II. Содержание программы

а) Программа лекционного курса

Модуль 1. Основы электродинамики полей, гармонически меняющихся во времени

1. Электромагнитное поле в среде с дисперсией. Фазовая и групповая скорости волн. Теорема единственности. Условия излучения. Лемма Лоренца и теорема взаимности. Общее представление полей излучения произвольной системы токов в дальней зоне.

2. Основные типы электромагнитных излучателей. Излучение заданных источников в гиротропных средах. Направляемые электромагнитные волны. Понятие о линиях передачи. Типы регулярных линий передачи.

3. Классификация направляемых волн. Общая теория волн Т, Е, Н типов. Коэффициент распространения, критическая частота, фазовая скорость и длина волны в линии,

4. Групповая скорость и скорость распространения энергии, дисперсия волн в волноводе. Концепция парциальных волн. Передаваемая мощность. Затухание волн в линиях передачи.

5. Односвязные закрытые линии передачи. Многосвязные линии передачи. Полосковые, микрополосковые линии передачи. Линии передачи, направляющие медленные волны. Распространение волн в периодических структурах.

6. Возбуждение волн в волноводах. Элементы возбуждения.

7. Общие свойства полей в объемных резонаторах. Волноводные резонаторы. Резонаторы сложной формы. Диэлектрические резонаторы. Полосковые резонаторы. Собственные колебания в резонаторе с потерями. Возбуждение резонаторов. Эквивалентная схема резонатора.

8. Принципы радиосвязи. Модуляция колебаний. Радиопередатчик, передающая антенна. Демодуляция колебаний. Радиоприемник, приемная антенна. Гетеродинный прием. Супергетеродинный прием.

9. Полусвободные электромагнитные волны. Понятие о радиолокации. Международные стандарты радиочастот. Цифровой способ передачи радиосигнала.

РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ МОДУЛЯ. В результате изученияМОДУЛЯ 1студент должен:

ЗНАТЬ

• уравнения Максвелла и основные принципы теории излучения;

• основные методы расчета волновых полей в волноводах;

• базовые принципы радиосвязи.

УМЕТЬ

• составлять линию передачи из типовых элементов;

• оценивать характеристики резонатора по его геометрическим параметрам;

• составлять принципиальные схемы передачи сигнала по линиям.

МОДУЛЬ 2. Излучательные и приемные устройства.

1. Основные параметры антенны: направленность излучения антенны, диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, поляризационная характеристика, сопротивление излучения, КПД антенны, диапазон рабочих частот, эффективная площадь антенны.

2. Назначение передающей и приемной антенн. Влияние среды на условия распространения радиоволн. Основные задачи теории антенн. Основные задачи теории распространения радиоволн.

   1. Расчет поля излучения антенн. Применение принципа суперпозиции к расчету поля излучения антенн.

   2. Особенности расчета поля в дальней зоне антенны.

   3. Основные электрические параметры передающих антенн.

3. Теория симметричных вибраторов. Приближенный закон распределения тока в симметричном электрическом вибраторе. Диаграмма направленности, коэффициент направленного действия и действующая длина симметричного вибратора. Многовибраторные антенны. Антенна из двух полуволновых вибраторов.

4. Многоэтажная синфазная антенна. Многовибраторная антенна типа бегущей волны. Интерференционный множитель. Мощность и сопротивление излучения системы вибраторов. Метод наведенных ЭДС. Расчет собственных и наведенных сопротивлений вибраторов.

   1. Излучение антенных решеток.

   2. Влияние Земли на направленность антенны.

   3. Отражательные формулы.

   4. Несимметричные заземленные антенны. Оценка их параметров. Роль заземления.

5. Особенности антенн диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ. Рамочные и ромбические антенны. Особенности работы антенн в проводящей среде и плазме.

   1. Основы теории приемных антенн. Физические основы процесса приема.

   2. Применение принципа обратимости для анализа приемных антенн.

   3. Согласование приемной и передающей антенн по поляризации.

   4. Условия выделения максимальной мощности в нагрузке приемной антенны.

6. Особенности СВЧ диапазона. Применение колебательных систем и передающих линий на СВЧ. Недостатки обычных колебательных систем и передающих линий на повышенных частотах. Понятия объемного резонатора и волновода.

   1. Объемные резонаторы.

   2. Нахождение параметров объемных резонаторов с помощью теории поля.

   3. Выражение добротности объемного резонатора через его активную и реактивную проводимости.

7. Виды колебаний в объемных резонаторах. Общие свойства электромагнитных полей в объемных резонаторах. Типы полей в простейших резонаторах (прямоугольного сечения, круглого сечения, резонаторе квазистационарного типа).

8. Электромагнитные волны в направляющих системах. Направляющие системы и направляемые волны. Типы направляющих систем и направляемых волн.

   1. Теорема о связи поперечных и продольных компонент поля.

   2. Полые волноводы. Типы волн в волноводах прямоугольного и круглого сечений.

   3. Дисперсия волн в волноводе. Волна Н₁₀ в прямоугольном волноводе.

   4. Передача и поглощение энергии в волноводах. Неоднородности в волноводах.

   5. Метод эквивалентных схем. Стоячие волны и согласования.

9. Приближенные методы решения антенных задач СВЧ диапазона. Метод физической оптики. Дифракция на диске. Дифракция на отверстиях и непрозрачных экранах. Методы краевых волн.

   1. Метод геометрической оптики. Общие идеи и основная формула, связывающая поля в двух точках на луче. Отражение плоской волны от круглого параболического зеркала. Геометрическая теория дифракции. Принцип дополнительности для плоских экранов. Идеальная щелевая антенна, Реальные щелевые антенны. Щели в экранах конечных размеров. Щели в резонаторах и волноводах.

   2. Апертурные антенны. Волноводные и рупорные антенны. Их особенности. Излучение из открытого конца волновода. Зеркальные и линзовые антенны. Фазированные антенные решетки.

   3. Антенны бегущей волны. Диэлектрические антенны. Cпиральные антенны. Сверхширокополосные антенны. Использование голографических идей для создания антенных систем высокого разрешения.

10. Эквивалентная линия передачи. Описание волн в линиях передачи в терминах линейной теории цепей. Основные режимы работы линии передачи. Согласование в линиях передачи.

11. Многополюсники СВЧ. Методы анализа многополюсников СВЧ. Матричное описание многополюсников. Основные свойства многополюсников. Взаимные устройства СВЧ. Ферритовые устройства СВЧ. Методы анализа квазиоптических систем. Открытые волноводы и резонаторы. Квазиоптические системы с квадратичными корректорами. Конфокальные и неконфокальные резонатор.

РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ МОДУЛЯ. В результате изученияМОДУЛЯ 2студент должен:

ЗНАТЬ

• основные параметры антенн, методы их расчета и измерения;

• основные методы расчета параметров линий передачи СВЧ диапазона;

• маркировку и характеристики основных элементов.

УМЕТЬ

• применять знания для моделирования передающих систем;

• проводить качественную оценку параметров излучающих устройств;

• составлять принципиальные схемы линий передач.