Министерство образования и науки Российской Федерации

Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники

(ТУСУР)

Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники

(СВЧ и КР)

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

Л. А. Боков «»2011г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства (Устройства СВЧ и антенны)»

для специальности 210403 - Защищенные системы связи Факультет - Радиотехнический Профилирующая кафедра - Радиотехнических систем Курс - Семестр - Учебный план набора 2008г. и последующих лет Распределение учебного времени Лекций - 40 час Практических занятий - 16 час.

Лабораторных занятий -16 час.

Всего ауд. занятий -72 час.

Самостоятельная работа -48 час.

Общая трудоемкость - 120 час.

Экзамен ----- 6 семестр 1. Рабочая программа составлена с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста – «Телекоммуникации» для специальности 210403 (201200)-«Защищенные системы связи», утвержденного 10.03.2000 г. (рег. №20тех/дс) 2. Рабочая программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры СВЧ и КР, протокол № от 2011 г.

3. Разработчик доц. каф. СВЧ и КР Ю. И. Буянов Зав. обеспечивающей кафедрой С.Н. Шарангович СВЧиКР 4. Рабочая программа согласована с факультетом, профилирующей и выпускающей кафедрой специальности, соответствует действующему плану занятий Декан РТФ _ А. Я. Демидов Зав. профилирующей и выпускающей каф. РТС Г. С. Шарыгин _ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1.1 Цели и задачи дисциплины.

Дисциплина «Устройства СВЧ и антенны» относится к блоку общепрофессиональных дисциплин, читаемых для студентов специальности 210403 – «Защищенные системы связи», и является дисциплиной, устанавливаемой Государственным образовательным стандартом (ГОС), который определяет е цели и задачи.

Целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов в области создания и обеспечения функционирования устройств СВЧ и антенн, основанных на использовании электромагнитных колебаний и волн, и предназначенных для передачи, приема и обработки информации.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

получение необходимых знаний по физическим и теоретическим основам построения и функционирования устройств СВЧ и антенн;

получение необходимых знаний по методам расчета основных параметров и характеристик устройств СВЧ и антенн..

1.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать физические основы, принципы построения и функционирования устройств СВЧ и антенн, методы расчета их основных параметров и характеристик;

уметь определять и обосновывать целесообразность использования конкретных устройств СВЧ и антенн в зависимости от предъявляемым к ним техническим требованиям;

1.3. Перечень обеспечивающих дисциплин.

Данная дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами в процессе изучения дисциплин: «Основы теории цепей», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Электродинамика и распространение радиоволн», «Электромагнитная совместимость».

1.4 Объем дисциплины и виды учебной работы Дисциплина изучается в 6-м семестре 1.5 Разделы дисциплины и виды занятий электромагнитных волн в направляющих системах Регулярные линии передачи Линии передачи конечной длины Согласование линий передачи Пассивные устройства на линиях Параметры передающих и приемных Вибраторные антенны Линейные излучатели, антенны Апертурные антенны Тенденции и перспективы развития 2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА (40 часов) 2.1 Фидерные линии и пассивные устройства на их основе (22 часов) 2.1.1 Регулярные линии передачи Основные уравнения, гармонические волны, однородные и неоднородные волны, затухание волн. Направляемые волны, линии передачи, типы волн, критические частоты, технические характеристики, применение. Линии с Т-волнами (коаксиальные кабели, полосковые линии), диэлектрические волноводы и ВОЛС. Структура полей, технические характеристики, применение.

2.1.2 Линии передачи конечной длины Коэффициент отражения, распределение амплитуд напряжений и токов при различных нагрузках, входное сопротивление отрезка линии. Диаграмма Вольперта.

Узкополосное согласование. Понятие о широкополосном согласовании.

2.1.3 Пассивные устройства на основе линий передач Волновые матрицы рассеяния и передачи. Соответствие физических свойств многополюсников и математических свойств их матриц рассеяния. Характерные четырех, шести и восьмиполюсники: скачки волновых сопротивлений, тройники, направленные ответвители и мосты. Ферритовые вентили, циркуляторы и фазовращатели.

2.2 Антенны (18 часа) 2.2.1 Параметры передающих и приемных антенн Дальняя, промежуточная и ближняя зоны излучения антенн. Комплексная векторная диаграмма направленности антенн. КНД, коэффициент усиления, действующая высота антенны. Теорема взаимности применительно к приемным антеннам. ЭДС приемной антенны, мощность в нагрузке приемной антенны. Шумовая температура антенны.

2.2.2 Вибраторные антенны Распределение тока и заряда в симметричном вибраторе. Диаграмма направленности, сопротивление излучения и КНД симметричного вибратора. Входное сопротивление вибратора. Типы вибраторов: петлевой, щелевой, несимметричный, рамочные антенны, схемы их питания. Связанные вибраторы, уравнения Кирхгофа для токов в вибраторах, пассивные вибраторы. Директорные и логопериодические антенны.

Полосковые антенны.

2.2.3 Антенные решетки Линейные дискретные антенные решетки. Теорема о перемножении диаграмм направленности. Линейные непрерывные решетки. Анализ множителя решетки. Примеры антенн с разным коэффициентом замедления: волноводно-щелевые антенны, антенны бегущей волны, диэлектрические и спиральные антенны. Поверхностные дискретные антенные решетки, фазированные антенные решетки.

2.2.4 Апертурные антенны Внешняя и внутренняя задачи анализа апертурных антенн и методы их решения.

Коэффициент использования поверхности антенны. Волноводные и рупорные антенны.

Линзовые и зеркальные антенны. Разновидности апертурных антенн. Методы снижения бокового излучения апертурных антенн.

2.2.5 Особенности антенн различного назначения и частотных диапазонов Характерные особенности антенн в зависимости от диапазона частот. Антенны УКВ:

телевизионные, радиорелейных линий и космической связи, систем подвижной радиосвязи. Антенны коротких, средних и длинных волн.

2.2.6 Тенденции и перспективы развития антенной техники Антенны с обработкой сигналов. Многолучевые антенные решетки. Антенны с синтезированной апертурой. Активные антенны. Проблема электромагнитной совместимости по отношению к антеннам. Понятие синтеза антенн. Вопросы миниатюризации антенн.

Самостоятельная работа студентов предполагает углубленное изучение разделов дисциплины, которые связаны с выполнением практических занятий, лабораторных работ и самостоятельное освоение ряда теоретических вопросов при подготовке к сдаче экзамена вынесенных на самостоятельную проработку Разделы дисциплины, вынесенные на самостоятельную работу 5.1. Устройства СВЧ на ферритах – 4 час.

Ферриты и их свойства. Невзаимные устройства на основе эффекта Фарадея и с поперечно-подмагниченным ферритом (вентили). Трехплечный и четырхплечный (фазовый) циркуляторы. Фазовращатели – взаимные и на основе поперечно-подмагниченного феррита).

5.2. Антенны малых электрических размеров – 2 час.

Общие свойства антенн малых электрических размеров. Элементарные излучатели линейной и круговой поляризации – электрический и магнитный диполи Герца, рамка, турникетный излучатель, источник однонаправленного излучения (элемент Гюйгенса).

5.3. Особенности антенн различных диапазонов и назначения – 2 час.

Характерные особенности антенн в зависимости от применяемого диапазона волн.

Антенны длинных, средних, коротких волн. Антенны УКВ. Активные примные антенны.

Особенности бортовых антенных систем.

Методические указания по изучению разделов дисциплины – лекционных и вынесенных на самостоятельную работу, приведены в [13].

6. МЕТОДИКА ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Осуществляется в соответствии с Положением о порядке использования рейтинговой системы для оценки успеваемости студентов (приказ ректора 25.02.2010 № 1902) и основана на бально- рейтинговой системы оценки успеваемости, действующей с 2009 г., которая включает текущий контроль выполнения элементов обьема дисциплины по эдементам контроля с подведением текущего рейтинга и итоговый контроль.

Правила формирования пятибалльных оценок за каждую контрольную точку (КТ1, КТ2) осуществляется путем округления величины, рассчитанной по формуле:

Итоговый контроль освоения дисциплины осуществляется на экзамене по традиционной пятибалльной шкале. Обязательным условием перед сдачей экзамена является выполнение студентом необходимых по рабочей программе для дисциплины видов занятий: выполнение и защита результатов лабораторных работ, сдача контрольных работ.

Формирование итоговой суммы баллов осуществляется путем суммирования семестровой (до 70 баллов) и экзаменационной составляющих (до 30 баллов).

7. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ

ческих занятиях и защита отчетов Контрольные работы на практических занятиях Выполнение лабораторных работ и защита отчетов Тема контрольной работы: Линии передачи, согласование, устройства СВЧ.

8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Учебно-методическое обеспечение дисциплины «Устройства СВЧ и антенны» для направления подготовки «Радиотехника» находится на уровне, соответствующем нормативным требованиям. В процессе обучения следует пользоваться учебниками [1, 4, 7] и учебными пособиями [2, 6]. Для проведения практических занятий и выполнения домашних заданий предназначено пособие [3]. При выполнении лабораторных работ пользоваться имеющимися в лабораториях методическими разработками сотрудников кафедры (список приведен в [13]). Для углубленного изучения дисциплины, кроме [5, 8 – 10], можно использовать ссылки из каталогов библиотеки ТУСУР. Применение САПР для расчета устройств СВЧ и антенн изложено в [11, 12].

Методические указания по организации самостоятельной работы даны в [13]. В электронной библиотеке кафедры СВЧ и КР также имеются и доступны студентам при работе в локальной вычислительной сети кафедры электронные версии некоторых из пособий.

9. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

а) основная литература:

Антенны и устройства СВЧ: Учебник для вузов/ Д.И. Воскресенский и др. – М.:

Радиотехника, 2006. – 375с. (20 экз.) Техническая электродинамика: Учебное пособие для вузов/ Ю.В. Пименов и др. – М.: Радио и связь, 2002. – 536 с. (48 экз.) Гошин Г.Г. Антенны и фидеры. Сборник задач с формулами и решениями. Томск:

ТУСУР, 2003. – 242с. (49 экз.) б) дополнительная литература:

Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1988. – 432с. (22 экз.) Сверхширокополосные микроволновые устройства/ под ред. А. П. Креницкого, В. П.

Мещанова. – М.: Радио и связь, 2001. – 560 с. (33 экз.) Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток/ под ред. Д.И. Воскресенского. – М.: Радиотехника, 2003. – 632с. (21экз.) 7. Н. Т. Бова, Г. Б. Резников. Антенны и устройства СВЧ. – 2-е изд. перераб. и доп. – Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982.– 278 с.

8. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. – М.: Связь, 1977. – 440с. (77 экз.) 9. Антенны УКВ/ под ред. Г.З. Айзенберга. Ч.1. – М.: Связь, 1977. – 384с. (87экз.) 10. Антенны УКВ/ под ред. Г.З. Айзенберга. Ч.2. – М.: Связь, 1977. – 288с. (54экз.) 11. Банков С.Е., Курушин А.А. Электродинамика и техника СВЧ для пользователей САПР. – Москва, 2008. – 276с.

12. Банков С.Е., Курушин А.А. Расчет антенн и СВЧ устройств с помощью HFSS Ansoft. – Москва, 2009. – 256с.

13. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. Методические указания по организации самостоятельной работы студентов по направлению 210300 «Радиотехника». Томск:

ТУСУР, 2010. – 40с.