• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2019/2020

Техническая электродинамика и антенные системы

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: Full time
Преподаватели: Елизаров Андрей Альбертович (читает лекции, ведет семинары и принимает экзамены/зачеты), Нефедов Владимир Николаевич (читает лекции и принимает экзамены/зачеты)
Язык: русский
Кредиты: 6

Программа дисциплины

Аннотация

Задачами освоения дисциплины «Техническая электродинамика и антенные системы» является обучение студентов основам технической электродинамики, общей теории распространения электромагнитных волн в направляющих электродинамических системах и антенной технике. Формы контроля знаний студентов: активность на семинарах, защита лабораторных работ, экзамен.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины «Техническая электродинамика и антенные системы» является приобретение студентом следующих компетенций: • способен учиться, приобретать новые знания, умения, в том числе в области, отличной от профессиональной; • способен выявлять научную сущность проблем в профессиональной области; • способен к поиску, сбору, анализу и систематизации отечественной и зарубежной научно-технической информации по тематике исследований в области ИКТСС на русском и иностранном языке; • способен выбирать и применять стандартные пакеты компьютерного моделирования и оригинальные программы для моделирования процессов и устройств инфокоммуникационной техники и технологий; • способен выполнять экспериментальные исследования объектов профессиональной деятельности в области ИКТСС по заданным методикам и обрабатывать результаты исследований с применением современных информационных технологий и технических средств; • способен анализировать и систематизировать результаты экспериментальных и научных исследований и делать обоснованные выводы при установлении данных для решения задач проектирования технологий и изделий инфокоммуникационной техники.
Результаты освоения дисциплины

Результаты освоения дисциплины

  • Знать: особенности передачи информации в диапазоне радиочастот, классификацию радиоволн, основные характеристики и параметры антенн.
  • Владеть: методами измерений параметров дифракционных устройств с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений неоднородностей в волноводах с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров волноводных систем с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров замедляющих систем с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров полых резонаторов с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров сложных СВЧ цепей с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров согласующих устройств с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенн ВЧ с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенн КВЧ и СВЧ с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенн НЧ и СЧ с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенн ОВЧ и УВЧ с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенн с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров антенно-фидерных устройств с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров линейных вибраторов с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров связанных вибраторов с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров фидеров передающих и приемных антенн с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: методами измерений параметров характеристик и параметров элементарных излучателей.
  • Владеть: методами измерений параметров элементов волноводной техники с использованием современного метрологического оборудования.
  • Владеть: навыками работы с научно-технической информацией.
  • Знать: матричные методы анализа и синтеза сложных СВЧ цепей.
  • Знать: место и роль современной технической электродинамики и антенных систем в развитии передовых отраслей науки и техники, современные типы сверхвысокочастотных линий передач.
  • Знать: метод Ньютона – Кирхгофа особенности его применения для расчета различных электродинамических систем.
  • Знать: метод эквивалентных схем для анализа неоднородностей в волноводах и особенности его применения.
  • Знать: методы согласования электродинамических систем с внешними подводящими высокочастотными линиями передач и особенности их применения.
  • Знать: основные характеристики и параметры антенно-фидерных устройств для телекоммуникаций и систем связи.
  • Знать: основные характеристики и параметры фидеров передающих и приемных антенн.
  • Знать: особенности излучения и дифракции электромагнитных волн в различных электродинамических системах.
  • Знать: особенности конструкций линейных вибраторов, их основные характеристики и параметры.
  • Знать: особенности конструкций связанных вибраторов, их основные характеристики и параметры.
  • Владеть: методами измерений мощности в волноводных системах с использованием современного метрологического оборудования.
  • Знать: особенности структуры электромагнитных полей и волн в основных типах полых резонаторов, методы расчета их характеристик.
  • Знать: особенности структуры электромагнитных полей и волн, распространяющихся в волноводах прямоугольного и круглого сечения.
  • Знать: особенности структуры электромагнитных полей и волн, распространяющихся в различных конструкциях замедляющих систем.
  • Знать: особенности элементарных излучателей и их основные характеристики и параметры.
  • Знать: технические особенности и конструкции антенн диапазонов ВЧ, их основные характеристики и параметры.
  • Знать: технические особенности и конструкции антенн диапазонов КВЧ и СВЧ, их основные характеристики и параметры.
  • Знать: технические особенности и конструкции антенн диапазонов НЧ и СЧ, их основные характеристики и параметры.
  • Знать: технические особенности и конструкции антенн диапазонов ОВЧ и УВЧ, их основные характеристики и параметры.
  • Знать: элементы волноводной техники и области их применения.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование дифракционных процессов для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование на основе метода эквивалентных схем для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенн диапазонов ВЧ различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенн диапазонов КВЧ и СВЧ различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенн диапазонов НЧ и СЧ различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенн диапазонов ОВЧ и УВЧ различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенн.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров антенно-фидерных устройств для телекоммуникаций и систем связи.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров линейных вибраторов различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров связанных вибраторов различных конструкций.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров фидеров передающих и приемных антенн.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование основных характеристик и параметров элементарных излучателей.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование различных электродинамических систем методом Ньютона – Кирхгофа для технических задач, включая расчет мощности излучения из раскрыва прямоугольного волновода
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование согласующих высокочастотных устройств для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электродинамических систем матричными методами для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в волноводах для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в замедляющих системах для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в полых резонаторах для различных технических задач.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование элементов волноводной техники для различных технических задач.
  • Уметь: классифицировать типы волн, распространяющихся по передающим линиям.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1.1. Общие вопросы передающих линий. Классификация типов волн, распространяющихся по передающим линиям.
    Основные свойства сверхвысокочастотного диапазона длин волн. Области применения. Общие вопросы передающих линий. Свойства дисперсных волн. Фазовая и групповая скорость. Классификация типов волн, распространяющихся по передающим линиям.
  • Раздел 1.2. Распространение электромагнитных волн в прямоугольном и круглом волноводах.
    Распространение электромагнитных волн в прямоугольном и круглом волноводе. Классификация типов волн, распространяющихся в волноводах. Критическая длина волны. Структура поля в прямоугольном волноводе при волнах типа ТЕ и ТМ. Токи в стенках волновода. Критическая длина волны. Структура поля в круглом волноводе при волнах типа ТЕ и ТМ. Токи в стенках круглого волновода. Передача мощности по волноводам. Потери в волноводах. Волноводы сложных поперечных сечений.
  • Раздел 1.3. Замедляющие системы. Основные конструкции замедляющих систем и методы их расчета.
    Общие свойства замедленных волн. Характеристики и параметры замедляющих систем (коэффициент замедления, дисперсионные характеристики, сопротивление связи). Периодические замедляющие системы. Пространственные гармоники. Основные конструкции замедляющих систем (спираль, встречные штыри, гребенка, меандр) и методы их расчета.
  • Раздел 1.4. Полые резонаторы и методы расчета их характеристик. Основные типы резонаторов и области их применения.
    Полые резонаторы и методы расчета их характеристик. Собственная и нагруженная добротности резонатора. Коаксиальные, призматические, цилиндрические и тороидальные типы резонаторов. Типы колебаний в полых резонаторах. Возбуждение резонаторов. Области применения полых резонаторов.
  • Раздел 1.5. Метод эквивалентных схем для анализа неоднородностей в волноводах.
    Неоднородности в волноводах. Метод эквивалентных схем. Характеристическое и эквивалентное сопротивления волновода. Согласование, холостой ход и короткое замыкание волновода. Диафрагмы в волноводе. Резонансные окна. Волноводные разветвления. Области применения волноводных тройников.
  • Раздел 1.6. Методы согласования электродинамических систем с внешними подводящими высокочастотными линиями передач.
    Коэффициент отражения и свойства стоячих волн. Коэффициент стоячей волны. Методы согласования электродинамических систем с внешними подводящими высокочастотными линиями передач. Круговая диаграмма полных сопротивлений и проводимостей. Области применения круговых диафрагм.
  • Раздел 1.7. Дифракция и излучение электромагнитных волн.
    Дифракция и излучение электромагнитных волн. Поле элементарного излучателя – диполь Герца. Диаграммы направленности. Магнитный диполь и его поле излучения. Излучение из прямоугольного волновода. Метод Гюйгенса-Кирхгофа.
  • Раздел 1.8. Метод Ньютона -Кирхгофа. Метод расчета мощности излучения из раскрыва прямоугольного волновода.
    Метод Ньютона - Кирхгофа. Метод Расчета мощности излучения из раскрыва прямоугольного волновода. Диаграмма направленности
  • Раздел 1.9. Методы анализа сложных СВЧ цепей. Области применения матриц при анализе и синтезе СВЧ цепей.
    Методы анализа сложных СВЧ цепей. Волновые матрицы рассеяния, сопротивления, проводимостей и передачи. Примеры матриц рассеяния различных СВЧ цепей, используемых в СВЧ технике. Области применения матриц при анализе и синтезе СВЧ цепей
  • Раздел 1.10. Элементы волноводной техники и области их применения.
    Элементы волноводной техники: аттенюаторы, ферритовые циркуляторы, измерительная линия, направленные ответвители, волноводные мосты, калориметрический измеритель мощности. Области применения элементов волноводной техники.
  • Раздел 2.1. Обобщенная схема радиосистемы передачи информации. Классификация радиоволн. Основные характеристики и параметры антенн.
    Обобщенный алгоритм и структурная схема передачи сообщений. Обобщенная структурная схема радиосистемы передачи. Классификация видов радиочастот и радиоволн. Требования к передающим антеннам и параметры антенн. Характеристика и диаграмма направленности. Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности.
  • Раздел 2.2. Основные характеристики и параметры антенно-фидерных устройств для телекоммуникаций и систем связи.
    Основные характеристики и параметры антенно-фидерных устройств для телекоммуникаций и систем связи. Коэффициент направленного действия, КПД, коэффициент усиления, входное сопротивление, виды поляризации излучаемых радиоволн, параметры электромагнитной безопасности, максимально допустимая мощность, рабочая полоса частот.
  • Раздел 2.3. Фидеры передающих и приемных антенн.
    Требования к фидерам и фидерным устройствам передающих и приемных антенн. Согласование фидера с передатчиком. Согласование фидера с приемником.
  • Раздел 2.4. Элементарные излучатели и их характеристики.
    Элементарный электрический излучатель. Элементарные магнитные излучатели. Элементарная щель. Элементарная рамка. Элемент Гюйгенса, структура поля и направленные свойства.
  • Раздел 2.5. Линейные вибраторы и их характеристики.
    Линейный симметричный электрический вибратор, его основные параметры и направленные свойства. Линейный симметричный щелевой вибратор, его основные параметры и направленные свойства.
  • Раздел 2.6. Связанные линейные вибраторы и их характеристики.
    Связанные линейные симметричные электрические вибраторы. Характеристики и диаграммы направленности в Е и Н плоскостях. Полные, собственные и наведенные сопротивления излучения, взаимные сопротивления связанных вибраторов. Расчет входного сопротивления структуры
  • Раздел 2.7. Технические особенности и конструкции антенн диапазонов НЧ и СЧ.
    Особенности распространения радиоволн диапазонов НЧ и СЧ. Требования к диаграммам направленности. Антенны СЧ с улучшенными антифединговыми свойствами. Типовые конструкции антенн и фидеров.
  • Раздел 2.8. Технические особенности и конструкции антенн диапазона ВЧ.
    Особенности распространения радиоволн диапазона ВЧ. Требования к диаграммам направленности. Слабонаправленные антенны. Антенны ВГД, УГД и СГД, формирование их диаграмм направленности. Использование рефлекторов. Реальные конструкции вибраторных антенн. Ромбическая антенна. Антенна бегущей волны. Конструкции фидеров ВЧ антенн.
  • Раздел 2.9. Технические особенности и конструкции антенн диапазонов ОВЧ и УВЧ.
    Особенности распространения радиоволн диапазонов ОВЧ и УВЧ. Основные технические средства связи в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Антенные системы сотовой связи. Подключение антенн к приемникам и передатчикам. Секторизация зоны обслуживания. Размещение панельных антенн на объектах связи. Конструкции антенн подвижной связи.
  • Раздел 2.10. Технические особенности и конструкции антенн диапазонов КВЧ и СВЧ.
    Особенности распространения радиоволн диапазонов КВЧ и СВЧ. Основные технические средства связи в диапазонах КВЧ и СВЧ. Радиорелейные системы передачи прямой видимости. Спутниковые системы передачи. Однозеркальная осесимметричная антенна. Примеры реализации зеркальных антенн. Двухзеркальные осесимметричные антенны. Антенные системы Кассегрена и Грегори. Тропосферные радиорелейные системы передачи
Элементы контроля

Элементы контроля

  • лабораторная работа 1 (блокирующий)
    Защита лабораторных работ оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • способность аргументировано продемонстрировать на защите знание материала, суть выполненной работы, включая основные используемые теоретические и экспериментальные методы, устройства, технологии.
  • лабораторная работа 2 (блокирующий)
    Защита лабораторных работ оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • способность аргументировано продемонстрировать на защите знание материала, суть выполненной работы, включая основные используемые теоретические и экспериментальные методы, устройства, технологии.
  • лабораторная работа 3 (блокирующий)
    Защита лабораторных работ оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • способность аргументировано продемонстрировать на защите знание материала, суть выполненной работы, включая основные используемые теоретические и экспериментальные методы, устройства, технологии.
  • лабораторная работа 4 (блокирующий)
    Защита лабораторных работ оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • способность аргументировано продемонстрировать на защите знание материала, суть выполненной работы, включая основные используемые теоретические и экспериментальные методы, устройства, технологии.
  • экзамен (блокирующий)
    Итоговый экзамен по дисциплине проводится в форме устного экзамена в конце изучения курса после 2 модуля в присутствии преподавателя. На экзамене студент выбирает экзаменационный билет, который составляется с учетом пройденного материала, как на лекционных, так и на практических занятиях, и содержит два теоретических вопроса. Ответы на предложенные вопросы излагаются в устной форме. После ответа студента преподаватель может ему задать уточняющие вопросы по тематике билета.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.13 * лабораторная работа 4 + 0.5 * экзамен + 0.12 * лабораторная работа 1 + 0.12 * лабораторная работа 2 + 0.13 * лабораторная работа 3
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Электродинамика и микроволновая техника : учебник для вузов, Григорьев А. Д., ISBN: 978-5-8114-0706-4, 2007