Файл: Учебная прог Радиооптика_новая.doc

Учреждение образования

«Витебский государственный университет имени П.М. Машерова»

УТВЕРЖДАЮ

Ректор УО «ВГУ им. П.М. Машерова»

___________________ А.П. Солодков

«_____» __________________ 20__ г.

Регистрационный № УД-______/р.

Радиооптика Учебная программа для специальности:

1–31 04 01–02 Физика (производственная деятельность)

Факультет _______________физический_____________________________
Кафедра ________________инженерной физики_______________________
Курс (курсы) ____________5_______________________________________
Семестр (семестры) ____________9__________________________________
Лекции ____30_______	Экзамен _____13_________
Практические (семинарские) занятия ________-_______	Зачет _________-________
Лабораторные занятия ________26_______	Курсовой проект (работа) ______
Всего аудиторных часов по дисциплине ______95________
Всего часов по дисциплине ____95___	Форма получения высшего образования ____дневное_____
Составил: ст. преп. к.ф.-м..н., Бохан Ю.И.
2013 г.

Учебнаяпрограмма составленана основе базовой учебной программы «Прикладная электродинамика», ТД-G-221, утвержденной 15.10.2009г.

Рассмотрена и рекомендована к утверждению в качестве рабочего варианта на заседании кафедры

---

_________________________инженерной физики________________________

(название кафедры)

7.06.2013 №13____

(дата, номер протокола)

Заведующий кафедрой

________________Краснобаев Е.А.

(подпись)

Одобрена и рекомендована к утверждению Научно-методическим советом __________________ УО «ВГУ им. П.М. Машерова»____________________

(название высшего учебного заведения)

(дата, номер протокола)

Председатель

________________ _____________

(подпись) (И.О.Фамилия)

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1 Цели преподавания дисциплины

Радиооптика – наука об изучении и использовании волновых процессов в оптике и радиотехнике, основанная на общности законов оптики и радиотехники. в частности, оптические методы позволяют наблюдать и моделировать дифракционные и интерференционные явления характерные для радиоволн. и наоборот, сейчас освоены гетеродинные методы обработки сигналов, впервые использованные в радиотехнике. Целью преподавания дисциплины является обучение основным теоретическим положениям, понятиям, методам и практической работе по расчету и созданию радиооптических систем обнаружения и связи.

Основная цель изучаемой дисциплины - дать представления о фундаментальных физических процессах, лежащих в основе современной радиооптики, и тем самым определить ее возможности и пути дальнейшего развития, рассмотреть принципы действия, особенности конструкций, технические характеристики приборов и устройств радиооптики, подготовить будущих специалистов к технически грамотному их применению, к дальнейшему изучению специальной литературы по отдельным вопросам данной области и стимулировать их на совершенствование существующих и разработку новых методов, приборов и устройств оптоэлектроники и интегральной оптики.

Образовательные цели дисциплины:

Сформировать у студентов систему структурированных знаний по радиооптике, их обработке и применении в электронике. Выработать у обучающихся концептуальный подход при обосновании оптимального метода формирования различного типа сигналов и выбора методик контроля их параметров. Сформировать у обучающихся навыки описания свойств радиотехнических устройств, а также систем их классификации на основе современных теорий и подходов.

---

Профессиональные цели дисциплины:

Сформировать теоретические и практические навыки для осознанного и целенаправленного использования полученных знаний при создании элементов, приборов и устройств микроэлектроники и наноэлектроники. Подготовить специалиста, способного самостоятельно организовать технологический процесс с учетом современных знаний в области радиооптики и технологического оборудования.

Дисциплина «Радиооптика»относится к циклу специальных дисциплин, базируется на результатах изучения дисциплин общепрофессионального блока, в том числе: «Оптика», «Электродинамика», является развитием указанных дисциплин в приложении к конкретным объектам радиоэлектроники.

Для успешного усвоения дисциплины студент должен

знать:

• закономерности поведение заряженных частиц в электрических и магнитных полях;

• законы распространения электромагнитных волн в различных средах;

• основные принципы описания и расчета волновых процессов

уметь:

• применять фундаментальные принципы электромагнитной теории;

• решать типовые задачи, связанные с основными разделами квантовой механики и статистической физики;

• уметь строить простейшие математические модели для описания свойств простейших радиооптических элементов;

• использовать физические законы при анализе и решении задач радиотехнического профиля;

владеть:

• методами поиска и обмена информацией в глобальных и локальных компьютерных сетях,

• методами проведения физических измерений, методами корректной оценки погрешностей при проведении физического эксперимента;

• теоретическими методами описания свойств волновых полей в различных линиях передачи;

• подходами и методами электродинамики волновых полей для описания закономерностей передачи информации.

---

II. Содержание программы

а) Программа лекционного курса

Модуль 1. Основы электродинамики полей, гармонически меняющихся во времени

1. Электромагнитное поле в среде с дисперсией. Фазовая и групповая скорости волн. Теорема единственности. Условия излучения. Лемма Лоренца и теорема взаимности. Общее представление полей излучения произвольной системы токов в дальней зоне.

2. Основные типы электромагнитных излучателей. Излучение заданных источников в гиротропных средах. Направляемые электромагнитные волны. Понятие о линиях передачи. Типы регулярных линий передачи.

3. Классификация направляемых волн. Общая теория волн Т, Е, Н типов. Коэффициент распространения, критическая частота, фазовая скорость и длина волны в линии,

4. Групповая скорость и скорость распространения энергии, дисперсия волн в волноводе. Концепция парциальных волн. Передаваемая мощность. Затухание волн в линиях передачи.

5. Односвязные закрытые линии передачи. Многосвязные линии передачи. Полосковые, микрополосковые линии передачи. Линии передачи, направляющие медленные волны. Распространение волн в периодических структурах.

6. Возбуждение волн в волноводах. Элементы возбуждения.

7. Общие свойства полей в объемных резонаторах. Волноводные резонаторы. Резонаторы сложной формы. Диэлектрические резонаторы. Полосковые резонаторы. Собственные колебания в резонаторе с потерями. Возбуждение резонаторов. Эквивалентная схема резонатора.

8. Принципы радиосвязи. Модуляция колебаний. Радиопередатчик, передающая антенна. Демодуляция колебаний. Радиоприемник, приемная антенна. Гетеродинный прием. Супергетеродинный прием.

9. Полусвободные электромагнитные волны. Понятие о радиолокации. Международные стандарты радиочастот. Цифровой способ передачи радиосигнала.

РЕЗУЛЬТАТИВНОСТЬ МОДУЛЯ. В результате изученияМОДУЛЯ 1студент должен:

ЗНАТЬ

• уравнения Максвелла и основные принципы теории излучения;

• основные методы расчета волновых полей в волноводах;

• базовые принципы радиосвязи.

УМЕТЬ

• составлять линию передачи из типовых элементов;

• оценивать характеристики резонатора по его геометрическим параметрам;

• составлять принципиальные схемы передачи сигнала по линиям.

---

МОДУЛЬ 2. Излучательные и приемные устройства.

1. Основные параметры антенны: направленность излучения антенны, диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, поляризационная характеристика, сопротивление излучения, КПД антенны, диапазон рабочих частот, эффективная площадь антенны.

2. Назначение передающей и приемной антенн. Влияние среды на условия распространения радиоволн. Основные задачи теории антенн. Основные задачи теории распространения радиоволн.

   1. Расчет поля излучения антенн. Применение принципа суперпозиции к расчету поля излучения антенн.

   2. Особенности расчета поля в дальней зоне антенны.

   3. Основные электрические параметры передающих антенн.

3. Теория симметричных вибраторов. Приближенный закон распределения тока в симметричном электрическом вибраторе. Диаграмма направленности, коэффициент направленного действия и действующая длина симметричного вибратора. Многовибраторные антенны. Антенна из двух полуволновых вибраторов.

4. Многоэтажная синфазная антенна. Многовибраторная антенна типа бегущей волны. Интерференционный множитель. Мощность и сопротивление излучения системы вибраторов. Метод наведенных ЭДС. Расчет собственных и наведенных сопротивлений вибраторов.

   1. Излучение антенных решеток.

   2. Влияние Земли на направленность антенны.

   3. Отражательные формулы.

   4. Несимметричные заземленные антенны. Оценка их параметров. Роль заземления.

5. Особенности антенн диапазонов СДВ, ДВ, СВ и КВ. Рамочные и ромбические антенны. Особенности работы антенн в проводящей среде и плазме.

   1. Основы теории приемных антенн. Физические основы процесса приема.

   2. Применение принципа обратимости для анализа приемных антенн.

   3. Согласование приемной и передающей антенн по поляризации.

   4. Условия выделения максимальной мощности в нагрузке приемной антенны.

6. Особенности СВЧ диапазона. Применение колебательных систем и передающих линий на СВЧ. Недостатки обычных колебательных систем и передающих линий на повышенных частотах. Понятия объемного резонатора и волновода.

   1. Объемные резонаторы.

   2. Нахождение параметров объемных резонаторов с помощью теории поля.

   3. Выражение добротности объемного резонатора через его активную и реактивную проводимости.

7. Виды колебаний в объемных резонаторах. Общие свойства электромагнитных полей в объемных резонаторах. Типы полей в простейших резонаторах (прямоугольного сечения, круглого сечения, резонаторе квазистационарного типа).

8. Электромагнитные волны в направляющих системах. Направляющие системы и направляемые волны. Типы направляющих систем и направляемых волн.

   1. Теорема о связи поперечных и продольных компонент поля.

   2. Полые волноводы. Типы волн в волноводах прямоугольного и круглого сечений.

   3. Дисперсия волн в волноводе. Волна Н₁₀ в прямоугольном волноводе.

   4. Передача и поглощение энергии в волноводах. Неоднородности в волноводах.

   5. Метод эквивалентных схем. Стоячие волны и согласования.

9. Приближенные методы решения антенных задач СВЧ диапазона. Метод физической оптики. Дифракция на диске. Дифракция на отверстиях и непрозрачных экранах. Методы краевых волн.

   1. Метод геометрической оптики. Общие идеи и основная формула, связывающая поля в двух точках на луче. Отражение плоской волны от круглого параболического зеркала. Геометрическая теория дифракции. Принцип дополнительности для плоских экранов. Идеальная щелевая антенна, Реальные щелевые антенны. Щели в экранах конечных размеров. Щели в резонаторах и волноводах.

   2. Апертурные антенны. Волноводные и рупорные антенны. Их особенности. Излучение из открытого конца волновода. Зеркальные и линзовые антенны. Фазированные антенные решетки.

   3. Антенны бегущей волны. Диэлектрические антенны. Cпиральные антенны. Сверхширокополосные антенны. Использование голографических идей для создания антенных систем высокого разрешения.

10. Эквивалентная линия передачи. Описание волн в линиях передачи в терминах линейной теории цепей. Основные режимы работы линии передачи. Согласование в линиях передачи.

11. Многополюсники СВЧ. Методы анализа многополюсников СВЧ. Матричное описание многополюсников. Основные свойства многополюсников. Взаимные устройства СВЧ. Ферритовые устройства СВЧ. Методы анализа квазиоптических систем. Открытые волноводы и резонаторы. Квазиоптические системы с квадратичными корректорами. Конфокальные и неконфокальные резонатор.

---