https://electroinfo.net

girniy.ru
↓ добавить свой файл
1


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный институт электроники и математики


«Утверждаю»

Декан Вечернего факультета

___________________________Симонов В.П.

“_____”______________200__ г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


по дисциплине «Микроволновые приборы и устройства»



Направление подготовки –
654100 «Электроника и микроэлектроника»

Номер специальности -
200300 «Электронные приборы»




Факультет -
Вечерний факультет

Кафедра -
Лазерные и микроволновые информационные системы



Москва – 2004 г.

1. Цели и задачи дисциплины.


Изучение теории и принципов работы основных МКВ электронных приборов и устройств, основанное на физических и математических моделях процессов взаимодействия активных сред с полями замедляющих систем. Рассматриваются методы моделирования и принципы проектирования и конструирования СВЧ приборов и устройств. Проводится моделирование процессов взаимодействия и автоматизация проектирования конструкций приборов с целью улучшения выходных параметров и технических характеристик СВЧ электронных приборов и устройств.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины



При изучении дисциплины студенты должны научиться выделять главные процессы и явления, определяющие технические характеристики электронных приборов, и уметь пользоваться основными моделями и методами расчета. Необходимо уметь пользоваться методами моделирования и проектирования СВЧ электронных приборов и устройств, а также проводить автоматизацию проектирования и оптимизацию выходных параметров с целью улучшения технических характеристик электронных приборов и устройств.


3. Объем дисциплины и вид учебной работы


Вид учебной работы
Всего часов
Семестр

Общая трудоемкость дисциплины
136
9

Аудиторные занятия
68
9

Лекции (Л)
34
9

Лабораторные работы (ЛР)
17
9

Курсовая работа
17
9

Самостоятельная работа
68
9

Вид итогового контроля



экзамен


4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№
Раздел дисциплины
Аудиторные занятия

Л
ЛР

1
Физические принципы СВЧ электроники. Микроволновый электронный прибор как преобразователь энергии.
*



2
Электродинамические системы микроволновых приборов. Квазистатические и динамические методы управления ПЗЧ. Микроволновые приборы с квазистатическим управлением. Полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы.
*
*

3
Микроволновые приборы с динамическим управлением. Пролетные и отражательные клистроны. Лампы бегущей и обратной волны.
*
*

4
Микроволновые приборы М – типа с замкнутым электронным потоком. Магнетроны, платинотроны и СВЧ электронные приборы магнетронного типа.
*
*

5
Мазеры и лазеры на свободных электронах. Шумы в электронных приборах. Компьютерное моделирование и проектирование микроволновых приборов и устройств.
*




4.2. Содержание разделов дисциплины


1.

Физические принципы СВЧ электроники. Тенденции развития и области применения микроволновых приборов и устройств. Микроволновый электронный прибор как преобразователь энергии.


  • 4 ч. лекций

Физические принципы СВЧ электроники. Тенденции развития и области применения микроволновых приборов и устройств. Микроволновый электронный прибор как преобразователь энергии. Электронно-оптические системы формирования потоков заряженных частиц (ПЗЧ). Движение электронов в электрическом и магнитном полях. Ток, наведенный движущимся зарядом.

2.
Электродинамические системы микроволновых приборов. Квазистатические и динамические методы управления ПЗЧ. Микроволновые приборы с квазистатическим управлением. Полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы.

  • 8 ч. лекций

  • 6 ч. лабораторных работ

Электродинамические системы микроволновых приборов, возбуждение электродинамических систем ПЗЧ. Замедляющие системы спирального и резонансного типа. Пространственные гармоники и дисперсионные зависимости. Квазистатические и динамические методы управления ПЗЧ, отбор энергии от ПЗЧ. Микроволновые приборы с квазистатическим управлением. Полупроводниковые диоды с положительным и отрицательным динамическим сопротивлением, биполярные и полевые транзисторы.

3.
Микроволновые приборы с динамическим управлением. Пролетные и отражательные клистроны. Лампы бегущей и обратной волны.

  • 8 ч. лекций

  • 6 ч. лабораторных работ

Микроволновые приборы с динамическим управлением. Пролетные и отражательные клистроны. Двухрезонаторный усилительный клистрон. Механизм скоростной модуляции и группирования электронов. Гармоники тока. Конструкция и принцип действия отражательного клистрона. Механизм модуляции и группирования электронов. Лампы бегущей и обратной волны на спиральных и резонансных ЗС. Конструкции и принцип действия ЛБВ и ЛОВ. Условия синхронизма и механизм группирования электронов бегущей волной. Дисперсионные характеристики. Способы увеличения коэффициента усиления и повышения КПД в приборах.


4.
Микроволновые приборы М – типа с замкнутым электронным потоком. Магнетроны, платинотроны и СВЧ электронные приборы магнетронного типа.

  • 8 ч. лекций

  • 5 ч. лабораторных работ

Микроволновые приборы М – типа с замкнутым электронным потоком. Магнетроны, платинотроны и СВЧ электронные приборы магнетронного типа. Магнетроны и электронные приборы магнетронного типа. Движение электронов в отсутствии СВЧ поля. Условие синхронизма. Селекция электронов и механизм образования электронных спиц. Особенности колебательной системы. Виды колебания и рабочий вид колебаний. Энергетические соотношения в магнетроне. Амплитрон - особенности конструкции и принцип действия.

5.
Мазеры и лазеры на свободных электронах. Шумы в электронных приборах. Компьютерное моделирование и проектирование микроволновых приборов и устройств.

  • 6 ч. лекций

Мазеры и лазеры на свободных электронах. Шумы в электронных приборах. Микроволновый прибор как элемент схемы. Компьютерное моделирование и проектирование микроволновых приборов и устройств. Физические принципы усиления и генерации микроволновых колебаний и основные конструкции мазеров и лазеров на свободных электронах. Классификация излучений индивидуальных электронов и ее применение для анализа состояния и тенденций развития электронных приборов и устройств мощной СВЧ электроники.


4.3 Понедельный план проведения занятий


Лекции:

1 неделя:

Предмет и задачи дисциплины. Физические принципы СВЧ электроники. Тенденции развития и области применения микроволновых приборов и устройств Современное состояние теории приборов и методы их моделирования и проектирования в различных приближениях. Микроволновый электронный прибор как преобразователь энергии. Различные режимы работы электронных приборов, физические и математические модели и методы их теоретического изучения.


2 неделя:
Электронно-оптические системы формирования потоков заряженных частиц (ПЗЧ). Движение электронов в электрических и магнитных полях.

3 неделя:
Решение уравнений движения электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях. Электродинамические системы микроволновых приборов, возбуждение электродинамических систем ПЗЧ. Электромагнитные волны в спиральных и периодических структурах.

4 неделя:
Замедляющие системы спирального и резонансного типа. Пространственные гармоники и дисперсионные зависимости. Метод дисперсионного уравнения. Бриллюэновские диаграммы и дисперсионные характеристики.

5 неделя:
Квазистатические и динамические методы управления ПЗЧ, отбор энергии от ПЗЧ. Микроволновые приборы с квазистатическим управлением. Конструкция и принцип действия двухрезонаторного клистрона. Полупроводниковые диоды с положительным и отрицательным динамическим сопротивлением, биполярные и полевые транзисторы.

6 неделя:
Конструкция и принцип действия двухрезонаторного клистрона М(2 лекция). Конструкция и принцип действия отражательного клистрона. Механизм модуляции и группирования электронов.

7 неделя:
Зоны генерации отражательного клистрона. Условия самовозбуждения и пусковой ток. Электронная перестройка частоты. Энергетические соотношения в пролетном и отражательном клистронах и оценка КПД.

8 неделя:

Лампы бегущей и обратной волны на спиральных и резонансных замедляющих системах О и М типа. Конструкция и принцип действия ЛБВ -0 типа. Условия синхронизма.


9 неделя:
Механизм группирования электронов бегущей волной.. Влияние дисперсии замедляющей структуры на АЧХ ЛБВ. Способы повышения КПД в ЛБВ.

10 неделя:
Моделирование процессов взаимодействия в электронных приборах со спиральными ЗС и на резонаторных ЗС (ЛБВ и ЛОВ).

11 неделя:
Особенности замедляющей структуры ЛОВ. Механизм обратной связи и условия синхронизма. Условия самовозбуждения и пусковой ток в ЛОВ. Микроволновые приборы М – типа с замкнутым электронным потоком. Магнетроны, платинотроны и СВЧ электронные приборы магнетронного типа. Магнетроны и электронные приборы магнетронного типа.

12 неделя:
Конструкция и принцип действия многорезонаторных магнетронов.

13 неделя:
Движение электронов без СВЧ поля и с учетом электромагнитных полей полей. Селекция электронов. Условия синхронизма. Механизм образования электронных спиц. Особенности колебательной системы магнетрона.

14 неделя:
Виды колебаний и рабочий тип колебаний в многорезонаторном магнетроне. Шумы в электронных приборах.

15 неделя:

Платинотрон и амплитрон, особенности конструкции и принцип действия. Микроволновый прибор как элемент схемы. Введение в мощную и сверхмощную электронику. Физические принципы усиления и генерации микроволновых колебаний и основные конструкции мазеров и лазеров на свободных электронах. Классификация излучений индивидуальных электронов и ее применение для анализа состояния и тенденций развития.


16 неделя:
Компьютерное моделирование и проектирование СВЧ приборов и устройств. Освоение новых диапазонов частот.

17 неделя:
Новые типы микроволновых ЭП и новые механизмы взаимодействия электронов потоков с СВЧ полями.


5. Лабораторный практикум.


№п/п
№ раздела дисциплины
Наименование лабораторных работ

1
2
Измерение добротности полых резонаторов ЭП

2
3
Исследование дисперсионных зависимостей замедляющих систем

3
4
Исследование режимов работы в многорезонаторных магнетронах


6. Курсовая работа.


«Математическое моделирование и проектирование, расчет и определение оптимальных параметров отражательного клистрона».


Цель работы – привитие навыков работы с учебной и научной литературой, выполнение расчетной и проектно-конструкторской работы.


7. Самостоятельная работа


  1. Метод кинематической группировки в теории приборов. [3] - 8 ч.

  2. Методика согласования и учета граничных нагрузок. [3] - 8 ч.

  3. Методика расчета процессов в отражательном клистроне. [3] - 8 ч.

  4. Методы расчета сил пространственного заряда. [3] - 8 ч.

  5. Метод связанных волн в теории приборов. [3] - 8 ч.


  6. Метод дисперсионного уравнения в теории МКВ ЭП. [3] - 5 ч.

  7. Матричный метод в теории МКВ ЭП. [3] - 5 ч.

  8. Теория и механизм образования электронных спиц в магнетронах. [4] - 8 ч.

  9. Новые типы приборов и новые механизмы взаимодействия. [4] - 10 ч.



8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

8.1. Рекомендуемая литература

а) Основная литература

  1. Методические указания к лабораторным работам. МИЭМ. М., 1987 и 1988 г.

  2. Методические указания к курсовой работе. МГИЭМ. 2003 г.(рукопись).

  3. И.В. Лебедев. Техника и приборы СВЧ. М.: ВШ. 1970 - т. 1, 1972 - т. 2

  4. В.И. Kанавец, Ю.Д. Mозговой, А.И. Слепков. Излучение мощных электронных потоков в РЗС. M.: Изд. МГУ. 1993 г.

  5. Л.А. Вайнштейн, В.A. Солнцев. Лекции по СВЧ электронике. M.: Радио и связь. 1989 г.


8.2. Дополнительная литература

  1. Р.А. Силин. Периодические волноводы. М.: Изд. Фазис. 2002 г.

  2. Д.И. Трубецков, А.Е Храмов. Лекции по СВЧ электронике. М.: Физматгиз. 2003.

  3. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Радио и связь. 1989.

  4. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение электромагнитных волн. М.: Наука. 1989.



Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 654100 «Электроника и микроэлектроника» для специальности 200300 «Электронные приборы и устройства».


Программу составили:

Уваров Игорь Александрович, доцент, к.т.н.

Хриткин Сергей Анатольевич, доцент, к.т.н.

Настоящая рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры ЛМИС «___»____________2004 г., протокол № _____ и рекомендована к применению в учебном процессе



Заведующий кафедрой ЛМИС,

д.т.н., профессор

/А.С.Черкасов/

«___»____________2004 г.


Срок действия программы продлен на:


200_ /200_ уч. год ______________________________.

(подпись зав. кафедрой)


200_ /200_ уч. год ______________________________.

(подпись зав. кафедрой)


200_ /200_ уч. год ______________________________.

(подпись зав. кафедрой)


200_ /200_ уч. год ______________________________.

(подпись зав. кафедрой)