Общие соображения о характере колебаний в системах, близких к линейным и консервативным. Введение малого параметра для оценки медленности изменения амплитуд колебаний. Метод Ван-дер-Поля и метод усреднения как примеры асимптотических методов, родственных методу ММА. Процедура составления укороченных уравнений для случая системы с произвольным (конечным) числом степеней свободы.
Укороченные уравнения одноконтурного автогенератора без автоматического смещения и их интегрирование. Зависимость процесса установления от параметров схемы и начальных условий. Условия устойчивости стационарного автоколебательного режима.
Укороченные уравнения регенеративной схемы и условия устойчивости одночастотного режима колебаний с частотой внешней ЭДС (автоколебательная и потенциально-автоколебательная системы в случаях мягкой и жесткой характеристик).
Флуктуации амплитуды и фазы колебаний автогенератора резонансного типа. Спектр флуктуаций амплитуды и спектр колебания. Естественная ширина линии. Спектральная плотность частотных флуктуаций.
7. Анализ при помощи метода ММА квазилинейных систем З-го и более высоких порядков
LС-генератор с автоматическим смещением. Эволюция формы ха-рактеристики средней крутизны при изменении сопротивления в цепи автосмещения. Стационарный одночастотный режим и условия его устойчивости. Автоколебательные режимы, отличные от одночастотного (прерывистая генерация, автомодуляция и др.).
Укороченные уравнения двухконтурного генератора. Двухчастотный режим и его неустойчивость в случае мягкой характеристики. Устойчивость одночастотных режимов. Укороченные уравнения многоконтурных генераторов.
Укороченные уравнения квантового генератора. Выражения для частоты установившихся колебаний и стационарных значений амплитуды поля и разности населенностей. Способы получения инверсной заселенности. Устройство и принцип действия пучкового квантового генератора.
8. Параметрические системы
Основные принципы параметрического возбуждения и усиления колебаний. Теорема Флоке (Блоха) для уравнений с периодическими коэффициентами и общие интегралы уравнений Хилла и Матье. Устойчивость решений уравнения Матье и условие возбуждения параметрических колебаний.
Исследование одноконтурных параметрических генераторов и усилителей методом ММА. Синхронный (когерентный) и асинхронный (неко- герентный) усилительные режимы.
Соотношения Мэнли-Роу и анализ двухконтурного параметрического усилителя.
9. Колебания распределенных систем
Нелинейная распределенная система без потерь и без дисперсии. Решение в виде ударной волны.
Параметрические явления в распределенных системах. Генерация второй гармоники и другие эффекты при распространении света в нелинейной среде.
Лабораторные работы.
1. Исследование генератора с двумя степенями свободы.
2. Исследование томсоновской автоколебательной системы на двухполюснике с отрицательным сопротивлением.
3. Исследование резонанса второго рода.
4. Исследование LС-автогенератора на биполярном транзисторе.
5. Параметрические системы.
6. Исследование синхронизации генератора пилообразных колебаний синусоидальным напряжением.
7. Исследование нелинейного контура.
8. Исследование автогенераторов на туннельных диодах.
9. Регулярные и хаотические автоколебания генератора на синтезированной нелинейности.
Таблица 1. Распределение времени студентов по видам занятий
Литература:
Основная
1. Конторович М.И. Нелинейные колебания в радиотехнике. - М.: Сов. радио, 1973. - 320 с.
2. Мигулин В.В., Медведев В.Н., Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Основы теории колебаний. - М.: Наука, 1973. - 392 с.
3. Рабинович М.И., Трубецкое Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. - М.: Наука, 1992. - 454 с.
Дополнительная
1. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. - М.: Фичматгич, 1959.
2. Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Введение в теорию нелинейных колебаний. - М.: Наука, 1987. - Зй4 с.
3. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. - М.: Наука, 19б4. - 320 с.
4. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. - М.: Сов.радио, 1975. - 320 с.
5. Ланда П. С. Автоколебания в системах с конечным числом степеней свободы. - М.: Наука, 1980.
6. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. - М.: Наука, 1972. - 472 с.
7. Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. - М.: Наука, 1972.
8. Мартынов Б.А., Молотков В.И. Резонансные явления в электрических цепях с нелинейными элементами. - Л.: ЛПИ, 1982. - 68 с.
9. Николаев В.М. Нелинейная оптика. - Л.: ЛПИ, 1982. - 84 с.
10. Страховский Г.М., Успенский А.В. Основы квантовой электроники. - М.: Высш.шк., 1973.
1.3.04 Дисциплина Б3.В.04 «Специальные вопросы радиоэлектроники»
Общая трудоёмкость изучения дисциплины составляет 3 зач. ед. (72 часа)
1. Цели и задачи изучения дисциплины
Целью изучения дисциплины является формирование у студента профессиональных компетенций в области - фундаментальных основ радиоэлектроники, необходимых для подготовки бакалавров, способных к использованию и созданию современных СВЧ радиоэектронных устройств.
2. Место дисциплины в рабочем учебном плане
Классификация и структурные схемы основных видов радиотехнических систем.
Типы и характеристики базовых элементов транзисторных логик: ключи на биполярном транзисторе и полевом транзисторе с барьером Шоттки, МОП- и КМОП-ключи, переключатели тока, нагрузочная способность и быстродействие ключей, схемы включения; основные семейства цифровых микросхем, параметры и характеристики, базовые элементы серий ДТЛ, ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, ИЛИ, логические элементы на ДМОП- и КМОП-ключах,тристабильная схема, расширители, многоуровневые логические элементы.
Устройства приема и обработки сигналов: структурные схемы и основные характеристики радиоприемных устройств, приемники прямого усиления и супергетеродинные приемники; транзисторные и диодные (резистивные и параметрические) преобразователи частоты, балансные схемы; шумы и чувствительность радиоприемных устройств, коэффициент шума и шумовая температура, шумовые параметры транзисторов, согласование усилителя по шумам и по мощности; диодные и транзисторные детекторы амплитудно-модулированных колебаний,импульсно-счетная и другие схемы частотных детекторов, балансные фазовые детекторы на диодах, транзисторах и логических элементах; автоматическая регулировка усиления и автоматические подстройки частоты (частотная и фазовая) в радиоприемных устройствах.
Основные методы приема радиоастрономических сигналов, принципы построения радиометров.
3. Основные дидактические единицы (разделы)
| № | Разделы дисциплины по РПД | Объем занятий, час | ||
| Л | ПЗ | СР | ||
| 1 | Особенности свойств материалов на сверхвысоких частотах (СВЧ) | 2 | 2 | 2 |
| 2 | Линии передачи и электродинамические структуры, используемые в СВЧ электронике | 3 | 3 | 3 |
| 3 | Особенности протекания токов и взаимодействия электронов с СВЧ полями; основные идеи создания СВЧ устройств | 4 | 4 | 4 |
| 4 | Устройства с электростатическим сеточным управлением, устройства О-типа, устройства магнетронного типа, типичные релятивистские устройства; | 4 | 4 | 4 |
| 5 | Волновые и колебательные явления в электронных потоках СВЧ устройств; формирование электронных потоков для основных типов СВЧ устройств и особенности коллективных процессов в реализуемых на практике потоках; влияние коллективных процессов на характеристики СВЧ устройств | 3 | 3 | 3 |
| 6 | Ионные и плазменные процессы в вакуумных СВЧ устройствах и их влияние на их функционирование. | 2 | 2 | 2 |
| Общая трудоемкость 72 час | 18 | 18 | 18 | |
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- физические основы вакуумной СВЧ электроники;
- принципы создания и механизмы работы важнейших типов СВЧ приборов и устройств;
уметь:
- определять достижимые характеристики основных типов СВЧ устройств;
- оценивать области возможного их применения;
владеть:
- навыками практического использования методов оценки характеристик СВЧ-устройств различного назначения;
Иметь представление:
- об использовании средств и методов СВЧ электроники в практической деятельности;
- об основных научно-технических проблемах и перспективах развития СВЧ электроники.
4. Объем дисциплины по видам учебной работы и формы контроля
| Виды занятий и формы контроля | Объем по семестрам |
| 7-й семестр | |
| Лекции, ч/нед | 2 |
| Практические занятия, ч/нед | 2 |
| Самостоятельные занятия, ч/нед | 2 |
| Экзамены, шт/сем | 1 |
Общая трудоемкость дисциплины составляет 72 часа.