МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)  ___________________________________________________________________________________________________________

Направление специалитета: 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы

Специализации подготовки: 1. Радионавигационные системы и комплексы

Квалификация (степень) выпускника: специалист

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СИНТЕЗАТОРЫ ЧАСТОТ"

Цикл:

профессиональный

Часть цикла:

Вариативная, по выбору

№ дисциплины по учебному плану: 

ИРЭ;  С.3.2.13

Часов (всего) по учебному плану:

144

Трудоемкость в зачетных единицах:

4

8 семестр – 4

Лекции

30 час

8 семестр

Практические занятия

15 час

8 семестр

Лабораторные работы

Не предусмотрены

-

Расчетные задания, рефераты

Расчётные задания не предусмотрены, подготовка и презентация реферата - добровольная

8 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

99 час

Зачёт

-

8 семестр

Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрены

-

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение структурных схем, параметров и методов расчёта синтезаторов стабильных частот для последующего использования при их проектировании.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

· учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

· владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик радиотехнических цепей (ПК-4);

· собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике профессиональной деятельности, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

· проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектов радиотехнических устройств и систем (ПК-8);

· разрабатывать структурные и функциональные схемы радиоэлектронныхсистем и комплексов, а также принципиальные схемы радиоэлектронных устройств (ПК-9);

· работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);

· проводить анализ и синтез радиолокационных систем с высокой разрешающей способностью (ПСК-1.1);

·  оптимизировать структуру радиолокационных систем в соответствии с выбранными или заданными критериями качества (ПСК-1.3);

· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике создания устройств стабилизации частот и формирования стабильных сигналов

· решать задачи распознавания радиолокационных объектов (ПСК-1.4).

· осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей и узлов в устройствах стабилизации частоты;

· проводить моделирование радиолокационных систем и устройств (ПСК-1.5)

· разрабатывать структурные и функциональные схемы мобильных, широкополосных и спутниковых систем передачи информации (ПСК-2.1)

· проводить анализ тактико-технических показателей аппаратуры радионавигационных систем и комплексов (ПСК-4.2)

Задачами дисциплины являются:

· познакомить обучающихся с основными техническими решениями при создании устройств стабилизации частот и формирования сигналов со стабильными параметрами в радиочастотном и СВЧ диапазонах при разнообразных дополнительных требованиях к параметрам окружающей среды и к уровню погрешностей технической реализации;

· дать информацию об элементной базе микроэлектроники и нанотехнологий, на основе которых создаются устройства стабилизации частоты и формирования сигналов со стабильными параметрами.

· научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующей разработке устройств стабилизации частоты и формирования сигналов со стабильными параметрами.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла С.3 основной образовательной программы подготовки специалистов по специализациям «Радиоэлектронные системы передачи информации» и «Радионавигационные системы и комплексы» направления 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Электродинамика и распространение радиоволн», «Электроника», «Радиоматериалы и радиокомпоненты», «Формирование радиосигналов», «Основы приема и обработки сигналов», «Сетевые информационные технологии».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы для изучения курсов вариативной части подготовки специалиста и при выполнении выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

· основные источники научно-технической информации по устройствам стабилизации частот и формирования сигналов со стабильными параметрами (ОК-12);

· технологию изготовления основных элементов устройств стабилизации частоты  (ПК-13);

· основы теории функционирования радиотехнических систем передачи информации (ПК-8);

· принципы функционирования устройств СВЧ и антенн, аналитические и численные методы их расчёта (ПК-10);

· источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по технологии создания и расчёта устройств стабилизации частоты (ПК-6).

Уметь:

· самостоятельно разбираться в нормативных методиках расчета устройств стабилизации частоты и применять их для решения поставленной задачи (ПК-9);

· использовать программы расчеты параметров и характеристик устройств стабилизации частоты (ПК-20);

· осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые компоненты для создания устройств стабилизации частоты и формирования сигналов со стабильными параметрами (ПК-11);

· выбирать материалы и компоненты для создания устройств стабилизации частоты в зависимости от условий работы (ПК14);

Владеть:

· навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-1);

· терминологией в области микроэлектронных устройств формирования стабильных частот и сигналов (ПК-3);

· навыками поиска информации о параметрах и характеристиках компонентной базы микроэлектроники (ПК-3, ПК-5);

· информацией о технических параметрах компонентов устройств стабилизации частоты (ПК-6);

· навыками применения полученной информации при расчёте устройств синтеза частот и сигналов (ПК-13).

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и  
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Характеристики сигналов с чистым спектром

11

8

2

1

-

8

2

Структурные схемы синтезаторов частот и их компонентная база

19

8

2

1

-

16

3

Цифровые вычислительные синтезаторы частот

22

8

4

2

-

16

4

Формирование модулированных сигналов в цифровых вычислительных синтезаторах

22

8

4

2

-

16

Контрольная работа по ЦВС

5

Синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты (СЧ ФАПЧ)

23

8

6

3

-

14

6

Быстродействие, погрешность установки частоты и уровень шума в СЧ ФАПЧ

22

8

6

3

-

13

Контрольная работа по СЧ ФАПЧ

7

Формирование сигналов с модуляцией частоты

10

8

2

2

-

6

8

Синтезаторы сигналов произвольной формы

7

8

2

1

-

4

Зачет

8

8

2

--

-

6

Письменный зачёт

Итого:

144

30

15

-

99

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Характеристики сигналов с чистым спектром

Параметры сигналов: средняя частота и мощность, занимаемая полоса частот, относительная широкополосность, спектр мощности, спектр фазового шума вблизи несущей, форма колебания, оценка кратковременной и долговременной нестабильности частоты, временная и спектральная формы представления модулированных сигналов.

2. Структурные схемы синтезаторов частот и их компонентная база

Прямой и косвенный синтез частот. Противоречие между погрешностью установки и управляемостью частоты. Структурная схема прямого цифрового вычислительного синтезатора стабильных частот и синтезатора сетки частот с системой фазовой и частотно-фазовой автоподстройкой частоты. Показатели качества синтезатора частот.

Обзор параметров и характеристик электронных компонентов для построения синтезаторов: источников опорных колебаний, умножителей и делителей частоты, частотных фильтров, подстраиваемых генераторов, фазовых и частотно-фазовых дискриминаторов, усилителей постоянного тока.

3. Цифровые вычислительные синтезаторы частот

Основные соотношения. Выбор параметров накопителя кода фазы, преобразователя кодов, цифро-аналогового преобразователя, выходного частотного фильтра. Способы снижения уровня сосредоточенных по частоте и шумовых погрешностей выходного сигнала, снижения уровня амплитудной модуляции при широкой полосе синтезируемых частот. Многоуровневые и двухуровневые синтезаторы частот.

4. Формирование модулированных сигналов в цифровых вычислительных синтезаторах

Формирование сигналов с двухуровневой и многоуровневой манипуляцией фазы, сигналов с кодовой модуляцией амплитуды и фазы. Выбор параметров накопителя кода частоты при формировании сигналов с манипуляцией частоты и со сглаженной манипуляцией фазы. Способы повышения рабочей частоты и девиации частоты в прямых цифровых синтезаторах.

5. Синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты (СЧ ФАПЧ)

Основные соотношения. Выбор фазового или частотно-фазового дискриминатора фазы. Обеспечение устойчивости системы авторегулирования. Фильтрация внутренних и внешних помех. Выбор структуры и расчёт параметров цепи обратной связи.

6. Быстродействие, погрешность установки частоты и уровень шума в СЧ ФАПЧ

Противоречие между требованиями быстродействия и погрешности установки частоты в СЧ ФАПЧ. Нахождение оптимальных коэффициентов деления частоты с помощью алгоритма Эвклида. Использование целочисленных или дробно-переменных делителей частоты, сигма-дельта модуляторов в цепи обратной связи синтезатора.

Формирование модулированных по частоте или фазе сигналов с синтезированной несущей частотой. Способы снижения уровня дискретных составляющих спектра и фазового шума вблизи несущей в СЧ ФАПЧ. Комбинированные синтезаторы с ЦВС и ФАПЧ. Многоконтурные СЧ ФАПЧ.

7. Формирование сигналов с модуляцией частоты

Одновременный синтез средней частоты и скорости частотной модуляции. Схемы и параметры дискриминаторов погрешностей при частотной модуляции. Принцип фазовой дискретизации при формировании сигналов с  модуляцией частоты по полиномиальному закону. Синтезатор сигнала с произвольным законом частотной модуляции.

8. Синтезаторы сигналов произвольной формы

Синтезаторы сигналов с произвольной формой несущего колебания на основе сплайнов нулевого, первого и более высокого порядка. Синтез динамической системы, генерирующей сигналы сложной формы. Синтезаторы сигналов на основе разложений по функциям Уолша.

4.2.2. Практические занятия

Выбор параметров цифровых и аналоговых узлов ЦВС

Структурные схемы ЦВС сигналов с модуляцией амплитуды, фазы и частоты

Расчёт параметров цепи обратной связи СЧ ФАПЧ

Алгоритм Эвклида при выборе частоты сравнения в СЧ ФАПЧ

Расчёт зависимости уровня фазового шума вблизи несущей в СЧ ФАПЧ

Комбинированные синтезаторы с ЦВС и ФАПЧ

Синтезаторы сигналов с частотной модуляцией 

4.3. Лабораторные работы: Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания: Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы: Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов.

Практические занятия включают самостоятельные расчёты параметров синтезаторов частот, просмотр и обсуждение мультимедийных презентаций демонстрационных лабораторных работ и серийных моделей синтезаторов частот.

Самостоятельная работа включает подготовку к контрольным работам, добровольное оформление реферата и подготовку его презентации к защите, подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы, добровольная презентация реферата.

Аттестация по дисциплине – дифференцируемый зачет.

Оценка за освоение дисциплины по шкале 5, 4 или 3, определяется по письменному зачёту при условии сдачи контрольных работ на положительные оценки. Если представлен и защищён на практическом занятии добровольный реферат, то при двух оценках 5 по контрольным работам зачёт с оценкой 5 выставляется автоматически, при оценках 5 и 4 по контрольным работам оценка по письменному зачёту увеличивается на 1 балл. При получении оценки «неудовлетворительно» или пропуске любой из контрольных работ или по письменному зачёту после окончания учебных занятий 8 семестра повторно выполняется контрольная работа и затем проводится устный зачёт.

В приложение к диплому вносится оценка за 8 семестр.

 

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Белов стабильных частот и сигналов. – М.: Изд. Центр «Академия»,  2005.

2. Белов формирования СВЧ-сигналов и их компоненты. –М., Изд. Дом МЭИ, 2010.

б) дополнительная литература:

1. Синтезаторы частот / , и др. –М., Горячая линия – Телеком. 2007.

2.  и др. Формирование прецизионных частот и сигналов. Нижн. Новгород, 2003.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www. ; www.

б) другие: ЭОР «Синтезаторы частот», МЭИ, ФКС

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для презентаций лекций и  демонстрационных лабораторных работ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки специалиста 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы» для специализаций: «Радиоэлектронные системы передачи информации» и «Радионавигационные системы и комплексы»

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., профессор 

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ

к. т.н. доцент 

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Формирования колебаний и сигналов

д. т.н. проф.