МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Устройства СВЧ и антенны

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра радиофизики и теоретической физики
Направление подготовки03.03.03. Радиофизика
ПрофильМетоды и технологии цифровой экономики
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость4 ЗЕТ
Учебный план03_03_03_РФ-1-2020
Часов по учебному плану 144
в том числе:
аудиторные занятия 56
самостоятельная работа 88
Виды контроля по семестрам
диф. зачеты: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Лабораторные 38 38 38 38
Сам. работа 88 88 88 88
Итого 144 144 144 144

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Щербинин Всеволод Владиславович

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности, Рудер Давыд Давыдыч

Рабочая программа дисциплины
Устройства СВЧ и антенны

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.03 РАДИОФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 12.03.2015г. №225)

составлена на основании учебного плана:
03.03.03 Радиофизика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра радиофизики и теоретической физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель курса «УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ» состоит в формировании у студента представления о роли и месте антенно-фидерного тракта в составе сложной радиотехнической системы, выработка базовых умений и навыков расчетной оценки основных параметров антенн и СВЧ устройств. Ядро курса составляют основные понятия прикладной электродинамики, составляющие основу современных методик проектирования антенн и устройств СВЧ.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-1 способностью понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования
ПК-2 способностью использовать основные методы радиофизических измерений
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.уравнения Максвелла и основные принципы и теоремы прикладной электродинамики;
роль и место антенно-фидерного тракта в составе сложной радиотехнической системы;
механизм влияния окружающей среды на поле излучения и характеристики согласования антенны;
основные параметры антенн, методы их расчета и измерения;
методы расчета и измерения параметров основных линий передачи.
3.2.Уметь:
3.2.1.формировать технические требования к антенне и согласующему устройству, исходя из назначения радиотехнической системы;
на основе анализа заданных технических требований производить выбор требуемого типа антенны и фидерной линии;
выполнятьмоделирование проволочных антенн основных классов.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.численно-аналитическими методами расчёта характеристик простых антенн: линейного симметричного вибратора и штыревой антенны;
методами компьютерного моделирования и анализа характеристик антенн с помощью специализированного программного обеспечения.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основные характеристики антенн
1.1. Основные характеристики антенн. Роль и назначение антенны. Структурная схема антенны. Классификация антенн.Основные характеристики антенны как преобразователя энергии. Параметры, характеризующие излучение антенны. Эксплуатационные характеристики антенны. Лекции 7 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л2.2
Раздел 2. Проволочные антенны
2.1. Излучение линейного симметричного вибратора (полуволновой вибратор, волновой вибратор, двухволновой диполь). Сопротивление излучения линейного симметричного вибратора. Коэффициент направленного действия линейного симметричного вибратора. Эффективное удлинение антенны. Практическое применение линейных симметричных вибраторов. Лекции 7 2 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л1.1, Л2.2
2.2. Дипольные антенны. Ознакомление с возможностями программы моделирования проволочных антенн MMANA Лабораторные 7 4 ПК-1 Л2.1, Л1.2
2.3. Диполь Надененко. Шлейф-вибратор Пистолькорса. Несимметричные вибраторы. Штыревая антенна. Антенны с верхним питанием. Несимметричные петлевые антенны. Антенны типа «волновой канал». Практическое применение антенн типа «волновой канал». Логопериодическая вибраторная антенна. Турникетные антенны. Широкополосные вещательные антенны. Проволочные антенны бегущей волны. Режимы работы антенн бегущей волны. Антенна Бевереджа. Спиральные антенны. Лекции 7 2 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л1.1, Л2.2
2.4. Несимметричные вибраторные антенны Лабораторные 7 4 ПК-1 Л2.1, Л1.2
2.5. Узконаправленные приёмные антенны Лабораторные 7 4 ПК-1 Л2.1, Л1.2
2.6. Вещательные антенны Лабораторные 7 4 ПК-1 Л2.1, Л1.2
2.7. Эффективное удлинение антенны. Влияние земли на харатеристики вибраторных антенн. Логопериодическая спиральная антенна. Ромбическая антенна. Панельные антенны. Сам. работа 7 10 ПК-1 Л1.2, Л2.2
Раздел 3. Фидеры и согласующие устройства
3.1. Питание проволочных антенн. Типы фидерных линий и их характеристики. Симметрирующие устройства (согласующее устройство типа «стакан»; U-колено; возбуждение симметричного вибратора щелью; схема компенсации тока на наружной оболочке коаксиальной линии). Лекции 7 2 ПК-1, ПК-2 Л2.1, Л1.2, Л1.1, Л2.2
3.2. Согласующие устройства Лабораторные 7 8 ПК-2 Л1.1, Л2.2
3.3. Устройства СВЧ, применяемые в фидерных трактах: фазовращатели ферритовые, вентили, направленные ответвители, ферритовые циркуляторы. Сам. работа 7 14 ПК-1 Л1.2, Л2.2
Раздел 4. Дифракционные антенны
4.1. Щелевые антенны на плоскости. Кольцевые щелевые антенны. Кольцевые антенны на поверхности цилиндра. Рупорные антенны. Рупорно-параболические антенны. Линзовые антенны (линза Максвелла и линза Люнеберга). Зеркальные антенны (плоское зеркало, параболическое зеркало, антенна Кассегрейна). Лекции 7 2 ПК-1 Л1.2, Л2.2
4.2. Зеркальные и панельные антенны Лабораторные 7 8 ПК-1, ПК-2 Л1.1, Л2.2
4.3. Питание щелевых антенн. Кольцевые щелевые антенны. Кольцевые антенны на поверхности цилиндра. Антенны с ускоряющими линзами. Зеркальные антенны. Сам. работа 7 22 ПК-1 Л1.1, Л2.2
Раздел 5. Антенные интерферометры
5.1. Фазированные антенные решётки. Радары с синтезированной апертурой. Лекции 7 4 ПК-1 Л1.1, Л2.2
5.2. Фазированные антенные решётки. Способы управления фазой в ФАР. Метод наведённых ЭДС. Радары с синтезированной апертурой. Цифровые антенные решётки. Сам. работа 7 22 ПК-1 Л1.1, Л2.2
Раздел 6. Фрактальные и полосковые антенны
6.1. Виды фракталов. Антенны на основе фракталов Коха, Минковского. Применение «ковра Серпинского» в антенной технике. Лекции 7 4 ПК-1 Л1.1, Л2.2
6.2. Фрактальные антенны Лабораторные 7 6 ПК-1 Л1.1, Л2.2
6.3. Виды фрактальных антенн. Антенны на основе нити Пеано и кривой Гильберта. Рамочные антенны и крестовые антенны. Сам. работа 7 20 ПК-1 Л1.1, Л2.2

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1. Роль и назначение антенны. Структурная схема антенны.

2. Классификация антенн по рабочему диапазону частот. Классификация антенн по принципу формирования излучения. Антенна как преобразователь энергии.

3. Параметры, характеризующие излучение антенны. Эксплуатационные характеристики антенны.

4. Излучение линейного симметричного вибратора (полуволновой, волновой и двухволновой линейные симметричные вибраторы).

5. Сопротивление излучения линейного симметричного вибратора. Коэффициент направленного действия линейного симметричного вибратора.

6. Практическое применение линейных симметричных вибраторов. Влияние толщины проводников на характеристики линейного симметричного вибратора. Диполь Надененко. Шлейф-вибратор Пистолькорса.

7. Штыревая антенна. Влияние земли на характеристики излучения штыревой антенны. Антенна с верхним питанием.

8. Излучение антенны Уда-Яги.

9. Практическое применение антенн Уда-Яги. Логопериодическая проволочная антенна.

10. Турникетная антенна. Вибратор Брауде для турникетной антенны. Вибратор RCA для турникетной антенны.
11. Принципы формирования излучения ан тенн бегущей волны. Режимы работы.

12. Антенна Бевереджа. Спиральные антенны.

13. Использование коаксиальной фидерной линии для питания проволочных антенн. Согласующее устройство типа "стакан". Согласующее устройство типа U-колено. Согласующие устройства с дополнительным проводником. Щелевое согласующее устройство.

14. Щелевые антенны и антенны в виде открытого конца волновода.

15. Рупорные и рупорно-параболические антенны.

16. Зеркальные и линзовые антенны.

17. Фазированные антенные решётки и фрактальные антенны.

18. Волны в линиях передачи: поперечная, электрическая, магнитная, гибридная, квазипоперечная.

19. Телеграфные уравнения для многопроводных линий.

20. Планарные компоненты.
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
см. ФОС в приложении

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 под ред. А.А. Филонова Устройства СВЧ и антенны: учебник Красноярск : Сибирский федеральный университет / ЭБС "Университетская библиотека online", 2014 biblioclub.ru
Л1.2 А. Д. Григорьев Электродинамика и микроволновая техника : учеб. СПб.: Лань, 2007//ЭБ www.lib.asu.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Б. М. Петров Электродинамика и распространение радиоволн : учеб. М.: Горячая линия-Телеком, 2003//ЭБ www.lib.asu.ru
Л2.2 Велигоша А.В. Приборы СВЧ и оптического диапазона: учебное пособие Ставрополь : СКФУ / ЭБС "Университетская библиотека online", 2014 biblioclub.ru
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 1. www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 2. www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 3. www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 4. www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 5. www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
Э6 6. www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э7 7. www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э8 8. www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э9 9. www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы»
Э10 10. www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э11 11. news.rea.ru/portal/Departments.nsf/(Index)/Lib Библиотека Российской экономической академии им. Плеханова.
Э12 12. e.lanbook.com/ ЭБС «Лань»
Э13 13. www.biblioclub.ru/ Интернет-портал «Университетская библиотека онлайн»
Э14 Электронный курс "Устройства СВЧ и антенны" portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Программа моделирования антенн MMANA 2.03 (freeware).
Microsoft Windows
Microsoft Office
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
419К лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации; Учебная мебель на 17 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; компьютеры: NAIO Corp Z520, НЭТА - 4 in - 13 ед.
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. ФОС в приложении