Методические указания Для студентов заочной формы обучения
Скачать 259.67 Kb.
|
| Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА ___________________________________________________________ ПРИКЛАДНАЯ СВЧ ЭЛЕКТРОНИКА Методические указания Для студентов заочной формы обучения Специальность 2007 2002 УДК 621.385.6+621.396.67 Составители Морозов Г.А., Стахова Н.Е. Прикладная СВЧ электроника. Методические указания / Сост. Морозов Г.А., Стахова Н.Е.; Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2002. С. Представлены программы теоретического курса, вопросы самоподготовки, задания к контрольной работе и указания к ее выполнению. Предназначено для студентов заочной формы обучения. Табл. 2 Илл. 3 Библиогр: 6 назв. Рецензент: докт. техн. наук В. А. Белавин (Казанский государственный энергетический университет) ^ КГТУ им. А. Н. Туполева Основной целью курса является подготовка будущего специалиста к активному овладению современными методами исследования и измерения физических величин, характеристик антенн и устройств СВЧ. Основой этой подготовки служат фундаментальность подготовки в области базовых положений современной теории и практики, а также методические основы анализа, позволяющие наиболее эффективно использовать современные средства вычислительной техники. В результате изучения курса студент должен овладеть знанием принципиальных физических основ работы антенн и устройств СВЧ различных типов, а также практическими навыками анализа и проектирования элементов СВЧ техники, методами экспериментального определения параметров антенн и устройств СВЧ, измерение методами и аппаратурой СВЧ физических величин и характеристик антенн и узлов СВЧ. Курс основан на знании студентами разделов математики, физики, основ теории цепей, электродинамики, антенн и устройств СВЧ в объеме, предусмотренном учебным планом подготовки по данной специальности. Согласно учебному плану для специальности 2007, изучение дисциплины "Прикладная СВЧ электроника" включает теоретический курс, выполнение контрольной работы, 2 лабораторные работы. Теоретический курс включает 10 часов лекций и самостоятельную проработку материала в объеме программы курса. Контрольная работа заключается в выполнении расчетов узлов СВЧ-устройств, определение параметров сред в соответствии с индивидуальным заданием. Целью является приобретение практических навыков расчетов, а также закрепление материала теоретического курса. Данные методические указания предназначены для облегчения организации самостоятельной работы студента при изучении им дисциплины "Прикладная СВЧ электроника" и включают:
Для закрепления теоретического материала, а также для приобретения практических навыков измерений студенты выполняют 2 лабораторные работы по следующим темам " Измерение электрофизических параметров материальных сред в диапазоне СВЧ" - 2 часа; "Измерение параметров СВЧ устройств" - 2 часа. ^ Тема 1. Основные особенности измерения характеристик устройств и электрофизических параметров материальных средств в диапазонах СВЧ и КВЧ.Особенности диапазонов СВЧ и КВЧ. Линии с распределенными параметрами [1,c.12-28],[3, c.91-102],[7,c.206-207; c.294-298]. Коэффициент отражения, КСВ. Коэффициент передачи. Матрица рассеяния [1, c.32 , 72-77], [5, c. 14-15]. Принципы построения и особенности измерительных приборов диапазонов СВЧ и КВЧ [3, c. 9-27]. Измерительные генераторы [3, c.28-49]. Измерительные приемники [3, c. 50-73]. Радиометры [2, c.310-315],[3, c. 78-86]. Измерение параметров СВЧ трактов и их элементов: длинные линии, панорамные измерители КСВ и ослабления [3, c. 121-126]. ^ Волны в нерегулярной линии передачи [7, c.287-289; c.300-303]. Переходы в линиях передачи [1, c. 140-144],[3, c. 38-39; c.127-130]. Поляризационные фазовращатели [1, c.151-154],[3, c. 130-133]. Согласующие устройства на одномодовых и многомодовых волноводах [3, c. 95-98; c.143-148]. Согласованные нагрузки: волноводные, коаксиальные, микрополосковые. Поглощающие нагрузки. Квазиоптические согласованные нагрузки [1, c.47-55], [3, c. 146-147],[7, c. 369-370]. Поляризаторы из скрученных отрезков волноводов. Волноводный поляризатор для преобразования волны линейной поляризации в волну произвольной поляризации [3,c.147-148],[5, c.37-38],[7, c.374- 375]. Волноводные аттенюаторы: поглощающие, предельные [3, c. 143-146],[5, c.360]. Фильтры для подавления типов волн [7, c. 372-374]. ^ Гибридный Т-мост - свойства, матрица рассеяния [1,c. 11-112],[7, c.382-384]. Магический Т-мост - свойства, матрицы рассеяния [8,c. 70-75]. Мост сопротивлений [7,c.155-160]. Суммирование мощности СВЧ [1, c.11-112], [7, c.385-387]. Разделительные фильтры [7, c.397-398]. Фазовый детектор. Балансный смеситель. Балансный модулятор [7, c.397-400]. ^ Направленный ответвитель - типы, свойства, матрица рассеяния, конструктивное выполнение [5, c.46-48], [7, c. 379-380]. Рефлектометр [8, c.119-120; c.137-140]. Измерение коэффициента отражения с помощью резонатора бегущей волны [8, c.161-164 ]. Направленные фильтры [7, c.309; c.391-396]. ^ Свойства ферритов на СВЧ [1, c. 166-167]. Тензоры диэлектрической и магнитной проницаемостей [5, c. 48-50]. Продольно намагниченный феррит. Эффект Фарадея [1, c. 169-170]. Поперечно намагниченный феррит. Эффект смещения поля [1, c.171-173]. Ферритовые устройства, их основные характеристики, матрицы рассеяния, конструктивное выполнение [1,c. 168-169],[7, c.404-406]. Вентиль [3, c. 148-152],[5, c. 51-53; c.56-57]. Невзаимный фазовращатель [c. 151-154; c.176-178]. Фильтр [1, c. 178-181]. Поляризатор [5, c. 54-56]. Умножитель частоты, Х и У циркуляторы [1, c. 175-176], [3, c. 152-154], [5, c. 57-58]. Фазовый циркулятор [1.c. 174-175]. ^ Материальные среды. Макроскопические параметры материальных сред. Комплексная диэлектрическая проницаемость [3, c. 252-256], [4, c. 10-14]. Волноводные методы измерения комплексной диэлектрической проницаемости диапазоне СВЧ. Первый метод Друде [4, c. 147-160; c.175-176]. Метод полного заполнения сечения волновода [4, c.191-194]. Методы короткого замыкания и холостого хода [4, c. 200-206]. Метод частичного заполнения сечения волновода [4, c. 227-230]. Использование волноводных мостов [4, c. 230-239]. Резонансные методы измерения комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне СВЧ. ^ : Второй метод Друде [4, c. 58-66]. Использование коаксиальных резонаторов с торцевым зазором [4, c. 70-71]. Сантиметровые волны: Метод малых возмущений [4, c. 89-90; c.94-97; c.101-104; c.123-125]. Квазиоптические методы измерения комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне КВЧ (миллиметровые волны) [3, c.252-255], [4, c. 272-282]. Интерференционные методы [3, c. 256-259]. Интерферометр Майкельсона. Интерферометр Фабри-Перо [4, c. 308-311; c.314-322]. ^ 1.1. Какими параметрами характеризуется распространение электромагнитной волны в линии передачи? 1.2. Что такое основной тип волны? 1.3. Какой тип волны является основным для прямоугольного волновода? 1.4. Какой тип волны является основным для коаксиального волновода? 1.5. Какой тип волны является основным для полосковых волноводов? 1.6. Что характеризует коэффициент отражения в линии передачи? 1.7. При каких условиях в линии передачи существует режим стоячих волн? 1.8. При каких условиях в линии передачи существует режим бегущих волн? 1.9. При каких условиях в линии передачи существует режим смешанных волн? 1.10.Как изменяется коэффициент отражения в линии передачи без потерь при изменении расстояния от концевой нагрузки? 1.11.Что такое волновое сопротивление линии передачи? 1.12.Как связаны между собой коэффициент отражения и величина входного сопротивления? 1.13.Чему равно входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии передачи с длиной, равной четверти длины волны? 1.14.Чему равно входное сопротивление короткозамкнутого отрезка линии передачи с длиной, равной половине длины волны? 1.15.Что означает понятие "согласованная нагрузка"? 1.16.Является ли согласование активной нагрузки при помощи четвертьволнового трансформатора широкополосным? 1.17.Возможно ли согласование активной нагрузки в произвольно широкой полосе частот? 1.18.Возможно ли согласование комплексной нагрузки в произвольно широкой полосе? 1.19. Что такое коэффициент отражения нагрузки? 1.20.Что такое "четырехполюсник СВЧ"? 1.21.Что такое "многополюсник СВЧ"? 1.22.Какими параметрами описываются свойства четырехполюсников СВЧ? 1.23.Связь между какими величинами выражает матрица рассеяния? 1.24.В чем состоит физический смысл диагональных коэффициентов матрицы рассеяния? 1.25.В чем состоит физический смысл недиагональных элементов матрицы рассеяния Тема2. 2.1. Что такое фазовая скорость электромагнитной волны? 2.2. Что такое дисперсия волн в волноводе? 2.3.Что такое нерегулярная линия передачи? 2.4. Как наличие нерегулярности влияет на распространение по линии электромагнитной волны? 2.5. Нарушает ли нерегулярность в линии режим ее работы? 2.6. Чем можно охарактеризовать нерегулярность в линии передачи? 2.7. Что такое согласование в линиях передачи? 2.8. Типы нерегулярностей в линиях передачи? 2.9. Конструктивные отличия волноводных, коаксиальных, микрополосковых и квазиоптических согласованных нагрузок? 2.10. В чем отличие между согласованной и поглощающей нагрузками? 2.11. Что такое одномодовый волновод? 2.12. Что такое многомодовый волновод? 2.13. Какова должна быть длина переходов в линиях передачи? 2.14. Требование к переходам в линиях передачи? 2.15. Какова должна быть длина скрутки волноводного поляризатора? 2.16. Что такое запредельный волновод? 2.15. Какова должна быть ориентация конструктивных элементов фильтров для подавления типов волн относительно векторов электромагнитного поля? Тема 3. 3.1. В чем состоят функции мостового соединения? 3.2. Запишите матрицу рассеяния следующих мостовых соединений:
3.3. В чем состоят функциональные отличия гибридного и магического моста. 3.4. В чем состоят функции моста сопротивления? 3.5. В чем состоят функции измерителя коэффициента отражения? 3.6. В чем состоят функции фазового детектора? 3.7. В чем состоят функции балансного смесителя? 3.8. В чем состоят функции балансного модулятора? 3.9. В каком соотношении делится мощность на выходах двухшлейного моста? 3.10. В каких случаях направленный ответвитель называют мостом? Тема 4. 4.1. В чем состоят функции направленного ответвителя? 4.2. В чем состоят функции резонатора бегущей волны? 4.3. Какие существуют типы направленных ответвителей? 4.4. Что такое направленность направленного ответвителя? 4.5. Что такое переходное ослабление направленного ответвителя? 4.6. Что такое развязка плеч направленного ответвителя? 4.7. В чем разница между направленными ответвителями с сильной связью и слабой связью? 4.8. Чему равна область связи в направленном ответвителе с электромагнитной связью? 4.9. Как с помощью направленных ответвителей измерить коэффициент отражения? 4.10. Назначение направленных ответителей при измерении матрициы рассеяния многополоюсника. Тема 5. 5.1. Охарактеризуйте анизотропные среды? 5.2. Какие свойства ферритов положены в основу построения невзаимных устройств СВЧ? 5.3. Что такое тензор магнитной проницаемости? 5.4. Какие свойства ферритов используются при построении управляемых фазовращателей СВЧ? 5.5. Что такое гиромагнитный резонанс? 5.6.Что такое ферромагнитный резонанс? 5.7. Что такое прецессия вектора напряженности магнитного поля? 5.8. Поясните появление правополяризованной и левополяризованной волн при прохождении электромагнитной волны через феррит? 5.9. В чем заключается эффект Фарадея? 5.10. В чем заключается эффект смещения поля? 5.11. В чем состоят функции циркулятора? 5.12. Чем отличаются матрицы рассеяния Х-образного и У-образного циркулятора? 5.13. Возможно ли использование эффекта смещения для построения циркулятора. 5.14. Для выполнения каких функциональных целей можно использовать циркулятор? 5.15. Как использовать эффект Фарадея для построения волноводного циркулятора? 5.16. Принцип работы фазового циркулятора. Тема 6. 6.1. Что такое постоянная распространения электромагнитной волны? 6.2. Что такое коэффициент фазы? 6.3. Что такое комплексная диэлектрическая проницаемость? 6.4. Что такое относительная диэлектрическая проницаемость? 6.5. Что такое тангенс угла диэлектрических потерь? 6.6. Чем отличаются однородные среды от среды с потерями? 6.7. Чем отличается измерение диэлектрической проницаемости однородных сред от неоднородных? 6.8. В каком диапазоне частот целесообразнее использовать резонансные, волноводные и оптические методы измерения комплексной диэлектрической проницаемости? 6.9. В чем состоит сущность резонансных методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости? 6.10. В чем состоит сущность волноводных методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости? 6.11. В чем состоит сущность квазиоптических методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости? 6.12. Может ли одна и та же среда в различных диапазонах иметь разные свойства? Например, быть диэлектриком в одном диапазоне частот и проводником в другом? 6.13. На каких эффектах основаны интерференционные методы измерения параметров материалов? 6.14. Имеет ли значение толщина слоя исследуемого материала при квазиоптических методах измерения комплексной диэлектрической проницаемости? ^ Основная
Дополнительная 4. Авксентьев А.А, Воробьев Н.Г., Морозов Г.А. Конструкции устройств СВЧ бортовых радиосистем. / Казан. авиац. ин-т; Казань, 1986, 48 с. 5.Устройства СВЧ антенн: Методические указания / сост. Седельников Ю.Е., Линдваль В.Р., Лаврушев В.Н., Стахова Н.Е.; Казань: Изд-во Казан. Гос.техн.ун-та, 2000, 35 с. 6. Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерения параметров антенно-фидерных устройств, 1972, 352 с. 7.Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978 432с. ^ Задания и указания к выполнению контрольной работы Цель контрольной работы - закрепление теоретических знаний и обучение студентов основным методам расчета элементов измерительных СВЧ-устройств и параметров сред по результатам измерений. Контрольная работа включает два задания: Задание 1. Полосковый делитель мощности Задание выполняется следующим образом:
Исходные данные для расчетов приведены в таблице 1. При выполнении задания №1 рекомендуется использовать: [П-1; стр.1-77]; [П-2; стр. 132-152]. Задание 2^ и Проводились измерения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрика волноводным методом. Схема измерений приведена на рис.1. Результаты измерений приведены в таблице 2. 
4. - измерительный усилитель; l - расстояние от зонда до короткозамыкателя. Линия (2) и отрезок волновода (3) заполнены диэлектриком. Определить и tg диэлектрика, заполняющего волновод. Примечание: - относительная диэлектрическая проницаемость, tg - угол диэлектрических потерь. При выполнении задания №2 рекомендуется использовать [П-3, с.74-75;c.87-89], [П-4, c. 28]. Таблица1. Исходные данные для расчетов задания № 1.
Таблица 2 Результаты измерений
Литература П-1. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств/ под ред. Вольмана В.Ч. М.: Радио и связь. 1982. 328 с. П-2. Малорацкий Л.Г., Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. М.:Советское радио. 1972. 232с. П-3. Сборник задач по курсу. "Электродинамика и распространение радиоволн" /под ред. Баскакова С.И. М.:Высшая школа. 1981. 208 с. П-4. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.:Сов. Радио. 1965. 360с. Приложение 1. Делителя мощности, согласованного по входу. ( варианты 1,2; 6-8;10-13;16,19) Простейшим делителем мощности является разветвление линии передачи. Разветвление может быть последовательным и параллельным (рис. П-1).  Рис. П-1. К делителям мощности предъявляются требования:
При параллельном разветвлении (рис. П-1а,) входная проводимость в точке соединения линий будет определяться суммой проводимостей выходных плеч делителя:  (1)Здесь Yвх - проводимость входного плеча (обозначим его Yвх= Y0), а Yi - проводимости выходных плеч. При расчетах удобнее пользоваться нормированными сопротивлениями. Входное нормированное сопротивление делителя (в общем случае): Z=1\Y –связь проводимости и сопротивления; Z\Z0 – нормированное сопротивление, Z0 - волновое сопротивление :  . (2)Условие согласования делителя, рис. П-1а с входной линией передачи (т.е. при Y0 = Yвх) запишется так:  (3)(4) Расчет согласованного по входу делителя параллельного типа сводится к следующему. По заданному волновому сопротивлению тракта и требуемому распределению сигнала по выходам  (5)определяют волновые сопротивления плеч  , где Ki 2 –коэффициенты деления мощности для i-го плеча; Р – мощность, переданная в - плечо, Р вх – мощность на входе.K I2= P I \P вх ( 6 ) Поскольку коэффициент деления мощности задан, то можно определить из (5) и (6) сопротивления плеч делителя: Z I = Zвх \ K 2i ( 7 ) Определив сопротивления всех плеч делителя, можно рассчитать его геометрические размеры [ 5], [ П –2]. Обычно все выходные плечи делителя приводятся к одному волновому сопротивлению  , Для этого в плечи делителя включаются трансформаторы волновых сопротивлений. Для четвертьволнового трансформатора в i-м плече можно записать: (5)где  - волновое сопротивление четвертьволнового трансформатора(рис. П-2).  Трансформаторы сопротивлений обычно подключаются непосредственно к точке разветвления линии, но возможно подключение трансформатора и через отрезок линии произвольной длины li (рис. П-2, б). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.
=0,4
=0,6
1.Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Методические указания и задания по выполнению самостоятельной работы для студентов очной формы обучения и контрольной работы для... | | Методические указания и темы контрольной работы для студентов заочной формы обучения специальности |
| В методических указаниях представлены задания для выполнения контрольной работы для студентов заочной формы обучения | | Топлива, и охлаждающие жидкости: Методические указания к выполнению модульных контрольных работ для студентов дневной формы обучения... |
| Методические указания к изучению дисциплины и выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения выполнены в соответствии... | | Контрольная работа и методические указания к ней для студентов заочной формы обучения |
| Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения | | Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения |
| «Сопротивление материалов» для студентов заочной формы обучения специальностей 290300, 290600, 290700, 290800, 291000, 291100, 291500,... | | Согласно учебной программы студенты заочной формы обучения изучают курс «Отечественная история». Учебным планом предусматриваются... |