(5 сем., диф.зачет)

Лектор: Ст. преподаватель Митянина Наталья Валерьевна

Введение. О технике и следствиях её развития. Общие сведения об автоматических системах. Классификация систем по характеру внутренних динамических процессов. Программы регулирования.
Одномерная управляемая система с одной степенью свободы. Функция веса и передаточная функция. Частотная характеристика. Замкнутая управляемая система. Разомкнутая управляемая система. Воспроизведение преобразованного сигнала.
Динамические звенья. Амплитудно-фазовая частотная характеристика. АФХ и функция веса. Минимально-фазовые звенья. Логарифмическая частотная характеристика. Позиционные динамические звенья. Неустойчивые и неминимально-фазовые звенья.
Критерии устойчивости линейной системы. Критерий устойчивости Рауса-Гурвица. Критерий устойчивости Михайлова. Построение области устойчивости. D-разбиение.
Критерий устойчивости Найквиста [1]. Статическая система и система с астатизмом первого и второго порядка. Критерий устойчивости Найквиста в общем случае. Критерий устойчивости Найквиста [2]. Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам.
Передаточные функции систем автоматического регулирования. Регулирование: пропорциональное, интегральное, изодромное, по производным. Соединения стационарных линейных систем. Многоконтурная система обратной связи. Многомерные системы регулирования. Устойчивость двухмерной системы с асимметричными связями.
Построение кривой переходного процесса. Непосредственное решение дифференциальных уравнений. Применение преобразования Лапласа. Реакция системы на произвольную функцию времени. Уравнение с переменными коэффициентами.
Оценка качества регулирования. Коэффициенты ошибок. Корневые методы оценки ошибок. Диаграмма Вышнеградского. Стабилизация радиального положения пучка в синхротроне ТРАПП. Частотные критерии качества. Повышение точности систем автоматического регулирования. Комбинированное управление.
Нелинейные системы автоматического регулирования. Фазовая плоскость. Особые точки и фазовые портреты линейных систем. Особые точки и фазовые портреты нелинейных систем.
Переходные процессы и автоколебания релейной системы. Система со скользящим процессом. Система с логическим управлением. Учёт времени запаздывания. Системы с переменной структурой.
Метод припасовывания. Метод гармонической линеаризации. Алгебраический метод определения симметричных колебаний и устойчивости. Приближённый метод исследования устойчивости.
Частотный критерий устойчивости В.М. Попова.
Литература

В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. Теория систем автоматического регулирования. Санкт-Петербург, 2003.
Основы автоматического управления, Под редакцией В.С. Пугачёва, М., 1968.
Я.Н. Ройтенберг. Автоматическое управление. М.: Наука, 1971.
Математические основы теории автоматического регулирования, Под редакцией Б.К. Чемоданова. М., 1971.
Е.П. Попов. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1988.
Дополнительная литература

А.А. Фельдбаум, А.Г.Бутковский. Методы теории автоматического регулирования. М.: 1971.
В.А. Иванов, Н.В. Фалдин. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: 1981.
В.В. Барковский, В.Н. Захаров, А.С. Шаталов. Методы синтеза систем управления. М.: 1969.
Ю.И. Топчев, А.П. Цыпляков. Задачние по теории автоматического регулирования. М.: 1977.

(5 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Тарнецкий Владимир Владимирович

Общие сведения из теории электромагнитного поля
Уравнения Максвелла. Граничные условия. Электромагнитная энергия. Единственность решения. Скин-эффект. Граничные условия на поверхности идеального проводника. Приближенные граничные условия Леонтовича. Поверхностные токи.
Теория длинных линий
Классификация линий передачи.
ТЕМ волны в линиях передачи. Поле в поперечном сечении. Коаксиальная, двухпластинчатая, двухпроводная линии.
Телеграфное уравнение. Падающая и отраженная волны. Бегущая и стоячая волны. Трансформация сопротивлений и проводимостей. Эквивалентная схема отрезка линии передачи в виде четырехполюсника. Диаграмма Смита. Потери в линии.
Многопроводные ТЕМ-линии.
Волноводы
Распространение волн в волноводах. Уравнения для потенци­аль­ных функций. Волны Е и Н типов. Соотношения ортогональности.
Волны в прямоугольных волноводах. Картины силовых линий и токов в стенках для Е и Н волн. Круглый волновод. Волноводные типы волн в коаксиальной линии. Волноводы сложной формы.
Энергетические соотношения для волноводов. Мощность и плотность энергии в волноводе.
Фазовая и групповая скорости распространения волн в волноводе. Волны Бриллюэна.
Потери в волноводах. Затухание, вызванное потерями в стенках. Потери в среде, заполняющей волновод.
Волноводная линия передачи. Напряжение и ток в волноводе. Телеграфное уравнение для волноводов. Волновое сопротивление волноводов.
Оконечное устройство. Полное сопротивление, коэффициент отражения и энергетические характеристики оконечного устройства.
Сочленение нескольких волноводов. Матрицы полного сопротивления и полной проводимости. Матрица рассеяния и ее свойства. Частотные характеристики сочленений без потерь.
Неоднородности в волноводах. Скачкообразное изменение параметров вещества, заполняющего волновод. Диафрагмы в волноводе. Методы решения задач о неоднородностях в волноводе. Изменение сечения волновода. Согласование волноводов с помощью многоступенчатых переходов. Возбуждение волноводов заданными токами и полями.
Резонаторы
Свободные колебания резонаторов. Собственные значения и собственные функции. Ортогональность собственных функций.
Различные типы полых резонаторов. Резонаторы, образованные из линий передачи. Квазистационарные резонаторы.
Приближенные методы расчета полых резонаторов. Квазиста­ци­о­нарный метод. Метод сшивания. Вариационный метод. Соотношение для возмущений.
Потери в резонаторах. Добротность. Потери в стенках резона­тора и в среде, заполняющей резонатор. Внешняя и нагруженная добротности.
Вынужденные колебания резонаторов. Возбуждение резонатора заданными токами и полями. Характеристическое и шунтовое сопротивления.
Резонатор как элемент линии передачи. Эквивалентная схема резонатора, связанного с линией. Коэффициент связи. Полное сопротивление и коэффициент отражения.
Литература

Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ. Курс лекций. Новосибирск. Изд. НГУ. 2006.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Сов. радио, 1988.
Теория линий передач сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1951.
Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М.: Наука, 1966.
Дополнительная литература

Стрэттон Дж. Теория электромагнетизма. М.; Л.: ОГИЗ - Гостехиздат, 1948.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
Альтман Дж. Устройства СВЧ. М.: Мир, 1968.
Левин П. Современная теория волноводов. М.: Изд-во иностр. лит., 1954.
Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1992.
Литература для внеклассного чтения

Марков Г.Т., Васильев Е.Н. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Советское радио, 1970.
Ильинский А.С., Кравцов В.В., Свешников А.Г. Математические модели электродинамики. М.: Высшая школа, 1991.
Стражев В.И., Томильчик Л.М. Электродинамика с магнитным зарядом. Минск: Наука и техника, 1975.
Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973.
Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Советское радио, 1973.
Lectures at the JOINT US-CERN-Japan Accelerator School, Japan, 1996.
Краснов И.П. Об энергии и импульсе электромагнитного поля. Письма в ЖТФ, т.35, вып.3, 2009.
Фельдштейн Л.А., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967.

(6 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Суханов Дмитрий Петрович

I) Введение
1. Усилители. Структурная схема. Коэффициент усиления. Частотные характеристики. Линейные и нелинейные искажения. Классификация усилителей по частотным характеристикам.
2. Транзисторы. Вольт-амперные характеристики. Эквивалентные схемы. Частотная зависимость параметров транзистора. Зависимость параметров эквивалентной схемы от режима. Типы транзисторов и их особенности.
3. Усилительный каскад. Составляющие тока и потенциала коллектора, эмиттера, базы. Мощность постоянной и переменной составляющих. Графический метод определения режима.
4. Каскад с общим эмиттером с емкостной связью. Эквивалентная схема. Работа каскада в области низких и высоких частот. Входные и выходные сопротивления, коэффициент усиления.
5. Каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Входные и выходные сопротивления, коэффициент усиления. Частотная характеристика.
6. Схема с общей базой и ее параметры. Каскад с эмиттерной связью. Каскодная схема.
7. Выбор рабочей точки и способы ее стабилизации.
8. Усилители с обратной связью. Виды обратной связи. Влияние обратной связи на характеристики усилителей. Устойчивость. Критерий устойчивости Найквиста. Паразитные обратные связи.
9. Особенности применения электронных ламп в усилителях. Эквивалентная схема. Каскады с общим катодом, общей сеткой. Катодный повторитель. Область применения ламп в усилителях.
II) Некоторые разделы теории цепей
1. Уравнения контурных токов и узловых потенциалов. Входное сопротивление (проводимость). Сопротивление (проводимость) передачи.
2. Функции линейных цепей и их свойства. Расположение нулей и полюсов. Свойства вещественной и мнимой частей функции цепи. Устойчивость и физическая осуществимость.
3. Переходные процессы в линейных цепях. Операторный метод. Связь переходного процесса с частотной характеристикой. Интеграл Дюамеля.
4. Двухполюсные цепи. Сопротивление и проводимость двухпо­люс­ника. Минимально-активные и минимально-реактивные двухполюсники. Двухполюсники, состоящие из чисто реактивных элементов.
5. Четырехполюсные цепи. Характеристические и рабочие параметры. Представление четырехполюсника в виде скрещенной цепи. Четырехполюсники минимального затухания и минимальной фазы. Четырехполюсники, состоящие из чисто реактивных элементов.
6. Связь между вещественной и мнимой частями функции цепи. Аналитические условия. Интеграл активного сопротивления и затухания. Интеграл реактивного сопротивления и фазы. Интегральная связь между вещественной и мнимой частями функции цепи, заданными во всем частотном диапазоне и заданными в разных диапазонах частот. Графо-аналитический метод построения фазочастотных характеристик по заданным амплитудно-частотным.
7. Теория обратной связи. Возвратное отношение и возвратная разность. Диаграмма Найквиста. Критерий Найквиста. Логарифмическая амплитудная и фазовая характеристики и их применение для анализа устойчивости. Оптимальная частотная характеристика усилителя с отрицательной обратной связью.
III) Усилители
1. Широкополосные и импульсные усилители. Каскады с коррекцией высших частот. Метод Брауде. Синтез цепей коррекции. Применение обратной связи. Многокаскадные усилители. Передача фронта и вершины импульса однокас­кадными усилителями. Усиление фронта каскадом с индуктивной коррекцией. Усиление фронта многокаскадным усилителем с коррекцией. Усилители с распределенным усилением.
2. Избирательные усилители. Резонансные однокаскадные и много­кас­кадные усилители. Усилители с расстроенными контурами. Избирательные усилители с обратной связью.
3. Усилители постоянного тока. Гальваническая связь. Температурный и временной дрейф. Дифференциальные усилители постоянного тока. Усилители постоянного тока с преобразованием. Комбинированные схемы усилителей постоянного тока.

Шумы в усилителях. Случайные процессы и их свойства. Спектральная плотность и автокорреляционная функция. Тепловые шумы, теорема Найквиста. Коэффициент шума усилителя. Источники шумов в усилителях. Шумы электронных ламп и транзисторов.

Литература

Карлинер М.М. Линейные электронные схемы. Курс лекций. Новосибирск, 2011.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1973.
Дополнительная литература

Эрглис К.Э., Степаненко И.П. Электронные усилители. М.: Наука, 1964.
Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. М.: Изд-во иностр. лит., 1948.
Артым А.Д. Электрические корректирующие цепи и усилители. М.: Энергия, 1965.
Сешу С. Анализ линейных цепей. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963.
Федотов А.Я. Основы физики полупроводниковых приборов. М.: Сов. радио, 1969.

(6 сем., экзамен)

Лектор: Доцент, к.т.н Запрягаев Игорь Александрович

1. Основы теории излучения
Объемные электрические и магнитные источники электромагнитного поля. Электродинамические потенциалы. Принцип двойственности. Поверхностные источники электромагнитного поля. Принцип Гюйгенса-Кирхгофа. Обобщение формулы Кирхгофа для вектор­ных полей с учетом источников. Поля произвольной системы токов. Лемма Лоренца. Теорема взаимности.
2. Элементарные излучатели
Элементарный электрический вибратор (диполь Герца). Элементарный магнитный вибратор. Элемент Гюйгенса. Щелевой вибратор.
3. Системы элементарных излучателей
Простейшие совокупности элементарных излучателей. Симметричные вибраторы. Нагруженный вибратор. Цепочка синфазных излучателей. Решетка синфазных вибраторов. Поле двух вибрато­ров. Рефлектор и директор. Влияние Земли на диаграмму направленности линейного излучателя.
4. Характеристики излучателей
Параметры передающих антенн и методы их расчета. Параметры электрического режима работы антенны. Сопротивле­ние потерь. Частотная зависимость сопротивлений. Входное сопротивление антенны. Сопротивление настройки. Коэффициент направленного действия. Коэффициент полезного действия. Коэффициент усиления. Частотные характеристики и полоса пропускания антенн. Основы теории приема радиоволн. Характеристики приемных антенн.
5. Антенны длинных и средних радиоволн
Особенности распространения длинных и средних радиоволн. Антенны Александерсена. П-образные длинноволновые антенны. Т- и Г-образные антенны средних и длинных волн. Антенные мачты средневолнового диапазона. Щелевые средневолновые антенны. Приемные антенны средних и длинных волн.
6. Излучение коротких волн
Особенности распространения коротких волн. Простые коротко­волновые вибраторы настроенного и диапазонного типа. Сложные коротковолновые антенны настроенного и диапазонного типа. Ромбические коротковолновые антенны.
7. Излучение ультракоротких волн
Излучение волновода прямоугольного сечения. Рупорные антенны. Распределение фаз в раскрыве рупора. Направленные свойства секториальных рупоров. Коэффициент направленного действия пирамидального рупора. Коррекция фазы в раскрыве рупора. Линзовые антенны. Ускоряющие линзы. Направленные свойства и полоса пропускания ускоряющих линз. Замедляющие линзы из искусственного диэлектрика. Зонированные замедляющие линзы. Параболические антенны. Токи на поверхности параболоида. Влияние вторичного поля, отраженного от параболоида, на облучатель.
8. Общие вопросы распространения радиоволн
Основные опреде­ле­ния. Характер распространения радиоволн разных диапазонов. Распространение плоских радиоволн в полупроводящей среде. Неоднородные плоские волны.
9. Распространение радиоволн над поверхностью Земли
Прибли­женные граничные условия Леонтовича. Участок поверхности, существенный при отражении. Объем пространства, сущест­венный при распространении радиоволн. Распространение радиоволн при поднятых антеннах. Интерференционная формула. Квадратичная формула Введенского. Структура поля радиоволны в месте приема. Влияние сферичности Земли. Дифракционная задача. Распростра­не­ние радиоволны над неоднородной плоской поверхностью. Учет неровностей. Критерий Релея.
10. Распространение радиоволн в тропосфере
Строение тропосферы. Тропосферная рефракция. Сверхрефракция. Рассеяние радиоволн в тропосфере.
11. Распространение радиоволн в ионосфере
Структура ионосферы. Тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоских волн в однородной изотропной ионизированной среде. Показатель преломления и поглощения. Волны в однородной магнитоактивной плазме, продольное распространение, поперечное распространение. Распространение электромагнитных волн в неоднородной среде. Приближение геометрической оптики. Решение волнового уравнения для линейного слоя. Распространение импульсов в плазменной среде. Методы исследования ионосферы. Нелинейные эффекты.

Литература

Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.; Л.: Энергия, 1975.
Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1965.
Дополнительная литература

Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М.: Связь, 1977.
Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио, 1974.
Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высш. шк., 1974.
Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.; 1967.
Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972.
Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.

(7 сем., диф. зачет)

Преподаватели: Доцент, к.т.н. Запрягаев Игорь Александрович,
Ст. преподаватель Чернов Константин Николаевич

1. Исследование ферритового циркулятора.
Цель работы: Изучение работы ферритового циркулятора в качестве бесконтактного высокочастотного коммутатора и определение коэффициентов его матрицы рассеяния. Микроамперметр используется в качестве индикатора уровня мощности, регулируемой встроенным в генератор аттенюатором, что избавляет от необходимости калибровки детекторного диода.
2. Исследование направленного ответвителя.
Цель работы: Направленный ответвитель служит для ответвления незначительной части мощности, проходящей по линии передачи, при этом практически не вносит рассогласования в линию. Требуется определить основные параметры направленного ответвителя: переходное затухание и направленность на различных частотах с использованием прецизионного аттенюатора.
3. Измерение мощности СВЧ.
Цель работы: Ознакомление с различными способами измерения СВЧ мощности. Работа посвящается измерению мощности непрерывного сигнала и импульсно-модулированных сигналов различной формы.
4. Измерение полных сопротивлений с помощью измерительной линии.
Цель работы: Изучение работы измерительной линии, калибровка детектора измерительной линии. Измерение КСВН и фазы коэффициента отражения, определение полных сопротивлений с помощью диаграммы Смита для различных нагрузок.
5. Измерение отражений от четырехполюсников.
Цель работы: Измерение коэффициентов отражения от четырехполюсника. Исследуемым четырехполюсником служит волноводно-коаксиальный переход. Измерения проводятся методом Татаринова и методом Вайсфлоха.
6. Измерение параметров волноводных диафрагм.
Цель работы: Волноводный импедометр предназначен для измерения полных сопротивлений волноводных нагрузок. В данной работе исследуются волноводные диафрагмы: симметричная емкостная, симметричная индуктивная и резонансная. Результаты измерений сравниваются с расчетными.
7. Измерение добротности резонатора.
Цель работы: Исследование перестраиваемого цилиндрического резонатора. Расчет собственной добротности при нескольких положениях поршня. Измерение нагруженной добротности по величине полосы резонатора, для различных индуктивных петель связи, при нескольких положениях поршня.
8. Измерение полей в объемном резонаторе методом малого возмущающего тела.
Цель работы: Расчет структуры электромагнитных полей в объемном резонаторе, возбуждаемом на Н011 моде колебаний, по двум направлениям: вдоль оси резонатора, поперек оси резонатора, методом малого возмущающего тела. В качестве возмущающих тел используются эбонитовый и дюралюминиевый шарики. Резонатор возбуждается частотно-модулируемым сигналом. На вход осциллографа, синхронизированного модулирующим напряжением, подается сигнал с детектора. Измерение резонансной частоты проводятся по шкале осциллографа градуированной по частоте.
9. Рупорные и линзовые антенны.
Цель работы: исследование диаграмм направленности рупорных и линзовых антенн. В данной работе снимаются диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и поляризационные диаграммы рупорных и линзовых антенн. Селективный усилитель служит в качестве индикатора уровня мощности, а прецизионный аттенюатор позволяет поддерживать постоянную мощность, поступающую на детекторный диод, что избавляет от необходимости калибровки детектора.
10. Измерение добротности объемных резонаторов с помощью панорамного измерителя коэффициента передачи и КСВН.
Цель работы: Панорамный измеритель позволяет измерять частотную зависимость: коэффициента передачи, если исследуемый объект, включен как четырехполюсник; коэффициента отражения, если исследуемый объект, включен как двухполюсник. В качестве исследуемого объекта используется цилиндрический резонатор с переходными волноводными фланцами и диафрагмами. По измеренному ослаблению и КСВН рассчитывается нагруженная и собственная добротности резонатора.
11. Измерение коэффициентов матрицы рассеяния четырехполюсника на векторном анализаторе цепей.
Цель работы: Векторные анализаторы цепей позволяют проводить измерения комплексных S-параметров. В данной работе необходимо ознакомиться с векторным анализатором цепей Network Analyzer #5230A PNA-L фирмы Agilent Technologies. Научиться проводить калибровку прибора в заданном диапазоне частот. Измерить коэффициенты матрицы рассеяния для заданного четырехполюсника. Результаты измерений представить в виде файлов данных.

Литература

Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. 1980.
Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. т. I, М.: Высшая школа, 1970.
Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на СВЧ. 1963.
Марков Г.Т. Сазонов Д.М. Антенны. М.-Л.: 1975.
Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. 1975.
Тишер Ф. Техника измерений на СВЧ. М.: 1973.
Гинзтон Э.Л. Измерения на сантиметровых волнах.
Билько М.И., Томашевский А.К., Шаров И.Р., Баймуратов Е.А. Измерение мощности на СВЧ.
Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения.
Валитов Р.А., Сретинский В.Н. Радиоизмерения на СВЧ. 1958.
Фрадин А.Э., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенн. 1962.
Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. М.: 1972.
Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения. 1986.
Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. 1957.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. 1970.
Радиофизический практикум. Саратов, 1966.
Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. 1973.
Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. Наука, 1977.
Фрадин А.Э. Антенно-фидерные устройства. М., 1977
Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ. Новосибирск, 2006.