МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
БАЛТИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И. КАНТА
ИНСТИТУТ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
«Согласовано» Директор Института физико-математических наук и информационных технологий ______________ «_15_»____05______ 2017 г. |
Программа вступительных испытаний
Направление подготовки: 03.04.03 «Радиофизика»
Квалификация (степень) выпускника: Магистр
Калининград
2017
Лист согласования
Составители: д. ф.-м. н., профессор ; к. ф.-м. н., доцент института физико-математических наук и информационных технологий , к. ф.-м. н., доцент кафедры радиофизики и информационной безопасности , ст. преп. института физико-математических наук и информационных технологий .
Программа одобрена методическим советом института
Протокол №__3__от «_15_»_____05_________ 2017 г.
Председатель методического совета _____________
Ведущий менеджер ООП ___________________
Пояснительная записка
Программа вступительных испытаний составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки магистров 03.04.03 «Радиофизика».
Специализированные магистерские программы данного направления подготовки адресованы в первую очередь выпускникам бакалавриата направления подготовки 03.03.03 «Радиофизика», испытывающим потребность в профессиональном совершенствовании и повышении квалификации. В то же время по данной программе могут успешно обучаться выпускники других направлений подготовки, ориентированные на получение физико-математического образования, получения опыта работы на новейшем научном оборудовании в: Лаборатории магнитно-резонансных методов исследования вещества, Лаборатории новых магнитных материалов, Лаборатории когерентно-оптических измерительных систем, НОЦ «Функциональные наноматериалы», НОЦ «Лазерные нанотехнологии и информационная биофизика».
Цель вступительных испытаний – определить готовность и возможность поступающего освоить магистерскую программу по указанному направлению подготовки: выявить степень сформированности системных знаний о тенденциях развития радиофизики, уровень понимания специфики проектной, проектно-конструкторской и научно-исследовательской деятельности в области радиофизики, степень сформированности аналитических, коммуникативных и творческих навыков, необходимых для практической деятельности и научно-исследовательской работы.
Задачи вступительных испытаний:
- выявить уровень знаний экзаменуемого о тенденциях развития радиофизики; определить склонности экзаменуемого к проектной и научно-исследовательской деятельности; определить готовность и способность экзаменуемого к аналитической, коммуникативной и творческой деятельности в области радиофизики.
Структура и формы проведения вступительных испытаний.
Вступительные испытания состоят из 2-х экзаменов.
Первый – экзамен по иностранному языку – проводится в форме тестирования, ориентированного на уровень А2 – В1. Вступительное испытание по иностранному языку оценивается по системе «зачтено», проводится централизовано по всем направлениям подготовки. Минимальный балл, соответствующий оценке «зачтено» – 50.
Второй – экзамен по направлению подготовки – проводится в письменной форме по билетам, включающим 2 вопроса. Максимальный балл за ответ на оба вопроса – 100. Минимальный балл, соответствующий положительной оценке – 55. На подготовку ответа отводится 60 – 70 минут.
При ответе на вопросы поступающий должен продемонстрировать:
Правильность содержания, корректность формулировок. Полнота содержания, наличие математических выкладок, графиков, схем, поясняющих суть явлений или принципы функционирования устройств. Техническая грамотность. Аргументированность. Логичность и последовательность.Максимальный балл за ответ на один вопрос – 50. Максимальный балл за ответ на два вопроса – 100. Развёрнутые критерии оценивания письменного ответа представлены в таблице 1.
На экзаменах запрещается использование технических устройств и печатных материалов. В противном случае поступающий удаляется с экзамена, и ему выставляется 0 баллов.
Вопросы к экзамену по направлению подготовки
Система уравнений Максвелла для напряженности электрического и индукции магнитного полей в вакууме. Уравнения Максвелла. Граничные условия. Материальные уравнения. Энергетические соотношения. Выражения для напряженности электрического и индукции магнитного полей посредством скалярного и векторного потенциалов. Калибровочная инвариантность. Электромагнитное поле. Физический смысл и содержание уравнений Максвелла. Волновое уравнение. Свойства электромагнитной волны. Энергия поля электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойтинга. Волновое уравнение для электромагнитного поля в вакууме. Плоские монохроматические волны и их свойства. Закон Брюстера. Фазовые соотношения на границе двух сред. Состояния поляризации плоской гармонической волны. Эллиптическая, круговая, линейная поляризации. Законы отражения и преломления электромагнитных волн. Влияние вида поляризации на амплитуду и фазу отраженной и преломленной волн. Нелинейная поляризация среды. Нелинейно-оптические явления (генерация гармоник, сложение и вычитание частот, самофокусировка, вынужденные рассеяния). Принцип перестановочной двойственности. Понятие магнитного тока и магнитного диполя. Принцип поляризационной двойственности. Интерференция света: основные соотношения и характеристики интерференционного поля. Типы интерференционных полос. Интерференция электромагнитных волн. Применение интерференции в оптических системах. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зонная пластинка; Дифракция электромагнитных волн (приближения Гюйгенса-Френеля и Фраунгофера). Отражение и преломление электромагнитной волны на границе двух диэлектриков. Формулы Френеля. Электромагнитные поверхностные волны. Рэлеевское и комбинационное рассеяние света. Упругое рассеяние света. Уравнение Рэлея. Классическое объяснение комбинационного рассеяния света. Тензор поляризуемости. Дисперсия света. Частотная и пространственная дисперсия. Электронная теория частотной дисперсии. Люминесцентная спектрофотометрия. Типы люминесценции. Происхождение флуоресценции и фосфоресценции. Релаксационные каналы возбужденного состояния. Стоксова и антистоксова люминесценция. Закон Стокса. Общий вид частотной зависимости показателя преломления. Область прозрачности и области фундаментального поглощения, их взаимное расположение. Нормальная и аномальная дисперсия. Оптические спектральные приборы (призменные, дифракционные, интерференционные) и их использование. Основные параметры приемников оптического излучения. Принцип действия приемников оптического излучения на внутреннем фотоэффекте. Поглощение света и передача энергии в металлах и полупроводниках (качественная схема). Закон Бугера-Ламберта применительно к металлам и полупроводникам. Условие существования конденсированной системы. Энергия тепловых коле-баний атомов в кристалле. Силы взаимодействия между атомами. Оптические спектры атомов и молекул. Виды оптических переходов в атомах и молекулах. Спонтанное и вынужденное излучение. Условие усиления оптического излучения в веществе. Показатель усиления. Естественная ширина спектральной линии; однородное и неоднородное уширение линии; процессы и факторы, приводящие к однородному и неоднородному уширению. Классификация лазеров. Твердотельные лазеры; их особенность, способы накачки. Принципы усиления и генерации оптического излучения. Среды с инверсной заселенностью. Условие генерации лазера. Связь коэффициента усиления и показателя усиления активной среды в линейном режиме усиления. Явление насыщения усиления. Способы создания инверсии населенностей уровней в активной среде. Трех и четырехуровневые схемы работы лазеров. Оптический резонатор лазера; классификация резонаторов; моды оптического резонатора; диаграмма устойчивости оптического резонатора. Газовые лазеры; их классификация; особенности. Полупроводниковые лазеры; их классификация. Особенности инжекционных полупроводниковых лазеров. Основной оптический процесс, лежащий в основе принципа действия полупроводниковых лазеров. Временные режимы работы лазеров; особенности этих режимов. Основные достоинства лазерного излучения и его возможности. Степень монохроматичности, время когерентности и длина когерентности лазерного излучения. Угловая расходимость лазерного излучения, определяющие ее факторы. Энергия связи. Синтез и деление ядер. Модели атомных ядер. Взаимодействия элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия. Волновая функция и её статистический смысл. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Стационарные состояния свободной частицы и частицы в потенциальной яме. Туннельный эффект, надбарьерное отражение. Тождественные квантовые частицы. Принцип Паули, его точная и приближенная формулировки. Понятие о системе связи, линии радиосвязи (радиолинии) и трассе (тракте) распространения радиоволн. Разновидности радиолиний. Спектр радиоимпульса, последовательности радиоимпульсов. Отношение сигнал/шум в максимуме спектра радиоимпульса. Принцип действия, схема включения, основные параметры и характеристики полупроводниковых излучающих диодов. Интерференционная структура поля земной волны в «освещенной» зоне. Формула Введенского. Задача оценки параметров сигнала и ее решение. Оптимальный приемник, дисперсия Рао-Крамера. Приближенные граничные условия Леонтовича. Скин-эффект. Постановка внешней и внутренней задач электродинамики. Теоремы единственности их решения. Принцип излучения. Принцип предельной амплитуды. Уравнения поля и энергетические соотношения для монохроматических процессов. Комплексная теорема Умова-Пойнтинга. Рефракция коротких и ультракоротких радиоволн в атмосфере. Расчет лучевых траекторий и их радиуса кривизны для сферически слоистой модели атмосферы. Поле излучения электрических токов в ближней, промежуточной и дальней зоне. Структура поля и мощность излучения в дальней зоне. Поле излучения и диаграмма направленности симметричного вибратора. Влияние экрана на поле излучения вибратора. Оптимальная оценка амплитуды, частоты, фазы и времени приема радиоимпульса. Дисперсии оценок параметров радиоимпульсов. Понятие об области пространства, существенной для распространения волн. Зоны Френеля. Оценка формы и размеров существенной области. Потенциалы электромагнитного поля. Уравнение Гельмгольца и его решение методом функций Грина для свободного пространства. Корреляционный анализ сигналов. Отношение сигнал/шум в максимуме корреляционной функции. Формулы идеальной радиопередачи. Понятие о множителе ослабления. Основные положения теории оптимального приема. Функция потерь, средний риск, апостериорный риск, функция риска. Функция правдоподобия. Задача различения сигналов и ее решение. Различение сигналов при амплитудной, частотной и фазовой модуляции. Решение задачи разрешения подобных сигналов методом максимального правдоподобия. Оценка дисперсии параметров сигналов. Постановка задачи о дифракции радиоволн вдоль земной поверхности. Дифракционная формула Фока. Закономерности формирования поля земной волны в зонах «тени» и «полутени». Расчет поля земной волны в «освещенной» зоне на основе отражательной трактовки влияния Земли для высоко поднятых антенн. Основные принципы и методы радиолокации. Классификация и назначение радиолокационных систем. Расчет поля земной волны в зоне приближения «плоской» Земли для низко поднятых антенн. Формула Шулейкина-Ван-дер-Поля. Радиорелейные и спутниковые системы связи – состав, принципы построения. Приемо-передающая аппаратура. Помехи и искажения в системах связи. Сигналы с внутриимпульсной модуляцией. Корреляционная функция ЛЧМ – сигнала, коды Баркера. Конструкции, характеристики направленности и применение зеркальных и рупорных антенн. Мощность, отдаваемая приемной антенной приемнику. Конструкции, характеристики направленности и применение антенны типа «волновой канал» и логопериодической антенны. Электрические параметры передающих и приемных антенн. Принцип взаимности в применении к антеннам. Антенные решетки, их виды и применение. Теорема перемножения диаграмм направленности. Разрешающая способность по дальности в системах радиолокации. Способы оценки и методы повышения разрешающей способности. Распространение средних радиоволн в атмосфере и ионосфере. Дифракционная и ионосферная компоненты поля. Рассеяние коротких и ультракоротких радиоволн в тропосфере. Замирание сигналов при тропосферном распространении. Лучевые траектории и поглощение коротких и ультракоротких радиоволн в ионосфере. Влияние магнитного поля Земли на условия распространения. Электрические свойства земной поверхности. Распространение радиоволн над неоднородной и негладкой поверхностью Земли. Поляризация радиоволн в ионосфере. Формула Эпплтона-Хартри. Радиомониторинг атмосферы, ионосферы и околоземного космического пространства. Методы наблюдений и регистрации радиоизлучения космических источников. Распространение длинных радиоволн в волноводе «поверхность Земли – ионосфера». Методы описания волноводного распространения. Стандартная модель тропосферы, эквивалентный радиус Земли и типовые виды рефракции радиоволн в тропосфере. Электромагнитное излучение Солнца. Образование и структура ионосферы. Дисперсионная формула ионосферы и высотно-частотные характеристики. Нелинейные эффекты при ионосферном распространении средних радиоволн – перекрестная модуляция и самовоздействие волн. Лемма Лоренца. Теорема взаимности. Теорема об эквивалентных токах.
Рекомендуемая литература
Тимофеев спектроскопия объемных полупроводников и наноструктур. – М.: Физматлит, 2013. – ISBN 978-5-9221-1313-7. Головин нанотехнологий. – М.: Машиностроение, 2014. - ISBN 978-5-9221-1140-9 , , Чиркин радиофизика и оптика. Случайные колебания и волны в линейных системах. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2014. , «Оптика: учеб. для вузов», М.: Физматлит, 2015. - 318 с. Чаплыгин, в электронике / . – М. : Техносфера, 2015. – 285 с. Калитеевский, оптика: учеб. пособие/ . - 4-е изд., стер.. - СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2016. - 466 с. Фриш, общей физики: в 3 т. : учебник/ , . - СПб. ; М. ; Краснодар: Лань. - (Классическая учебная литература по физике). - ISBN 978-5-8114-0662-3, Т. 3: Оптика. Атомная физика. - 8-е изд., стер.. - 2016. - 648 с. Лапушонок, в квантовую механику: учеб. пособие/ ; Федер. агентство по образованию, Новосиб. гос. ун-т, фак. информ. технологий. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 2015. - 117 с. - ISBN 5-94356-282-6. Фриш, , общей физики: в 3 т. : учебник/ , . - СПб. ; М. ; Краснодар: Лань. - (Классическая учебная литература по физике). - 11-е изд., стер. - 2016. - 470 с - ISBN 978-5-8114-0662-3. Книхута, методов доплеровской фильтрации ионосферных сигналов: дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.03/ Евгений Витальевич Книхута ; науч. рук.: , ; Рос. гос. ун-т им. И. Канта. - Калининград, 2007. - 119 с. Куприянова, квантовая радиофизика: учеб. пособие/ ; Рос. гос. ун-т им. И. Канта. - Калининград: РГУ им. И. Канта, 2008. - 128 с. Горелик, и волны. Введение в акустику, радиофизику и оптику: учеб. пособие для вузов/ ; под ред. . - 3-е изд.. - М.: Физматлит, 2007. - 655 с. Куницын, ионосферы/ , , . - М.: Физматлит, 2007. - 335 с.
