Аспирантура. Антенны, СВЧ-устройства и их технологии
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Утверждено
решением Ученого совета ФГОБУ ВПО МТУСИ
27 марта 2014 г., протокол № 8
Председатель Ученого совета ___________ А.С. Аджемов
Программа вступительных испытаний в аспирантуру
по направлению
11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи».
Профиль «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии»
Вступительные испытания в аспирантуру по направлению 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи» проводятся согласно выбранному профилю.
Требования к поступающим в аспирантуру по направлению
Наличие профильного высшего образования.
Обязательное знание библиотек и технологий
офисные программы MS Word, MS Excel, PowerPoint, Visio и др.
Знание языков программирования Basic, Visual Basic, C, C++, Visual C, C#
MATLAB, MathCAD, Delphi, C++, Visual Basic, HTML
1. ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕНИЯ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Целью вступительного испытания в аспирантуру по направлению 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи» является проведение конкурсного отбора среди лиц, желающих освоить программу специализированной подготовки аспиранта по профилю «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии».
2. СТРУКТУРА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
На вступительном испытании претенденту предлагается задание, состоящее из трех вопросов, отражающих основные квалификационные требования, предъявляемые к магистру и специалисту для решения профессиональных задач, необходимых для подготовки диссертационной работы.
3. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Раздел 1. Общие вопросы электродинамики
- Основные параметры, определяющие электромагнитные свойства сред – диэлектрическая и магнитная проницаемость, проводимость.
- Система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной форме. Физический смысл уравнений Максвелла.
- Электромагнитные свойства различных сред и их деление на диэлектрики, проводники, полупроводники и сверхпроводники.
- Граничные условия для тангенциальных составляющих векторов электромагнитного поля. Идеальные граничные условия. Импедансные граничные условия (граничные условия Леонтовича-Щукина).
- Уравнение Максвелла для гармонических электромагнитных полей. Электрическая и магнитная проницаемости, тангенс угла потерь.
- Волновой характер процесса распространения электромагнитного поля. Объяснение физического смысла этого процесса. Баланс мощности электромагнитного поля
- Однородные волновые уравнения и их решение. Плоские волны. Вектор Пойнтинга и ориентация векторов поля в плоской волне.
- Фазовая и групповая скорости электромагнитной волны. Физический смысл волнового числа при решении волновых уравнений.
- Теоремы взаимности, эквивалентности и двойственности в электродинамике.
- Решение однородных волновых уравнений в неограниченной среде с электрическими и магнитными потерями. Физический смысл действительной и мнимой частей волнового числа.
- Особенности распространения электромагнитных радиоволн в гиротропной среде и эффект Фарадея.
- Отражение и преломление плоских волн на границе раздела. Законы Снеллиуса и формулы Френеля. Угол Брюстера. Обобщенные формулы Френеля для плоской границы двух анизотропных сред.
- Наклонное падение плоской волны на плоскую границу поглощающей среды. Поверхностный эффект.
- Типы элементарных излучателей. Диполь Герца. Выражения для составляющих электромагнитного поля диполя на различных расстояниях от диполя. Зоны Фраунгофера и Френеля.
- Основные параметры элементарных излучателей. Элементарный магнитный излучатель. Апертурные антенны. Принцип Гюйгенса. Формула Кирхгофа.
- Различие полей в разных зонах излучения. Сопротивление излучения элементарных электрических и магнитных диполей.
- Дифракция электромагнитных волн. Задачи дифракции как разновидность граничных задач. Строгие и приближенные методы решения задач дифракции.
Раздел 2. Электромагнитные волны в линиях передачи
и устройства СВЧ
- Направляемые электромагнитные волны. Понятие о линиях передачи. Типы регулярных линий передачи. Классификация направляемых волн: волны Т, Е, Н. Гибридные волны, квази-Т волна.
- Решение уравнений Гельмгольца для направляемых волн. Связь поперечных составляющих векторов поля с продольными. Постоянная распространения, критическая частота (критическая длина волны), длина волны в линии передачи, фазовая скорость, характеристическое сопротивление.
- Общие свойства волн типа Т, Е, и Н. Скорость распространения энергии. Дисперсия. Понятие об одноволновом и многоволновом режимах работы. Мощность, переносимая электромагнитной волной в линии передачи. Затухание волн в регулярных линиях.
- Линии передачи с Т-волной. Электромагнитное поле в двухпроводной, многопроводной, коаксиальной линии. Электромагнитные волны в полосковой и микрополосковой линии.
- Электромагнитные волны в полых металлических волноводах. Прямоугольный, круглый, эллиптический волновод.
- Линии передачи поверхностной волны. Диэлектрический волновод круглого сечения. Типы волн в диэлектрическом волноводе. Структура поля. Основная волна в диэлектрическом волноводе. Область применения.
- Волоконные световоды. Одноволновые и многоволновые волокна. Градиентные волокна. Типы дисперсий в волоконном световоде.
- Волновые процессы в нерегулярных линиях передачи. Понятие падающей и отраженной волн. Понятие о длинной линии, эквивалентной произвольной линии передачи в одноволновом режиме работы. Волновое сопротивление линий передачи с волнами типа Е и Н. Процессы в линиях передачи конечной длины. Коэффициент отражения, коэффициент бегущей (стоячей) волны. Входное сопротивление нагруженной линии.
- Условие согласования линии с нагрузкой. Эквивалентное сопротивление линии передачи в произвольном поперечном сечении. Пересчет эквивалентного сопротивления из одного сечения в другое. Влияние отражения от нагрузки на КПД линии передачи.
- Классификация и электрические параметры СВЧ резонаторов. Связь резонаторов с нагрузкой, их настройка. Теория и устройство возбуждения открытых и закрытых резонаторов.
- Направленные ответвители, принцип действия и их параметры. Делители (сумматоры) мощности.
- Поперечный и продольный ферромагнитный резонанс. Вентиль на прямоугольном волноводе. Y- циркулятор на волноводных тройниках.
- Основы матричной теории устройств СВЧ. Виды матриц, физический смысл их элементов. Свойства матриц рассеяния реактивных многополюсников. Методы анализа и синтеза устройств СВЧ. Принцип декомпозиции и рекомпозиции.
- СВЧ фильтры. Типы частотных характеристик. Низкочастотные прототипы. Реализация многозвенных фильтров на СВЧ.
- Управляющие устройства СВЧ. Фазовращатели, коммутаторы, аттенюаторы, поляризаторы
- Элементы антенно-фидерных трактов. Возбуждающие устройства, разъемы и фланцы, поршни, повороты и изгибы, вращающиеся сочленения, поляризационные фильтры, диафрагмы и штыри, волноводные стыки.
Раздел 3. Антенны
- Назначение и классификация антенн. Основные электрические параметры передающих антенн. КНД, КПД и коэффициент усиления. Параметры диаграммы направленности. Поляризационные характеристики антенны.
- Математическое описание вибраторных антенн. Вибраторные антенны. Виды интегральных уравнений для тока вибраторной антенны. Диаграмма направленности и входное сопротивление антенны. Щелевые антенны. Связанные вибраторы.
- Линейные антенные решетки. Математическое описание вибраторных и антенных решеток. Режимы излучения решетки. Влияние амплитудно-фазового распределения на направленные свойства решетки.
- Задачи анализа и синтеза для линейной антенны. Интегральное уравнение и корректность задач амплитудного и фазового синтеза. Оптимальный выбор диаграмм направленности. Приближенные методы решения задач синтеза антенн.
- Основные параметры антенн в режиме приёма. Связь с параметрами антенн в режиме передачи. Условие выделения максимальной мощности в нагрузке антенны.
- Излучение возбужденных поверхностей. Рупорные антенны. Линзовые и зеркальные антенны. КИП антенны.
- Простые вибраторные УКВ антенны. Симметрирующие устройства. Щелевые резонаторные антенны. Активные вибраторные антенны.
- Антенны с вращающейся поляризацией. Турникетные антенны. Спиральные антенны.
- Сложные вибраторные и щелевые антенны УКВ. Синфазные вибраторные АР. Директорные антенны. Логопериодические антенны. Многощелевые волноводные антенны. Печатные антенны.
- Антенны поверхностных волн. Диэлектрические и ребристо-стержневые антенны. Плоские антенны поверхностных волн.
- .Фазированные антенные решётки. Взаимное влияние элементов. Требования, предъявляемые к излучателю решётки. Способы фазирования. Диаграммо-образующие схемы решёток. Адаптивные антенные решетки.
- Особенности антенн различных систем. Передающие и приемные радиовещательные антенны.
- Особенности антенн различных систем. Передающие и приемные телевизионные антенны.
- Антенны систем спутниковой связи. Антенны земных станций. Бортовые антенны с многолучевой и контурной диаграммой направленности.
- Антенны систем подвижной радиосвязи. Антенны базовых станций. Антенны мобильных терминалов.
- Связные антенны систем фиксированной связи. Антенны радиорелейных линий связи. Антенны систем радиодоступа.
- Вопросы электромагнитной совместимости в антенно-фидерной технике. Методы оценки взаимного влияния близкорасположенных антенн. Способы повышения помехозащищенности и развязок антенн.
Литература:
- Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М:Радио и Связь, 2000.-536 с.
- Пименов Ю.В. Линейная макроскопическая электродинамика. Вводный курс для радиофизиков и инженеров. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008. -536 с.
- Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиовон. – М.: Наука, 1989. -544 с.
- Петров Б. М. Электродинамика и распространение радиоволн: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия–Телеком, 2003. -558 с.
- Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. –М: Горячая линия Телеком, 2004, –491с.
- Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.Н., Пономорев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. – М: Радиотехника 2008, –384с.
- Антенны, СВЧ-устройства и их технологии: учеб. пособие / Под общ. ред. Ю.Б. Нечаева, В.И. Николаева – Воронеж, ОАО Концерн «Созвездие», 2008. – 629 с.
- Фролов О.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи М.: Горячая линия Телеком, 2008. -496 с.
- Фролов О.П. Антенны и фидерные тракты для радиорелейных линий связи. М.: Радио и связь, 2001. -416 с.
- Устройства СВЧ и антенны. Проектирование ФАР под ред. проф. Воскресенского Д.И. – М.: Радиотехника, 2003, - 625с.
- Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ.-М.: Высш.шк.1988.- 432 с.
- Чебышев В.В. Вычислительная электродинамика для полосковых структур в слоистых средах – М. ЗАО “ПТСМ” 2013. – 128 с.
- Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ, ч.1 и 2. –М.: Связь, 1977.
- Ямпольский. В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. М.: Радио и связь, 1983, -272 с.