НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И ФИЗИКИ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан факультета
«___»___________200 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Микроволновая схемотехника»
ООП – 210105 – электронные приборы и устройства (инженерная подготовка)
Факультет – РЭФ
Кафедра электронных приборов
Курс – 5, семестр – 9
РГЗ – 9 семестр
Индивидуальная работа с преподавателем – 6 часов
Самостоятельная работа – 62 часа
Зачет – 9 семестр
Всего часов - 68
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 210100 (Электроника и микроэлектроника) и специальности 210105 (Электронные приборы и устройства).
Регистрационный номер ГОС - № 000, утвержден 18.01.2006
Дисциплина является специальной дисциплиной, выбираемой студентом для самостоятельного изучения, и относится к региональному (вузовскому) компоненту учебного плана. Шифр в учебном плане – СД. Р.12
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры ЭП 1 декабря 2006 г.
Программу составил: доц. каф. ЭП, ктн, доц. ,
Заведующий кафедрой ЭП дтн, профессор
Ответственный за основную
образовательную программу дтн, профессор К.
1. Внешние требования
Общие требования соответствуют квалификационной характеристике выпускника и требованиям к его профессиональной подготовленности, изложенным в разделах 1.4 и 7.1 ГОС.
Выпускник по специальности «Электронные приборы и устройства» должен знать:
- основные научно-технические проблемы и перспективы развития электроники, ее взаимосвязь со смежными областями;
- элементную базу электронной техники, основные виды используемых приборов, их функциональные возможности и особенности применения;
- физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципов действия приборов и устройств электроники;
уметь применять:
- методы исследования и проектирования электронных приборов и устройств;
- методы измерений, сертификации, стандартных испытаний и технического контроля для оценки качества продукции.
2. Особенности и цели изучения дисциплины
Дисциплина входит в число специальных дисциплин «по выбору», изучаемых студентами самостоятельно. Предполагается, что ее выбирают студенты, намеренные специализироваться в области микроволновой техники и СВЧ электроники, в частности, выполнить дипломный проект по данному направлению. Дисциплина опирается на предшествующие курсы ТОЭ, электродинамики и микроволновой техники, микроволновых приборов и устройств. Ядром дисциплины является теория микроволновых цепей, методы анализа и синтеза устройств СВЧ, рассматриваемых как многополюсники, составленные из типовых базовых элементов.
Но-мер цели | Содержание цели |
Студент будет иметь представление: | |
1 | о методах анализа и синтеза линейных микроволновых цепей |
2 | о математическом моделировании элементов и устройств СВЧ |
3 | о конструктивной реализации микроволновых устройств |
Студент будет знать: | |
4 | конструктивные особенности, параметры и характеристики различных типов линий передачи и базовых элементов на их основе |
5 | матричное описание многополюсников классическими и волновыми матрицами |
6 | анализ соединений многополюсников при помощи ориентированных графов |
7 | схемы и конструкции направленных ответвителей, мостовых устройств, систем деления и сложения мощности |
8 | схемы и конструкции частотных фильтров и согласующих цепей микроволнового диапазона |
9 | конструктивные особенности, параметры, характеристики управляющих устройств – коммутаторов, фазовращателей, аттенюаторов, невзаимных управляющих устройств |
Студент будет уметь: | |
10 | производить расчет параметров и характеристик базовых элементов микроволновых цепей и их соединений, образующих типовые устройства согласования, фильтрации, деления и сложения мощности |
3. Содержание дисциплины
1. Линии передачи.
Типы линий, параметры. Эквивалентная длинная линия, режимы работы, нормированные напряжения и токи, коэффициент отражения, трансформация сопротивлений. (Цели 3,4)
2. Многополюсники СВЧ.
Определение двух-, четырех-, 2n-полюсника. Матричное описание многополюсника, матрица рассеяния. Свойствыа матрицы рассеяния в случае взаимных, невзаимных, реактивных многополюсников, многополюсников с потерями. Нормированная и ненормирорванная матрица рассеяния.
Классическая матрица передачи четырехполюсника, нормировка матрицы передачи, переход к матрице рассеяния.
Матрицы Z и Y многополюсника, нормировка, переход к матрице рассеяния.
Волновые матрицы передачи Т многополюсников, имеющих равное число входов и выходов. (Цели 1, 2, 5)
3. Базовые элементы микроволновых цепей – четырехполюсники.
Отрезок линии передачи, продольное сопротивление, поперечная проводимость, скачок волнового сопротивления, идеальный трансформатор, невзаимный фазовращатель – матрицы рассеяния и классические матрицы передачи. (Цели 2, 3, 4, 5)
4. Базовые элементы микроволновых цепей – восьмиполюсники и шестиполюсники.
Направленные восьмиполюсники – направленные ответвители и мосты, свойства матрицы рассеяния, развязка и согласование.
Типы направленных ответвителей и мостов. Квадратурные направленные ответвители и мосты на связанных линиях и шлейфные мосты, синфазно-противофазные кольцевые мосты. Шестиполюсные делители и сумматоры мощности. (Цели 3, 7)
5. Анализ соединений многополюсников матричными методами и при помощи ориентированных графов
Метод декомпозиции. Каскадные соединения многополюсников, использование классических и волновых матриц передачи. Анализ симметричных восьмиполюсников и шестиполюсников методом симметричных составляющих. Последовательные и параллельные соединения многополюсников. (Цели 1, 2, 5)
Узловые сигналы, передачи путей и замкнутых контуров графа, контуры первого и высших порядков. Связь графа и матрицы рассеяния. Графы базовых элементов. Составление графа соединения многополюсников. Решение графа по правилу некасающегося контура. Решение типовых задач анализа цепей при помощи графов, получение элементов матрицы рассеяния соединения многополюсников в аналитическом виде. (Цели 1, 2, 6)
Разбиение матриц рассеяния многополюсников на блоки при анализе их соединения, матрица рассеяния соединения двух многополюсников, выраженная через блочные матрицы. (Цель 1, 2, 5)
5. Системы распределения и сложения мощности.
Бинарные схемы делителей и сумматоров из квадратурных мостов. Балансные усилители и многоканальные системы сложения мощности. Возможность работать с несогласованными входами усилительных блоков. Цепочечные схемы делителей-сумматоров. Системы сложения мощности на синфазно-противофазных мостах. (Цель 7)
6. Фильтры и цепи согласования и коррекции.
ФНЧ-прототипы фильтров с оптимальными частотными характеристиками. Замена частотной переменной при переходе к полосовым, режекторным фильтрам и ФВЧ. Фильтры на отрезках линий передачи. Четвертьволновый отрезок как инвертор сопротивления, фильтры с четвертьволновыми и непосредственными связями резонаторов.
Согласование комплексной нагрузки на фиксированной частоте. Широкополосное согласование – ступенчатые переходы, широкополосное согласование простых комплексных нагрузок. Согласующие и корректирующие цепи транзисторных усилителей. (Цель 8)
7. Управляющие устройства СВЧ.
Диодные коммутаторы, газоразрядные антенные переключатели. Аттенюаторы на p-I-n –диодах. Отражательные и проходные диодные фазовращатели. Ферритовые фазовращатели и вентили. Восьми - и шестиполюсные ферритовые циркуляторы. (Цель 9)
8. Конструирование устройств СВЧ на микрополосковых линиях. (Цель 3)
4. Учебная деятельность обучающегося
Самостоятельное изучение дисциплины предусматривает работу с рекомендованной литературой, консультации с преподавателем, выполнение индивидуальных заданиий расчетного и аналитического характера. Обязательными для изучения являются разделы 1-5 вышеизложенного содержания дисциплины, некоторые из последующих разделов могут быть проработаны на уровне ознакомления с темой, некоторые более детально, возможна и проработка вопросов, не включенных в настоящую программу – содержание дополнительной части курса определяется темой дипломного проекта и согласовывается с преподавателем.
Индивидуальное задание включает в себя решение трех-четырех задач из [9], а так же выполнение расчета, аналитического исследования, связанного с темой дипломного проекта.
Зачет по дисциплине ставится по результатам собеседований со студентом, которые проводятся в течение семестра по каждому из обязательных и дополнительному разделам программы.
5. Примеры расчетно-графических заданий
1. К входам 1 и 3 гибридного кольца подключены генераторы с эквивалентными эдс Е1 и Е2 и внутренними сопротивлениями R. Определить комплексные напряжения на согласованных выходах 2 и 4 при: а) Е1=Е2, б) Е1=-Е2.
2. Построить граф балансного усилителя с мостами на связанных линиях. Нагрузочное сопротивление, внутреннее сопротивление источника сигнала и балластные сопротивления равны: Rн = Rг = Rб = R. Выходное сопротивление каждого усилителя чисто реактивное: Zвых = jXвых, входное сопротивление: а) Zвх = R, б) Zвх=jXвх. Построить граф, определить комплексные коэффициенты передачи от источника сигнала к нагрузке и к балластным резисторам, входной коэффициент отражения. Записать полученные выражения для центральной частоты мостов.
Рекомендуемая литература.Основная литература
1. и др. Техническая электродинамика. – М.: Радио и связь, 2000.
Дополнительная литература
2. , , Мишустин СВЧ. Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1981, .
3. Альтман Дж. Устройства СВЧ. Перевод с англ. – М.: Мир, 1968.
4. , СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Перевод с англ. – М.: Связь, Т. 1, 1971, Т. 2, 1972.
5. СВЧ полупроводниковые радиопередатчики. – М.: Радио и связь, 1981.
6. , Явич четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. – М.: Связь, 1974.
7. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование. Перевод с англ. – М.: Радио и связь, 1990.
8. , Явич и расчет СВЧ элементов нам полосковых линиях. – М.: Советское радио, 1972.
9. Васильев ориентированных графов при анализе устройств СВЧ. - Новосибирск. Изд. НЭТИ, 1984.
10. Микроэлектронные устройства СВЧ. Уч. пособие для радиотехн. спец. вузов. и др. Под ред. – М.: Высшая школа, 1988.
11. Машинное проектирование СВЧ устройств. Перевод с англ. – М.: Радио и связь, 1987.
