правильные, но неполные; 3 балла – ответы на вопросы неточные и неполные;

2 балла – ответ хотя бы на один вопрос неправильный.

Список вопросов для контроля знаний студентов по теоретической подготовке

1.Основные уравнения электродинамики в интегральной форме.

2.Основные уравнения электродинамики в дифференциальной форме.

3.Основные уравнения электродинамики в комплексной форме.

4.Граничные условия для электромагнитного поля.

5.Единственность решения уравнений электродинамики.

11

6.Закон сохранения энергии электромагнитного поля.

7.Поток энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга.

8.Волновые уравнения для векторов поля.

9.Волновые уравнения для электродинамических потенциалов. 10. Волновые уравнения для вектора Герца.

11. Интегрирование волнового уравнения на основе использования прин-

ципа суперпозиции. Запаздывающие потенциалы.

12.Плоские электромагнитные волны в изотропных средах. Характеристическое сопротивление среды.

13.Фазовая и групповая скорость электромагнитных волн. Дисперсия.

14.Поляризация плоских электромагнитных волн.

15.Стоячие волны.

16.Отражение и преломление плоских электромагнитных волн. Законы Снеллиуса.

17.Полное преломление электромагнитных волн. Угол Брюстера.

18.Полное внутреннее отражение электромагнитных волн. Поверхностные волны.

19.Распространение плоских электромагнитных волн в поглощающих средах. Поверхностный эффект.

20.Распространение плоских электромагнитных волн в анизотропных средах. Гиротропия.

21.Продольное распространение плоских электромагнитных волн в намагниченной ферритовой среде. Эффект Фарадея.

22.Поперечное распространение плоских электромагнитных волн в гиротропных средах. Эффект Коттона–Мутона.

23.Поле излучения элементарного электрического диполя. Интегрирование волнового уравнения для векторного потенциала.

24.Зоны поля элементарного электрического диполя.

25.Энергия и мощность излучения элементарного электрического диполя. Сопротивление излучения.

26.Излучение элементарного магнитного диполя.

27.Лемма Лоренца. Теорема взаимности для излучающих систем.

28.Особенности передающих линий и колебательных систем микроволнового диапазона.

29.Решение волнового уравнения для произвольной передающей линии.

30.Фазовая, групповая скорость и длина волны в линии передачи.

12

31.Дисперсия электромагнитных волн в линиях передачи. Дисперсионные характеристики.

32.Типы волн в линиях передачи. Свойства дисперсных волн.

33.Токи в стенках прямоугольного волновода.

34.Критическая длина волны в прямоугольном волноводе.

35.Основные параметры объемных резонаторов.

36.Структура поля в объемных резонаторах.

Студенты заочной формы обучения в течение семестра выполняют две контрольные работы, которые сдают на кафедру (или высылают по электронной почте) в соответствии с планом-графиком самостоятельной работы. Целью работ является закрепление и углубление знаний, полученных на лекционных занятиях, развитие у студентов навыков самостоятельного изучения сложных физических явлений и научных теорий, работы с учебной, научнотехнической и справочной литературой, а также формирование навыков практического применения теоретических знаний, уяснение физического смысла явлений, закрепление в памяти основных соотношений, размерностей и порядка физических величин.

Контрольная работа № 1 должна содержать теоретический материал в виде реферата, основные законы и формулы, словесные формулировки этих законов, пояснения буквенных обозначений, употребляемых при написании формул, выводы и список использованной литературы, включая Интернетадреса.

Примерный перечень тем рефератов и правила оформления приведены ранее.

Контрольная работа № 2 должна содержать ответы на поставленные вопросы с необходимыми формулами и пояснениями буквенных обозначений, употребляемых при написании формул, а также рисунками, когда это целесообразно. Студент должен быть готов дать пояснения во время экзамена по существу решения задач.

Примерный перечень тем контрольной работы № 2

Номер темы определяется последней цифрой зачетной книжки; для цифры «0» 10-й вариант.

13

Задача № 1. Плоская гармоническая линейно-поляризованная электромагнитная волна распространяется в среде с диэлектрической проницаемостью ε, магнитной проницаемостью μ и проводимостью σ.

Определить отношение амплитуд плотности тока смещения к плотности тока проводимости для частот f1, f2 и f3 . В каком случае среду можно считать хорошо проводящей, полупроводящей, непроводящей?

Задача № 2. Определить длину волны в среде (данные задачи № 1) и сравнить ее с длиной волны в идеальном диэлектрике с проницаемостью

ε 1.

Задача № 3. Построить кривые коэффициента фазы β, фазовой скоростиф и длины волны λ в функции от частоты:

а) для идеального диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ε; б) для хорошего проводника с проводимостью σ и магнитной проница-

емостью μ.

Задача № 4. Электрическая антенна в виде линейного провода длиной l питается переменным током частоты f . Действующее значение тока I.

Вычислить сопротивление и мощность излучения антенны. Диэлектриком является воздух.

Задача № 5. Плоская электромагнитная волна падает на границу раздела сред с различными значениями относительной магнитной проницаемости.

Будет ли существовать угол, при котором отсутствует отраженная волна? Если да, то как значение этого угла связано с параметрами сред?

Задача № 6. Плоская электромагнитная волна, вектор напряженности электрического поля которой лежит в плоскости падения, падает из диэлек-

трика с параметрами ε1 , μ1 1, σ1 0 ; на поверхность диэлектрика с параметрами ε2, μ2 1, σ2 0 .

При каких углах падения вся энергия падающей волны отражается от границы раздела?

15

Студенты вечерней формы обучения помимо реферата представляют выполненную курсовую работу.

Курсовая работа имеет целью развитие у студентов навыков самостоятельного решения инженерных задач, связанных с расчетом, проектированием электродинамических систем, работой с научной и справочной литературой, оформлением графического материала.

Задание на курсовую работу предусматривает расчет и проектирование электродинамической системы микроволнового прибора.

В курсовой работе предлагается рассчитать и спроектировать симметричный тороидальный резонатор с бессеточным зазором, используемый в электронных приборах СВЧ для осуществления взаимодействия его электромагнитного поля с электронным потоком. Методика расчета, необходимые формулы, графики и чертежи, приведены в приложении.

Тороидальные резонаторы такого типа широко используются в многорезонаторных пролетных клистронах, и поэтому данная курсовая работа является составной частью дальнейшего курсового проекта «Проектирование пролетного клистрона» по дисциплине «Микроволновая электроника». Пролетные клистроны являются одними из наиболее распространенных усилительных приборов в диапазоне СВЧ. Они обладают высокими значениями КПД и коэффициента усиления, большим уровнем выходной мощности, стабильностью частоты и фазы усиливаемых колебаний. В пролетном клистроне электронный пучок проходит сквозь электродинамическую систему в виде последовательности объемных резонаторов, где в результате взаимодействия с СВЧ-полем часть энергии электронов передается полю, тем самым осуществляется усиление СВЧ-сигнала.

16

Для расчета параметров резонатора используется метод эквивалентных схем, в соответствии с которым объемный резонатор представляется схемой в виде параллельного контура с эквивалентными индуктивностью и емкостью.

Задание на курсовую работу приведено в таблице. Номер варианта определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

В ходе выполнения курсовой работы необходимо:

1.Проанализировать резонаторы различных типов и области их использования.

2.Проанализировать различные методы расчета резонаторов.

3.Определить основные параметры заданного резонатора.

4.Рассчитать геометрию резонатора.

5.Рассчитать волновое сопротивление резонатора.

Пояснительная записка к курсовой работе должна содержать краткое описание принципа действия и устройства резонатора, обоснование методики расчета параметров и основных элементов конструкции, обоснование технических решений, иллюстративные и графические материалы и краткое заключение с анализом полученных результатов. Объем пояснительной записки порядка 10 страниц формата А4. К пояснительной записке прилагается эскиз резонатора.

17

Оценка знаний по практическим занятиям осуществляется по пяти-

балльной системе. Оценке подлежат:

−полнота раскрытия темы в реферате и самостоятельность при его подготовке;

−качество доклада по теме реферата и ответов на вопросы преподавателя и студентов на семинаре;

−активность участия в дискуссии по темам других докладов. Оценивается также правильность и полнота решения задач контроль-

ных работ.

Списки литературы

Основная

Григорьев А. Д. Электродинамика и микроволновая техника: учеб. для вузов. СПб.: Лань, 2007.

Микроволновая техника: метод. указания для студентов заочной формы обучения / сост.: Д. М. Беневоленский, С. М. Мовнин. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.

Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. пособие для вузов. М.: ЛИБРОКОМ, 2014.

Пролетный клистрон: метод. указания по курсовому проектированию / сост.: Д. М. Беневоленский, С. М. Мовнин. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013.

Дополнительная

Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики. М.: Физма-

тлит, 2012.

Сборник задач по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн»: учеб. пособие / под ред. С. И. Баскакова. М. : Высш. шк., 1981.

18

ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчет резонаторов. Основными параметрами объемных резонаторов являются резонансная длина волны λ0 , собственная добротность Q0 и вол-

новое сопротивление ρ.

Добротность резонатора представляет собой отношение запасенной в нем колебательной энергии к энергии, теряемой в стенках резонатора за период. Следовательно, для повышения добротности необходимо увеличивать отношение объема резонатора к площади поверхности и, кроме того, добиваться уменьшения потерь в стенках за счет повышения чистоты обработки внутренней поверхности и нанесения высокопроводящего покрытия. Собственное сопротивление резонатора R0 связано с его добротностью и волно-

вым сопротивлением соотношением R0 Q0ρ.

Основные типы резонаторов, используемых в пролетных клистронах, изображены на рис. П.1.

В зависимости от отношения радиуса к осевой длине различают резонаторы тороидального типа, коаксиальные резонаторы и резонаторы в виде радиальной линии.

Рис. П.1. Типы резонаторов:

а – тороидальный; б – коаксиальный; в – радиальный

Коаксиальный резонатор представляет собой отрезок коаксиальной линии, закороченный емкостью высокочастотного зазора.

Наименьшими продольными размерами обладают резонаторы, выполненные в виде радиальной линии.

Тороидальные резонаторы характеризуются ярко выраженной сосредоточенной емкостью, в результате чего электрическое поле сконцентрировано

19

в основном в области зазора, а магнитное поле в объеме резонатора. Такой резонатор с хорошим приближением может быть представлен в виде эквивалентного колебательного контура с сосредоточенными постоянными, и его резонансная длина волны [см] и волновое сопротивление [Ом] могут быть рассчитаны по формулам

где L, C эквивалентные индуктивность [нГн] и емкость [пФ] резонатора.

Электрическое поле сосредоточено в зазоре и вблизи боковой поверхности пролетных труб, и емкость резонатора С может быть представлена в виде суммы торцевой емкости зазора C1 и боковой емкости объема C2 , прилега-

ющего к выступу.

Для тороидального резонатора (рис. П.2) можно привести следующие значения эквивалентных индуктивности и емкостей:

L 2h ln r2 , (П.1) r1

При определении длины зазора d необходимо исходить из следующих соображений. В современных клистронах зазоры резонатора не имеют сеток, что приводит к «провисанию» электрического поля зазора внутрь пролетных труб и, следовательно, увеличению эффективной длины зазора. Одновременно возникает радиальная составляющая электрического поля, приводящая к появлению радиальной скоростной модуляции, ухудшающей фокусировку и группирование пучка. В связи с этим длина зазора d выбирается из условия минимального относительного провисания электрического поля. Это условие выполняется при da 0,8 .

20