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

  1. Основные параметры, определяющие электромагнитные свойства сред – диэлектрическая и магнитная проницаемость, проводимость.
  2. Система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной форме. Физический смысл уравнений Максвелла.
  3. Электромагнитные свойства различных сред и их деление на диэлектрики, проводники, полупроводники и сверхпроводники.
  4. Граничные условия для тангенциальных составляющих векторов электромагнитного поля. Идеальные граничные условия. Импедансные граничные условия (граничные условия Леонтовича-Щукина).
  5. Уравнение Максвелла для гармонических электромагнитных полей. Электрическая и магнитная проницаемости, тангенс угла потерь.
  6. Волновой  характер процесса распространения электромагнитного поля. Объяснение физического смысла этого процесса. Баланс мощности электромагнитного поля
  7. Однородные волновые уравнения и их решение. Плоские волны. Вектор Пойнтинга и ориентация векторов поля в плоской волне.
  8. Фазовая и групповая скорости электромагнитной волны. Физический смысл волнового числа при решении волновых уравнений.
  9. Теоремы взаимности, эквивалентности и двойственности в электродинамике.
  10.  Решение однородных волновых уравнений в неограниченной среде с электрическими и магнитными потерями. Физический смысл действительной и мнимой частей волнового числа.
  11.  Особенности распространения электромагнитных радиоволн в гиротропной среде и эффект Фарадея.
  12.  Отражение и преломление плоских волн на границе раздела. Законы Снеллиуса и формулы Френеля. Угол Брюстера. Обобщенные формулы Френеля для плоской границы двух анизотропных сред.
  13.  Наклонное падение плоской волны на плоскую границу поглощающей среды. Поверхностный эффект.
  14.  Типы элементарных излучателей. Диполь Герца. Выражения для составляющих электромагнитного поля диполя на различных расстояниях от диполя. Зоны Фраунгофера и Френеля.
  15.  Основные параметры элементарных излучателей. Элементарный магнитный излучатель. Апертурные антенны. Принцип Гюйгенса. Формула Кирхгофа.
  16.  Различие полей в разных зонах излучения. Сопротивление излучения элементарных электрических и магнитных диполей.
  17.  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

  1. Направляемые электромагнитные волны. Понятие о линиях передачи. Типы регулярных линий передачи. Классификация направляемых волн: волны Т, Е, Н. Гибридные волны, квази-Т волна.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Линии передачи с Т-волной. Электромагнитное поле в двухпроводной, многопроводной, коаксиальной линии. Электромагнитные волны в полосковой и микрополосковой линии.
  5. Электромагнитные волны в полых металлических волноводах. Прямоугольный, круглый, эллиптический волновод.
  6. Линии передачи поверхностной волны. Диэлектрический волновод круглого сечения. Типы волн в диэлектрическом волноводе. Структура поля. Основная волна в диэлектрическом волноводе. Область применения.
  7. Волоконные световоды. Одноволновые и многоволновые волокна. Градиентные волокна. Типы дисперсий в волоконном световоде.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Классификация и электрические параметры СВЧ резонаторов. Связь резонаторов с нагрузкой, их настройка. Теория и устройство возбуждения открытых и закрытых резонаторов.
  11. Направленные ответвители, принцип действия и их параметры. Делители (сумматоры) мощности.
  12. Поперечный и продольный ферромагнитный резонанс. Вентиль на прямоугольном волноводе. Y- циркулятор на волноводных тройниках.
  13. 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.
  14. СВЧ фильтры. Типы частотных характеристик. Низкочастотные прототипы. Ре­ализация многозвенных фильтров на СВЧ.
  15. Управляющие устройства СВЧ. Фазовращатели, коммутаторы, аттенюаторы, поляризаторы
  16. 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

  1. Назначение и классификация антенн. Основные электрические параметры передающих антенн. КНД, КПД и коэффициент усиления. Параметры диаграммы направленности. Поляризационные характеристики антенны.
  2. Математическое описание вибраторных антенн. Вибраторные антенны. Виды интегральных уравнений для тока вибраторной антенны. Диаграмма направленности и входное сопротивление антенны. Щелевые антенны. Связанные вибраторы.
  3. Линейные антенные решетки. Математическое описание вибраторных и антенных решеток. Режимы излучения решетки. Влияние амплитудно-фазового распределения на направленные  свойства решетки.
  4. 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.
  5. Основные параметры антенн в режиме приёма. Связь с параметрами антенн в режиме передачи. Условие выделения максимальной мощности в нагрузке антенны.
  6. Излучение возбужденных поверхностей. Рупорные антенны. Линзовые и зеркальные антенны. КИП антенны.
  7. Простые вибраторные УКВ антенны. Симметрирующие устройства. Щелевые резонатор­ные антенны. Активные вибраторные антенны.
  8. Антенны с вращающейся поляризацией. Турникетные антенны. Спиральные антенны.
  9. Сложные вибраторные и щелевые  антенны УКВ. Синфазные вибраторные АР. Директорные антенны. Логопериоди­ческие антенны. Многощелевые волноводные антенны. Печатные антен­ны.
  10.  Антенны поверхностных волн. Диэлектрические и ребристо-стержневые антенны. Плоские ан­тенны поверхностных волн.
  11. .Фазированные антенные решётки. Взаимное влияние элементов. Требования, предъявляемые к излучателю решётки. Способы фазирования. Диаграммо-образующие схемы решёток. Адаптивные антенные решетки.
  12.  Особенности антенн различных систем. Передающие и приемные радиовещательные антенны.
  13.  Особенности антенн различных систем. Передающие и приемные телевизионные  антенны.
  14.  Антенны систем спутниковой связи. Антенны земных станций. Бортовые антенны с многолучевой и контурной диаграммой направленности.
  15.  Антенны систем подвижной радиосвязи. Антенны базовых станций. Антенны мобильных терминалов.
  16.  Связные антенны систем фиксированной связи. Антенны радиорелейных линий связи. Антенны систем радиодоступа.
  17.  Вопросы электромагнитной совместимости в антенно-фидерной технике. Методы оценки взаимного влияния близкорасположенных антенн. Способы повышения помехозащищенности и развязок антенн.

 

Литература:

  1. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М:Радио и Связь, 2000.-536 с.
  2. Пименов Ю.В. Линейная макроскопическая электродинамика. Вводный курс для радиофизиков и инженеров. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008. -536 с.
  3. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиовон. – М.: Наука, 1989. -544 с.
    1. Петров Б. М. Электродинамика и распространение радиоволн: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия–Телеком, 2003. -558 с.
    2. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. –М: Горячая линия Телеком, 2004, –491с.
    3.  Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.Н., Пономорев Л.И. Устройства СВЧ и антенны. – М: Радиотехника 2008, –384с.
    4. Антенны, СВЧ-устройства и их технологии: учеб. пособие / Под общ. ред. Ю.Б. Нечаева, В.И. Николаева – Воронеж, ОАО Концерн «Созвездие», 2008. – 629 с.
    5. Фролов О.П. Зеркальные антенны для земных станций спутниковой связи М.: Горячая линия Телеком, 2008. -496 с.
    6. Фролов О.П. Антенны и фидерные тракты для радиорелейных линий связи. М.: Радио и связь, 2001. -416 с.
    7.  Устройства СВЧ и антенны. Проектирование ФАР под ред. проф. Воскресенского Д.И. – М.: Радиотехника, 2003, - 625с.
    8.  Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ.-М.: Высш.шк.1988.- 432 с.
    9.  Чебышев В.В. Вычислительная электродинамика для полосковых структур в слоистых средах – М. ЗАО “ПТСМ” 2013. – 128 с.
    10.  Айзенберг Г.З.,  Ямпольский В.Г.,  Терешин О.Н. Антенны УКВ, ч.1 и 2. –М.: Связь, 1977.
    11.  Ямпольский. В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. М.: Радио и связь, 1983, -272 с.