МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе
профессор В.Л. ТРУШКО
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
ПО СПЕЦИАЛЬНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ СИСТЕМЫ,
СЕТИ И УСТРОЙСТВА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ,
соответствующей направленности (профилю) направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуреНАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ
- 11.06.01 ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОТЕХНИКА И СИСТЕМЫ СВЯЗИ Направленность (профиль) – Системы, сети и устройства телекоммуникацийСАНКТ-ПЕТЕРБУРГ
Программа вступительного испытания по специальной дисциплине, соответствующей направленности (профилю) – «Системы, сети и устройства телекоммуникаций» направления подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре 11.06.01 Электроника, радиотехника и системы связи разработана на основании федеральных образовательных стандартов высшего профессионального образования магистратуры и специалитета, в соответствии с рабочими программами дисциплины «Системы телекоммуникаций» «Радиотехника» для специалистов и одобрена на заседании кафедры Электронных систем.Методические указания к программе вступительного испытания по специальной дисциплине Основной целью вступительного экзамена в аспирантуру по системам телекоммуникаций является выявление компетенций в различных областях, таких как:
• Радиотехнические цепи и сигналы • Электродинамика и распространение радиоволн • Схемотехника аналоговых электронных устройств • Цифровые устройства и микропроцессоры • Устройства СВЧ и антенны • Устройства генерирования и формирования сигналов • Устройства приёма и обработки сигналов • Основы телевидения и видеотехники • Радиотехнические системы • Понимание методологических основ дисциплины Содержание и структура вступительного испытания по специальной дисциплине На вступительном испытании соискатель должен продемонстрировать основные компетенции, сформированные в результате освоения дисциплины «Радиотехнические системы» и смежных с ней дисциплин в высшем учебном заведении по программам специалитета, магистратуры.
Поступающий в аспирантуру должен: знать основы теории радиотехнических цепей, электродинамику и распространение радиоволн, схемотехнику аналоговых электронных устройств, цифровые устройства и микропроцессоры, устройства СВЧ и антенны, устройства генерирования и формирования сигналов, устройства приёма и обработки сигналов, основы телевидения и видеотехники.
Рекомендуемая структура испытания Устный ответ на три вопроса из списка вопросов для вступительного испытания.
Беседа с членами приемной комиссии по вопросам, связанным с научным исследованием соискателя.
Разделы дисциплин, рассматриваемые в ходе испытания
1. ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Основы теории цепей Законы Ома и Кирхгофа для мгновенных значений токов и напряжений в электрических цепях. Дифференциальные уравнения электрических цепей, способы их составления и решения.Формирование уравнений электрического равновесия. Методы контурных токов и узловых напряжений.
Основы теории цепей: принцип наложения, теорема компенсации, теорема взаимности, теорема об эквивалентном источнике.
Анализ цепей переменного тока. Комплексные амплитуды и комплексные действующие значения напряжения и тока. Комплексное входное сопротивление и входная проводимость. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.
Энергетические соотношения в электрических цепях при гармоническом воздействии. Мгновенная, средняя, реактивная, полная и комплексная мощности. Баланс мощностей.
Частотные характеристики линейных электрических цепей, способы их вычисления.
Резонансные явления в электрических цепях. Резонанс токов и резонанс напряжений.
Нелинейные резистивные цепи и их характеристики.
Основные уравнения и системы первичных параметров четырёхполюсников. Методы определения первичных параметров.
1.2. Радиотехнические цепи и сигналы Спектры периодических сигналов, спектральные плотности непериодических сигналов. Основные теоремы о спектрах. Способы вычисления спектров периодических и непериодических сигналов.
Энергетический спектр сигналов. Автокорреляционная и взаимная корреляционная функции. Связь между спектральными и корреляционными характеристиками сигналов.
Модулированные сигналы, их основные характеристики.
Сигналы с ограниченным спектром. Теорема Котельникова-Шеннона, выбор интервала дискретизации сигнала.
Анализ переходных процессов в радиотехнических цепях. Решение дифференциальных уравнений. Свободные и вынужденные составляющие токов и напряжений. Операторный метод анализа переходных процессов. Операторные характеристики цепей.
Импульсная и переходная характеристики электрической цепи. Анализ переходных процессов с помощью интеграла Дюамеля.
Одиночный колебательный контур, его характеристики: резонансная частота, характеристическое сопротивление, добротность, резонансное сопротивление, полоса пропускания.
Анализ прохождения модулированных колебаний через частотно-избирательные цепи. Требования к частотным характеристикам цепей, не искажающим модулированные колебания.
Основные характеристики случайных процессов: плотности вероятности, моментные функции, функции корреляции и энергетические спектры, их свойства, физический смысл и взаимосвязь друг с другом. Белый шум и его характеристики.
Преобразование случайных сигналов стационарными системами. Анализ воздействия белого шума на линейную цепь. Энергетический спектр и корреляционная функция случайного сигнала на выходе линейной цепи. Шумовая полоса пропускания цепи.
Преобразование спектра при воздействии гармонического сигнала на параметрические системы. Применение для преобразования частоты синхронного детектирования. Принцип параметрического усиления.
Характеристики дискретных сигналов. Дискретное преобразование Фурье. Понятие о быстром преобразовании Фурье. Z-преобразование, его свойства.
Понятие об оптимальной фильтрации сигналов. Характеристики согласованного фильтра.
1.3. Электродинамика и распространение радиоволн Уравнение Максвелла в дифференциальной и интегральной форме; материальные уравнения сред.
Энергия электромагнитного поля, теорема Умова-Пойнтинга.
Явления на границах раздела сред; граничные условия.
Уравнения электродинамики в комплексной форме; комплексные проницаемости. Уравнения баланса энергии. Принцип перестановочной двойственности. Принцип взаимности.
Характеристики плоских волн в однородной среде. Волны в диэлектриках и полупроводниках; влияние потерь. Поляризация волн.
Отражение и преломление волн на границе раздела двух сред. Полное отражение, полное прохождение, угол Брюстера. Отражение от металлической поверхности; граничные условия Леонтовича.
Электромагнитные волны в направляющих системах. Характеристика полых металлических волноводов: прямоугольного и круглого. Типы волн, структура поля, фазовая и групповая скорости, длина волны в волноводе, затухание.
Характеристики полых объемных резонаторов: типы колебаний, структура поля, резонансные частоты, добротность.
Характеристики элементарных электрического и магнитного излучателей:
диаграмма направленности, сопротивление излучения.
Законы распространения электромагнитных волн над поверхностью Земли, в атмосфере и в ионосфере. Модели и методы расчета радиотрасс.
1.4. Схемотехника аналоговых электронных устройств Принципы построения и работы усилительного каскада. Вольтамперныехарактеристики усилительного каскада.
Анализ свойств усилительного каскада на основе использования малосигнальных параметров усилительного прибора.
Критерии выбора исходного режима работы усилительного каскада.
Принципы обеспечения заданного режима работы транзистора на постоянном токе.
Анализ влияния обратной связи на параметры и характеристики усилительных трактов.
Операционный усилитель и принципы его применения в устройствах обработки аналоговых сигналов (в масштабных усилителях, сумматорах, перемножителях, интеграторах, в дифференцирующих цепях, в логарифмических усилителях, в частотных фильтрах).
Особенности построения и анализа свойств широкополосных усилителей.
Особенности построения усилителей сигналов повышенной интен-сивности (усилителей мощности). Двухтактные усилители мощности.
Архитектура микроЭВМ. Ввод-вывод по прямому доступу к памяти.
Методы организации ввода-вывода.
Драйверы и приемопередатчики. Современный уровень реализации.
Дешифраторы и приемопередатчики. Отличительные особенности. Примеры реализации.
Мультиплексоры. Мультиплексоры-демультиплексоры. Отличительные особенности. Примеры реализации.
Асинхронные потенциальные и синхронные триггеры и регистры. Отличительные особенности. Примеры реализации.
Синхронные и асинхронные счетчики. Отличительные особенности. Примеры реализации.
Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Точность и время преобразования.
Язык ассемблера стандартных микропроцессоров.
1. Астайкин А. И. Основы теории цепей: учеб. пособие для вузов: в 2 т. – 2009.
2. Бакалов В. П. Основы теории цепей: учебник для вузов. – 2003.
3. Баскаков С. М. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов. – 2003.
4. Браммер Ю. А. Цифровые устройства: учеб. пособие для вузов.– 2004.
5. Морозов А. В. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб-ник для вузов. – 2007.
6. Павлов В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учеб. пособие для вузов. – 2008.
7. Петров Б. М. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб-ник для вузов. – 2004.
2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Система уравнений Максвелла как универсальная математическая модель макроскопической электродинамики, ее физическое содержание.Уравнения электродинамики второго порядка. Общие представления о граничных задачах.
Электромагнитные волны в неограниченной вещественной и комплексной среде. Дисперсия и ослабление волн.
Поведение электромагнитных волн при наличии границ раздела однородных сред. Законы Снеллиуса и формулы Френеля.
Поверхностный эффект в реальных металлах и его практическое значение. Импедансные граничные условия, приближение идеального металла.
Электродинамические потенциалы. Волновые уравнения и граничные условия для векторных потенциалов.
Направляющие системы СВЧ – типы, разновидности конструкций. Классификация электромагнитных волн в направляющих системах.
Волны напряжения и тока в линии передачи. Трансформирующее свойство линии. Практические расчеты с помощью круговых диаграмм полных сопротивлений и проводимостей.
Полые металлические волноводы, свойства быстрых волноводных волн, волноводная дисперсия.
Геометрооптическое представление механизма распространения волн в оптических волноводах. Комплексная теорема Пойнтинга, ее физическое содержание и практическое значение. Свойства реальных колебательных систем, добротности резонаторов.
Формулировка задачи о возбуждении электромагнитного поля в направляющих системах и резонаторах. Метод собственных функций и его применение.
Формулировка задачи об излучении электромагнитного поля сторонними источниками. Теорема запаздывающих потенциалов.
Выражение компонент электромагнитного поля через запаздывающие потенциалы. Особенности полей в ближней, средней и дальней зонах.
Характеристики излучения электрического и магнитного диполей Герца.
Связь параметров диаграммы направленности (ДН) произвольной линейной антенны с характером распределения тока и электрической длиной антенны. Соотношения неопределенности в теории антенн. ДН симметричного вибратора, анализ частных случаев.Входной импеданс полуволнового вибратора, частотная зависимость входного импеданса.
2.2. Устройства генерирования и формирования сигналов Генераторы с внешним возбуждением. Основные энергетические характеристики, баланс мощности в генераторе, нагрузочные характеристики, особенности работы на комплексную нагрузку.
Высокочастотные транзисторные генераторы с внешним возбуждением.
Влияние инерционных свойств транзистора на энергетические характеристики генератора.
Широкополосные транзисторные усилители. Сложение мощности генераторов. Автогенераторы. Условия равновесия в автогенераторе. Устойчивость амплитуды и фазы (частоты) генерируемых колебаний.Схемы автогенераторов и их сравнительная характеристика.Кварцевая стабилизация частоты, схемы кварцевых автогенераторов.
Пассивные синтезаторы частоты, функциональные схемы и их характеристики. Синтезаторы частоты с кольцами компенсации и ФАПЧ.
Амплитудная модуляция. Основные энергетические соотношения, методы реализации. Угловая модуляция, характеристики модулированных сигналов, при фазовой и частотной модуляции. Методы осуществления угловой модуляции. Особенности колебательных систем СВЧ диапазона. Ламповые и транзисторные генераторы с внешним возбуждением СВЧ диапазона.
Клистронные генераторы и передатчики. Генераторы и передатчики на ЛБВ. Магнетронные генераторы.
2.3. Устройства приёма и обработки сигналов Основные характеристики радиоприемных устройств (РПУ): чувствительность, одно- и двухчастотная избирательность, динамический диапазон по соседнему и зеркальному каналам приема.
Типы РПУ (супергетеродинные, инфрадинные, прямого усиления, прямого преобразования).
Методы повышения чувствительности РПУ.
Методы расширения динамического диапазона.
Перекрестные и интермодуляционные помехи и способы борьбы с ними.
Малошумящие усилители, методы снижения коэффициента шума.
Помехоустойчивость приема и способы ее повышения.
Преобразователи частоты. Принципы построения, борьба с побочными каналами приема.
Типы демодуляторов АМ-сигналов. Помехоустойчивость демодуляторов АМ-сигналов.
Типы демодуляторов ЧМ-сигналов. Помехоустойчивость демодуляторов ЧМ-сигналов.
Зрительный анализатор человека. Его характеристики: разрешающая способность, восприятие яркости, мелькающих изображений, объема пространства. Выбор характеристик телевизионной системы: числа строк, частоты кадров. Основы колориметрии. Цветовое уравнение, пространство, график.
Основные характеристики телевизионного изображения. Построение растров. Частотный спектр сигнала изображения.Фотоэлектрические преобразователи мгновенного действия. Диссектор.
Принцип накопления заряда. Вакуумные фотоэлектрические преобразователи: видикон, плюмбикон.
Принцип зарядовой связи, линейные фотоэлектрические преобразователи. Кинескопы. Устройство и принципы работы.
Основные системы телевидения. Кодеры, декодеры, их характеристики.
Цифровое представление сигналов изображения. Дискретизация и квантование. Цифровая обработка сигналов изображения.Магнитная запись сигналов изображения. Форматы видеозаписи.
Принципы построения радиотехнических систем и их основные системные характеристики.
Радиотехнические методы измерения координат и их производных.
Радиолокационные цели и формирование отраженных сигналов. Эффективная площадь рассеяния целей.
Дальность действия радиосистем. Уравнение дальности радиолокационного наблюдения.
Погрешности определения координат позиционным методом. Геометрический фактор радионавигационных систем (РНС).
Методы обзора пространства в радиолокации и методы поиска сигналов в радионавигации.
Методы селекции движущихся целей.
Фазовые и импульсно-фазовые РНС. Принципы построения.
Сетевые спутниковые РНС. Принципы построения.
Радиотехнические методы измерения скорости.
Методы измерения угловых координат. Точность и разрешающая способность при измерении угловых координат. Синтезирование апертуры при боковом обзоре.
Оптическая и теплолокация.
Системы радиопротиводействия и защита от активных помех.
Радиоразведка и радиопротиводействие.
1. Васин В. А. Радиосистемы передачи информации: учеб. пособие для вузов. – 2005.
2. Воскресенский Д. И. Устройства СВЧ и антенны: учебник для вузов. – 2008.
3. Джакония В. Е. Телевидение: учебник для вузов. – 2007.
4. Казаринов Ю. М. Радиотехнические системы: учебник для вузов. – 2008.
5. Румянцев К. Е. Приём и обработка сигналов: учеб. пособие для вузов. – 2004.
6. Шахгильдян В. В. Радиопередающие устройства: учебник для вузов. – 2003.
Перечень вопросов, рекомендуемых для включённых 1. Длинная линия как модель фидера радиосистемы. Телеграфные уравнения и их решения. Понятия падающей и отраженной волны, коэффициента отражения и коэффициента бегущей волны.
2. Радиоуправление, принципы построения, классификация систем радиоуправления. Активное, полуактивное и пассивное самонаведение.
3. Преобразование спектра сигнала при его прохождении через линейную цепь с постоянными параметрами, линейную цепь с переменными параметрами.
4. Функциональная схема микропроцессора с общей шиной данных:
адреса, особенности применения общей шины.
5. Основные параметры усилительных устройств; искажения, вносимые усилителем.
6. Физическая природа тепловых шумов, тепловые шумы как помехи радиоприему. Радиоизлучение нагретого тела. Характеристики тепловых шумов, эквивалентная шумовая температура.
7. Обратная связь в усилительных устройствах и её влияние на характеристики усилителя.
8. Дискретизация непрерывных сигналов. Физическое толкования понятие кванта при переводе аналогового сообщения в цифровое.
9. Операционные усилители и их роль в современной радиоэлектронике. Понятие об алгоритме численного анализа нелинейных устройств в статическом режиме.
10. Определение реакции линейной цепи на сложное воздействие с помощью интеграла Дюамеля. Понятие переходной и импульсной характеристики цепи. Пример вычисления переходной или импульсной характеристики для конкретной схемы операторным методом.
11. Типовые структурные схемы возбудителей и синтезаторов сетки частот.
12. Спектральный анализ детерминированных сигналов. Спектры сигналов, ограниченных по длительности, оценка ширины спектра на практике.
Связь энергии сигнала с его спектральной характеристикой.
13. Суммирование мощностей сигналов в радиопередающих устройствах.
14. Радиотехнические процессы преобразования частоты, модуляции, детектирования.
15. Методы формирования одной боковой полосы частот в спектре сигнала передатчика.
16. Принципы цифровой передачи и цифровой фильтрации сигналов.
17. Особенности построения передатчиков частотно-модулированных сигналов с фазовыми и частотными модуляторами 18. Уравнения Максвелла. Энергия электромагнитного поля.
19. Основные схемы автогенераторов и принципы их расчёта.
20. Плоские электромагнитные волны. Отражение и преломление волн на границе раздела двух сред.
21. Внутренние шумы радиоприёмников. Коэффициент шума при каскадном соединении четырехполюсников.
22. Излучение электромагнитных волн элементарным диполем.
23. Общие принципы гетеродинного преобразования частоты. Основные требования, предъявляемые к преобразователям.
24. Электромагнитное поле в волноводах и в объёмных резонаторах.
25. Принципы передачи и основные параметры телевизионных изображений.
26. Распространение радиоволн различных диапазонов в атмосфере Земли и в космическом пространстве.
27. Спектр сигнала телевизионного изображения. Принципы цифрового телевидения.
28. Представление и обоснование схем замещения пассивных элементов в цепях (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности).
29. Особенности передачи и воспроизведения цветных телевизионных изображений. Система SECAM.
30. Радиорелейные линии связи, назначение, принципы действия, основные характеристики.
31. Замкнутые системы автоматического регулирования: способы описания, передаточные функции, частотные характеристики.
32. Радиопеленгаторы: принципы действия, основные характеристики.
33. Законы равновесия в электрической цепи (Кирхгофа и Ома) и их формулировка для мгновенных значений токов и напряжений на участках схем.
Символическая форма записи для гармонических процессов.
34. Структурная схема декодирующего устройства системы SECAM.
35. Резонансные явления, колебательные контуры, характеристики колебательных контуров.
36. Линии коротковолновой радиосвязи, случайные флуктуации параметров среды, методы борьбы с замиранием сигналов.
«