Министерство образования и науки РФ
ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет»
Кафедры: ТиОЭ, РТиТК
УТВЕРЖДАЮ
Ректор ФГБОУ ВПО «ДГТУ»,
Р
Т.А. Исмаилов
2014 г.
ПРОГРАММА
вступительного экзамена по направлению 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи»Одобрена на совместном заседании кафедр: ТиОЭ и РТиТК (протокол № 7 от 1б ^ е в р а л я 2014г.) Заведующий кафедрой д.т.н., профессор Исмаилов Т.А.
Заведующий кафедрой Ахмедов Г. Я.
д.т.н., доцент Махачкала «Антенны, СВЧ - устройства и их технологии»
Настоящая программа базируется на кратком паспорте специальности 05.12.07 и на вузовских дисциплинах, соответствующих государственному образовательному стандарту по направлению «Радиотехника»: электродинамика и распространение радиоволн; устройства СВЧ и антенны; радиотехнические цепи и сигналы; устройства генерирования и формирования сигналов;
устройства приема и преобразования сигналов; электроника; схемотехника аналоговых электронных устройств; вычислительные устройства и системы;
радиотехнические системы.
1. Общая теория антенн и СВЧ-устройств Уравнения Максвелла для нестационарных и монохроматических полей.
Материальные уравнения и типы сред. Векторные и скалярные потенциалы электромагнитного поля. Волновые уравнения и уравнения Гельмгольца.
Граничные условия. Энергия электромагнитного поля. Теорема УмоваПойнтинга.
Постановка задач электродинамики, методы их решения. Внутренние и внешние задачи электродинамики. Теорема единственности.
Свободные электромагнитные волны как решения однородных уравнений электродинамики в разных системах координат. Плоские однородные волны в изотропных средах с потерями и без потерь и в гиротропных средах (плазма и феррит при наличии подмагничивания). Вращение плоскости поляризации, резонансное поглощение. Немонохроматические волны в диспергирующих средах. Волны в активных средах; представление о волновых процессах в нелинейных средах. Падение плоской однородной волны на плоскую границу раздела однородных изотропных сред. Двойное преломление на границе раздела с гиротропной средой.
Локально-плоские волны и геометрическая оптика. Влияние неоднородности среды на распространение радиоволн. Уравнения эйконала и переноса. Уравнение луча. Сопровождающий трехгранник Френеля на луче.
Изменение поляризации вдоль луча. Возникновение каустик. Рефракция в неоднородных средах.
Распространение радиоволн в природных условиях. Влияние земной поверхности, тропосферы, ионосферы, космического пространства на распространение радиоволн. Распространение радиоволн в урбанизированных зонах.
Излучение электромагнитных волн. Элементарные излучатели. Ближняя и дальняя зоны. Теорема эквивалентности, эквивалентные поверхностные источники.
Электромагнитное поле заданного распределения возбуждающих токов в свободном пространстве. Принципы взаимозаменяемости полей, электрических и магнитных токов, принцип двойственности. Принцип электродинамического подобия. Сведение задачи об излучении антенн к интегральным и интегродифференциальным уравнениям.
Явления и задачи дифракции. Строгая постановка дифракционных задач.
Дифракция на цилиндре, шаре и клине. Интегральные уравнения в задачах дифракции и возбуждения тел сложной формы. Асимптотические методы в квазиоптической области: приближение Гюйгенса-Кирхгофа и геометрическая теория дифракции.
Численные методы электродинамики. Постановка задачи, представление полей, алгоритмизация задач возбуждения, излучения и дифракции электромагнитных полей и волн.
Проекционные методы. Процесс Бубнова-Галёркина. Проекционное наложение граничных условий. Сведение задачи к рассмотрению граничных условий.
Дискретизационные методы. Декомпозиционный принцип.
Математическое моделирование сложных структур.
2. Теория и техника СВЧ-устройств Уравнения электродинамики для направляемых волн. Теория и классификация свободных волн в продольно-регулярных направляющих системах.
Типы направляющих систем. Полые и коаксиальные волноводы.
Диэлектрические волноводы и линии поверхностных волн. Полые волноводы с частичным диэлектрическим и гиротропным заполнением. Полосковые и микрополосковые линии, щелевые и копланарные волноводы. Оптические волноводы, световоды. Замедляющие структуры. Искусственные диэлектрики.
Квазиоптические направляющие системы.
Технические характеристики и особенности конструирования фидеров различных диапазонов. Конструктивно-технологические особенности микрополосковых линий.
Теория электромагнитных резонаторов. Полые резонаторы.
Диэлектрические и ферритовые резонаторы. Резонаторы на основе планарных структур. Открытые квазиоптические резонаторы.
Технические характеристики и особенности конструирования резонаторов различных типов.
Теория сложных волноводных устройств. Многомодовые матрицы рассеяния, проводимости и сопротивления. Основные свойства одномодовых матриц.
Эквивалентные схемы волноводных устройств. Элементы теории цепей СВЧ. Круговые диаграммы полных сопротивлений и проводимостей.
Применение общей теории сложных волноводных устройств и теории цепей СВЧ при использовании различных направляющих систем.
Фидерные устройства и их элементы. Методы согласования. Узкополосное и широкополосное согласование. Ограничения на полосу согласования.
Согласующие элементы для линий разных типов.
Элементы возбуждения волноводов и резонаторов. Соединения линий передачи, переходные элементы, вращающиеся сочленения. Разветвления, мостовые соединения. Направленные ответвители.
Устройства регулирования амплитудных, фазовых и поляризационных характеристик. Аттенюаторы, фазовращатели, поляризаторы.
Устройства с применением ферритов. Волноводные, коаксиальные, полосковые и микрополосковые фазовращатели, вентили, циркуляторы и ограничители.
Коммутационные устройства, применение ферритов и полупроводниковых элементов. Антенные переключатели.
Частотные фильтры, элементы теории и классификация. Реализация фильтров в виде волноводных, коаксиальных, полосковых и микрополосковых конструкций. Перестраиваемые фильтры.
Принципы построения и методы проектирования приёмо - передающих устройств СВЧ. Особенности активных СВЧ-устройств на основе полупроводниковых и миниатюрных вакуумных приборов (генераторы, умножители частоты, малошумящие усилители). Применение биполярных и полевых транзисторов, лавинно-пролетных диодов, туннельных диодов и диодов Ганна.
Особенности мощных СВЧ-устройств (клистронные усилители, магнетронные генераторы и генераторы на ЛБВ и ЛОВ).
Пассивные нелинейные СВЧ устройства на полупроводниковых приборах.
Транзисторные и диодные преобразователи частоты.
Теория и техника передачи сигналов по волоконно-оптическим линиям связи.
Применение СВЧ-устройств и систем в технологии производства, биологии и медицине.
Численный электродинамический расчёт основных типов СВЧ-устройств.
3. Теория и техника антенных устройств и систем Теория антенн. Приёмная и передающая антенны, их основные параметры и технические характеристики. Соотношение режимов приёма и передачи, теорема взаимности. Эффективная поверхность антенны. Обратное излучение приемной антенны. Приближение заданных токов и применение сведений об элементарных излучателях в теории антенн. Учет влияния земной поверхности и экранов.
Система однотипных излучателей. Теорема перемножения диаграмм.
Эквивалентные решётки. Непрерывные распределения. Влияние амплитудно фазового распределения поля и конфигурации апертуры на основные характеристики антенн. Статистические характеристики антенн.
Многоэлементные антенны (решётки). Взаимодействие элементов, метод наводимых э.д.с. в приближении заданных токов.
Фазированные антенные решетки (ФАР). Частотное, фазовое и фазочастотное сканирование. Дискретный и дискретно-коммутационный методы. Приближение бесконечной решетки, теорема Флоке. Многолучевые антенные решетки.
Вопросы синтеза антенн. Сверхнаправленность. Типы антенн и их реализация в различных диапазонах волн.
Антенны длинных, средних и коротких волн. Вибраторные антенны для диапазонов КВ и УКВ. Антенны бегущей волны дискретного и непрерывного типов.
Спиральные, диэлектрические и ребристо-стержневые антенны. Частотно независимые антенны. Рупорные, зеркальные, линзовые, щелевые и другие антенны СВЧ.
Антенные решётки с электронным сканированием. Системы управления ФАР, применение ферритов и полупроводниковых элементов. Активные решётки (АФАР). Приемо-передающие модули. Самофокусирующиеся антенные системы. Малошумящие антенные системы. Антенны с моделируемыми параметрами. Адаптивные антенны. Антенны для широкополосных сигналов.
Антенные системы с регулируемыми поляризационными характеристиками.
Моноимпульсные антенные системы.
Диаграммообразование ФАР с помощью оптических методов. Волоконнооптические и гибридные диаграммообразующие схемы (ДОС) ФАР.
Радиооптические антенны.
Учёт особенностей распространения радиоволн и расположения антенны.
Вопросы надёжности антенно-фидерных устройств.
Измерение параметров антенно-фидерных устройств.
Применение антенных устройств и систем в технологии производства, биологии и медицине.
Численный электродинамический расчёт основных типов антенных устройств и систем.
4. Проектирование и оптимизация антенн и СВЧ-устройств, а также технология их производства Современные компьютерные технологии проектирования, расчёта и оптимизации антенных и СВЧ - устройств широкого применения. Модели базовых элементов разных уровней. Составление модели сложного объекта.
Технология изготовления антенн и СВЧ-устройств.
Методы технологии конструирования антенн и СВЧ-устройств.
Методы технологии конструирования интегральных схем СВЧ.
«Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Настоящая программа базируется на кратком паспорте специальности 05.12.13 и на вузовских дисциплинах, соответствующих государственному образовательному стандарту по направлению «Телекоммуникации»:
математические модели сообщении, сигналов, помех и потоков событий; основы теории модуляции и демодуляции; каналы связи; основы теории передачи информации; основы теории кодирования; прием непрерывных сообщений;
цифровые методы передачи непрерывных сообщений; цифровая обработка сигналов; теория многоканальной передачи сообщений; основы построения телекоммуникационных систем и сетей; сети связи.
1. Математические модели сообщений, сигналов, помех и потоков событий 1.1. Сообщения, сигналы, помехи, потоки событий как случайные процессы. Нестационарные и гауссовские модели. Преобразование случайных величин и случайных процессов.
1.2. Спектральные представления детерминированных и случайных процессов.
детерминированных и случайных процессов Модель случайного синхронного двоичного сигнала без памяти Модель речевого источника.
1.4. Огибающая и фаза процесса, аналитический (комплексный) сигнал, квадратурные компоненты Распределение огибающей и фазы гауссовского случайного процесса.
1.5. Линейные пространства представления сигналов, пространство Евклида, Гильберта и Хемминга Представление детерминированных и случайных процессов через обобщенный ряд Фурье. Базис Фурье и Котельникова. Дискретизация функций непрерывного аргумента.
1.6. Общие сведения о случайных точечных процессах. Модель однолинейной системы обслуживания.
1.7. Пуассоновский процесс Распределение Пуассона и Эрланга.
Обобщенный пуассоновский процесс.
1.8. Профильтрованный пуассоновский процесс.
1.9. Простейшие операции над пуассоновским процессом линейное преобразование суммирование пуассоновских потоков, разрежение потока, рандомизация.
2. Основы теории модуляции и демодуляции 2.1 Виды модуляции при гармонической несущей. AM, ФМ, ЧМ.
Особенности балансной и однополосной модуляции Получение модулированных сигналов в параметрических и нелинейных схемах Спектры модулированных сигналов. Корреляционные и энергетические характеристики модулированных сигналов при случайном первичном сигнале. Аналитическая запись сигнала на выходе передатчика при изохронной передаче дискретных сообщений при линейных и нелинейных видах модуляции Последовательный и параллельный (многочастотный) метод скоростной передачи дискретных сообщений.
2.2 Демодуляция (детектирование) при помощи параметрических и нелинейных схем Отношение сигнал/шум на выходе"линейного" детектора AM сигнала, отношение сигнал, шум на выходе фазового (частотного) детектора.
2.3 Цифровая модуляция и демодуляция.
3. Каналы связи 3.1 Классификация каналов связи по используемым частотным диапазонам, по характеру сигналов на входе и выходе канала 3.2 Прохождение детерминированных и случайных процессов через линейные стационарные каналы (цепи). Особенность прохождения сигналов через узкополосные каналы, метод низкочастотного эквивалента. Метод комплексной огибающей при расчете прохождения узкополосных воздействий.
3.3 Прохождение сигналов через линейные случайные каналы, многолучевые каналы связи.
3.4 Адаптивные помехи в каналах связи флуктуационные шумы, сосредоточенные по спектру и импульсные помехи Квантовые шумы в оптических каналах.
3.5 Математические модели непрерывных, дискретных и непрерывно дискретных каналов.
3.6 Модели непрерывных каналов с учетом доплеровского смещения частоты.
3.7 Эффект отражения, поглощения и рассеяния в радиоканалах и их математические модели Эффективная площадь рассеяния объектов.
3.8 Модели пространственно-временных каналов.
3.9 Метод переменных состояния для описания источников сообщений, каналов связи (сигналов) Марковские модели.
4. Основы теории передачи информации 4.1 Информационные параметры сообщений и сигналов. Информация дискретного источника.
4.2 Взаимная информация. Дифференциальная энтропия для непрерывного источника (сигнала).
4.3 Эффективное кодирование дискретных сообщений.
4.4 Пропускная способность канала связи.
4.5 Основная теорема кодирования Шеннона для канала с помехами.
5. Основы теории кодирования 5.1 Назначение и классификация кодов.
5.2 Неравномерные эффективные коды.
5.3 Принципы помехоустойчивого кодирования.
5.4 Линейные двоичные блочные коды.
5.5 Некоторые разновидности систематических кодов.
5.6 Эквивалентная вероятность ошибки при сравнении различных систем, эквивалентное отношение сигнал/шум.
6. Теория приема дискретных сообщений.
6.1 Прием сигналов как статистическая задача различения гипотез.
6.2 Критерии качества и правила приема дискретных сообщений минимума среднего риска, минимума средней вероятности ошибки, НейманаПирсона. Правило максимального правдоподобия. Правило обобщенного максимального правдоподобия.
6.3 Оптимальный алгоритм поэлементного приема в детерминированном однолучевом канале с аддитивным гауссовским белым шумом (когерентный прием).
6.4 Реализация алгоритма оптимального приема на основе согласованных фильтров.
6.5 Потенциальная помехоустойчивость поэлементного приема в детерминированном однолучевом канале с аддитивным гауссовским белым шумом. Энергетический выигрыш перехода от одной системы передачи сообщений к другой.
6.6 Прием сигналов с неопределенной фазой (некогерентный прием), алгоритм обобщенного максимального правдоподобия.
6.7 Прием дискретных сообщений в каналах с замираниями, разнесенный прием Понятие об оптимальном приеме дискретных сообщений в пространственно-временных каналах.
6.8 Прием дискретных сообщений в каналах с сосредоточенными и импульсными помехами.
6.9 Алгоритм оптимального приема в целом и поэлементного приема в детерминированном многолучевом канале (канале с памятью) и аддитивным гауссовским белым шумом. Использование обратной связи по решению.
6.10 Алгоритм поэлементного приема Кловского-Николаева и Витерби в многолучевом детерминированном канале. Оценка их помехоустойчивости при использовании двоичных сигналов в детерминированном канале с аддитивным гауссовским белым шумом.
6.11 Анализ помехоустойчивости приема дискретных сообщений. Рабочая характеристика обнаружителя Вероятность ошибки при когерентном и некогерентном различении.
6.12 Особенности передачи дискретных сообщений по оптическим каналам связи. Расчет помехоустойчивости приема двоичных сигналов в оптическом канале при модуляции интенсивности.
7. Прием непрерывных сообщений 7.1 Критерий оптимальности оценивания отдельных непрерывных параметров сигнала и приема непрерывных сообщений.
7.2 Оптимальное когерентное и некогерентное оценивание отдельных параметров сигнала. Анализ качества оценок.
7.3 Оптимальная демодуляция непрерывных сигналов.
7.4 Помехоустойчивость систем передачи непрерывных сообщений при слабых помехах Пороговый эффект при сильной помехе.
7.5 Оптимальная линейная фильтрация непрерывных сообщений. Фильтр Калмана.
7.6 Элементы теории нелинейной фильтрации.
8. Цифровые методы передачи непрерывных сообщений 8.1 Общие сведения о цифровой передаче непрерывных сообщений.
8.2 Помехоустойчивость ИКМ.
8.3 Передача непрерывных сообщений с предсказанием: ДИКМ и дельта модуляция.
9. Цифровая обработка сигналов 9.1 Модели дискретных сигналов. Модулированные импульсные последовательности, их спектральные плотности. Восстановление непрерывного сигнала по модулированной импульсной последовательности. Определение спектра аналогового сигнала по совокупности отсчетов.
9.2 Дискретизация периодических сигналов. Прямое и обратное дискретное преобразование Фурье. Алгоритм быстрого преобразования Фурье Дискретная свертка.
9.3 Теория z-преобразования. Прямое и обратное z-преобразование Связь с преобразованием Лапласа и Фурье. Свойства z-преобразования.
9.4 Цифровые фильтры. Квантование сигнала в ЦФ. Алгоритм линейной цифровой фильтрации. Частотный коэффициент передачи ЦФ. Системная функция ЦФ.
9.5 Реализация алгоритмов цифровой фильтрации. Трансверсальный ЦФ, системная функция, импульсная и частотная характеристики. Рекурсивные ЦФ.
Системная функция, ее реализация. Устойчивость рекурсивных ЦФ Импульсная характеристика рекурсивного ЦФ.
9.6 Синтез линейных цифровых фильтров. Метод инвариантных импульсных характеристик. Синтез ЦФ на основе дискретизации дифференциального уравнения аналоговой цепи. Метод инвариантных частотных характеристик.
9.7 Влияние квантования сигнала на работу ЦФ 10. Теория многоканальной передачи сообщений 10.1 Основы теории разделения сигналов.
10.2 Частотное, временное и фазовое разделение сигналов.
10.3 Разделение сигналов по форме.
10.4 Способы разделения сигналов в асинхронных адресных системах связи.
10.5 Комбинационное разделение сигналов.
11. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей 11.1 Система электросвязи Российской Федерации и ее подсистемы.
11.2 Системы связи общего пользования: телефонной связи, документальной электросвязи, распределения программ звукового вещания, распределения телевизионных программ, подвижной радиосвязи 11.3 Средства систем связи: технические, программные, методические, информационные, организационные.
11.4 Системные требования к взаимоувязанной сети связи (ВСС).
11.5 Первичные сети ВСС: классификация, принципы построения, характеристики типовых каналов передачи и групповых трактов.
11.6 Системы передачи: с частотным и временным разделением каналов, волоконно-оптические, радиорелейные, спутниковые.
11.7 Аналоговые и цифровые системы коммутации.
11.8 Принципы построения коммутационных сетей: коммутации каналов, сообщений, пакетов 11.9 Интеграция вторичных сетей.
11.10 Интерфейсы 11.11 Цифровые сети интегрального обслуживания (широкополосная коммутация на основе технологии ATM, архитектура PDH и SDH) 11.12 Интеллектуальные сети 11.13 Перспективы развития телекоммуникационных сетей в Российской Федерации 12. Сети связи 12.1 Классификация и принципы построения сетей связи различного назначения, коммутируемые и некоммутируемые сети.
12.2 Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем, системы сигнализации, нтерфейсы, протоколы.
«