• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2018/2019

Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Когда читается: 3-й курс, 3 модуль
Формат изучения: Full time
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа дисциплины

Аннотация

на формирование высокой профессиональной культуры разработчика, конструктора, технолога и организатора проектирования и производства (управленца). Дисциплина «Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях» используется для выполнения выпускных квалификационных работ и в дальнейшей трудовой, научно-исследовательской деятельности. Настоящая дисциплина относится к циклу профессиональных дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих подготовку бакалавра. Изучение данной дисциплины базируется на теоретических курсах физики и математики. Основные положения дисциплины «Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях» используется в дальнейшем при выполнении проектных работ, междисциплинарных курсовых работ, а также при подготовке выпускных квалификационных работ бакалавра. Целью освоения дисциплины «Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях» является обучение студентов основам электродинамики, общей теории распространения электромагнитных волн в различных средах и на границах их раз-дела, общим свойствам распространения электромагнитных волн в направляющих элек-тродинамических системах (волноводных и замедляющих систем). В результате освоения дисциплины студент должен знать место и роль современной электродинамики в развитии передовых отраслей науки и техники, современных телекоммуникациях, а также тенденции и перспективы применения электродинамики и сверхвысокочастотных передающих линий в смежных областях науки и техники, современных телекоммуникациях. Критерии оценки работы на семинарских занятиях: знание материала, умение излагать материал, умение решать задачи, умение дополнять ответы, умение задавать существенные вопросы и формулировать проблему, умение готовить и презентовать доклады, посещаемость. Критерии оценки ответа на экзамене: наличие сданного вовремя домашней работы, знание материала (суть, основные теории, подходы, методы, устройства, технологии), умение выделить существенное, умение логически и
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины «Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях» является обучение студентов основам электродинамики, общей теории распространения электромагнитных волн в различных средах и на границах их раз-дела, общим свойствам распространения электромагнитных волн в направляющих электродинамических системах (резонаторных, волноводных и замедляющих систем).
  • В результате освоения дисциплины «Электромагнитные поля и волны в современных телекоммуникациях» студент приобретает следующие компетенции: • Способен учиться, приобретать новые знания, умения, в том числе в обла-сти, 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 инфо-коммуникационной техники и технологий; • Способен выполнять экспериментальные исследования объектов професси-ональной 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.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать: основные законы электро-динамики в интегральной, дифференциальной и комплексной форме
  • Уметь: применять основные законы электродинамики для анализа различных полей: электромагнитное поле в поляризованной среде, электростатическое поле, поле в проводящей среде и поле в несовершенных диэлектриках.
  • Владеть: методами решения уравнений Максвелла с учётом граничных условий для различных типов полей.
  • Знать: основные законы магнитно-го поля. Векторный и скалярный потенциал магнитного поля. Переменное электромагнитное поле и электродинамические потенциалы.
  • Уметь:применять основные законы электродинамики к расчёту переменного электромагнитного поля в проводящей среде и идеальном диэлектрике.
  • Владеть:методами расчёта переменного электромагнитного поля с использованием электродинамических потенциалов.
  • Знать: место и роль современной технической электродинамики и антенных систем в развитии передовых отраслей науки и техники, современные типы сверхвысокочастотных линий передач.
  • Владеть:навыками работы с научно-технической информацией.
  • Уметь: классифицировать типы волн, распространяющихся по передающим линиям.
  • Знать: особенности структуры электромагнитных полей и волн, распространяющихся в волноводах прямоугольного и кругло-го сечения.
  • Уметь:выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в волноводах для различных технических задач.
  • Владеть:методами измерений параметров волноводных систем с использованием современного метрологического оборудования.
  • Знать: особенности структ-ры электромагнитных полей и волн, распространяющихся в раз-личных конструкциях замедляющих систем.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в замедляющих системах для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров замедляющих систем с использованием современного метрологического оборудования
  • Знать: особенности структуры электромагнитных полей и волн в основных типах полых резонаторов, методы расчета их характеристик.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электромагнитных полей в полых резонаторах для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров полых резонаторов с использованием современного метро-логического оборудования.
  • Знать:метод эквивалентных схем для анализа неоднородностей в волноводах и особенности его применения.
  • Уметь:выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование на основе метода эквивалентных схем для различных технических задач.
  • Владеть:методами измерений неоднородностей в волноводах с использованием современного метро-логического оборудования.
  • Знать: методы согласования электродинамических систем с внеш-ними подводящими высокочастотными линиями передач и особенности их применения
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование согласующих высокочастотных устройств для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров согласующих устройств с использованием современного метрологического оборудования
  • Знать: особенности излучения и дифракции электромагнитных волн в различных электродинамических системах.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование дифракционных процессов для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров дифракционных устройств с использованием современного метрологического оборудования.
  • Знать: матричные методы анализа и синтеза сложных СВЧ цепей.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование электродинамических систем матричными методами для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров сложных СВЧ цепей с использованием современного метро-логического оборудования.
  • Знать: элементы волноводной техники и области их применения.
  • Уметь: выполнять аналитические расчеты и компьютерное моделирование элементов волноводной техники для различных технических задач.
  • Владеть: методами измерений параметров элементов волноводной техники с использованием современного метрологического оборудования
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1.Основные законы электромагнитного поля в интегральной, дифференциальной и комплексной формах. Граничные условия для векторов электромагнитного поля на границе раздела двух сред. Электромагнитное поле в поляризующейся среде. Электростатическое поле. Электрическое поле в проводящей среде. Поле в несовершенных диэлектриках.
    Основные законы электромагнитного поля в интегральной форме (закон сохранения зарядов, теорема Гаусса, закон магнитной индукции, закон полного тока, закон электромагнитной индукции). Операции второго порядка (дивергенция, ротор, градиент, оператор Набла – пространственного дифференцирования – векторный оператор, таблица операций второго порядка). Законы электромагнитного поля в дифференциальной форме (закон сохранения зарядов, первое уравнение Максвелла – закон полного тока, второе уравнение Максвелла – закон электромагнитной индукции, третье уравнение Максвелла – отсутствие магнитных зарядов, четвертое уравнение Максвелла - теорема Гаусса). Граничные условия векторов электромагнитного поля на границе раздела двух сред. Уравнения электромагнитного поля в комплексной форме. Электромагнитное поле в поляризующейся среде. Вектор поляризации. Уравнение вязкости среды. Вектор электрической индукции. Связь векторов напряженности электрического поля, электрической индукции и вектора поляризации.Электростатическое поле. Потенциальное поле. Потенциал электрического поля. Уравнение Лапласа. Уравнение Пуассона. Поле электрическо-го диполя. Электрическое поле в проводящей среде (закон Ома, закон Джоуля - Ленца, законы Кирхгофа). Граничные условия на разделе двух сред. Энергия и силы в электрическом поле. Аналогия поля в проводящей среде и в диэлектрике. Метод моделирования полей. Поле в несовершенных диэлектриках. Электрические свойства и параметры среды.
  • Раздел 2. Магнитное поле. Векторный и скалярный потенциалы магнитного поля. Переменное электромагнитное поле. Электродинамические потенциалы. Переменное электромагнитное поле в проводящей среде. Переменное поле в идеальном диэлектрике. Электромагнитное поле идеального излучателя.
    Магнитное поле. Векторный потенциал. Уравнение Пуассона для векторного потенциала Закон Био-Савара-Лапласа. Примеры вычисления вектора магнитной индукции. Связь между векторами магнитной индукции, вектором намагниченности и вектором напряженности магнитного поля. Граничные условия на разделе двух сред. Скалярный потенциал магнитного поля. Уравнение для вычисления скалярного магнитного потенциала. Аналогия магнитного поля и электрического поля в диэлектрике. Собственная и взаимная индуктивность контуров. Энергия магнитного поля. Действующие силы в магнитных полях.Переменное электромагнитное поле. Теорема Умова-Пойинтинга. Комплексные параметры среды. Теорема Умова-Пойинтинга в комплексной форме. Электро-динамические потенциалы. Уравнение Даламбера для вычисления векторного потенциала. Переменное электромагнитное поле в проводящей среде. Переменное поле в идеальном диэлектрике. Электромагнитное поле идеального излучателя.
  • Раздел 3. 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 лини-ям.
  • Раздел .4. Распространение электромагнитных волн в прямоугольном и круг-лом 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 сечений.
  • Раздел 5.Замедляющие системы. Основные конструкции замедляющих си-стем 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 6. 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 резона-торов. Области применения полых резонаторов.
  • Раздел 7.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 8.Коэффициент отражения и свойства стоячих волн. 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 9. Дифракция и излучение электромагнитных волн. Антенны СВЧ. Технические характеристики антенн.
    Дифракция и излучение электромагнитных волн. Поле элементарного излучателя – диполя Герца. Диаграммы направленности. Магнитный диполь и его поле излучения. Антенны СВЧ. Излучение из прямоугольного волновода. Метод Гюйгенса-Кирхгофа. Рупорные антенны. Технические характеристики антенн.
  • Раздел 10.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 11.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.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий домашняя работа
  • неблокирующий аудиторная работа
  • неблокирующий самостоятельная работа
  • неблокирующий экзамен
    В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-2, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4.
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (3 модуль)
    0.13 * аудиторная работа + 0.25 * домашняя работа + 0.12 * самостоятельная работа + 0.5 * экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Аполлонский, С.М. Электромагнитные поля и волны. Том 1. Общие теоретические модели ЭМП и ЭМВ : монография / Аполлонский С.М. — Москва : Русайнс, 2019. — 466 с. — ISBN 978-5-4365-3364-3. — URL: https://book.ru/book/933021 (дата обращения: 10.10.2019). — Текст : электронный.
  • Техника и приборы СВЧ. Т.1: Техника сверхвысоких частот, Лебедев И. В., 1970
  • Устройства СВЧ : учеб. пособие, Сазонов Д. М., Гридин А. Н., 1981

Рекомендуемая дополнительная литература

  • - Шавров В.Г., Щеглов В.И. — Магнитостатические и электромагнитные волны в сложных структурах - Издательство "Физматлит" - 2017 - ISBN: 978-5-9221-1733-3 - Текст электронный // ЭБС Лань - URL: https://e.lanbook.com/book/105013
  • Diffraction of Acoustic and Electromagnetic Waves by Screens and Inhomogeneous Solids: Mathematical Theory : монография / Smirnov Yu.G., Tsupak A.A. — Москва : Русайнс, 2016. — 214 с. — ISBN 978-5-4365-1446-8. — URL: https://book.ru/book/922108 (дата обращения: 10.10.2019). — Текст : электронный.
  • Аполлонский, С.М. Электромагнитные поля технического оборудования. Т. I. Методы математической физики и их использование при расчетах электромагнитных полей : монография / Аполлонский С.М. — Москва : Русайнс, 2016. — 280 с. — ISBN 978-5-4365-0733-0. — URL: https://book.ru/book/920034 (дата обращения: 10.10.2019). — Текст : электронный.
  • Периодические волноводы, Силин Р. А., 2002