Рабочая программа по дисциплине «Микроволновые приборы и устройства»

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
№	Раздел дисциплины	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

Метод кинематической группировки в теории приборов. [3] - 8 ч.
Методика согласования и учета граничных нагрузок. [3] - 8 ч.
Методика расчета процессов в отражательном клистроне. [3] - 8 ч.
Методы расчета сил пространственного заряда. [3] - 8 ч.
Метод связанных волн в теории приборов. [3] - 8 ч.
Метод дисперсионного уравнения в теории МКВ ЭП. [3] - 5 ч.
Матричный метод в теории МКВ ЭП. [3] - 5 ч.
Теория и механизм образования электронных спиц в магнетронах. [4] - 8 ч.
Новые типы приборов и новые механизмы взаимодействия. [4] - 10 ч.

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

8.1. Рекомендуемая литература

а) Основная литература

Методические указания к лабораторным работам. МИЭМ. М., 1987 и 1988 г.
Методические указания к курсовой работе. МГИЭМ. 2003 г.(рукопись).
И.В. Лебедев. Техника и приборы СВЧ. М.: ВШ. 1970 - т. 1, 1972 - т. 2
В.И. Kанавец, Ю.Д. Mозговой, А.И. Слепков. Излучение мощных электронных потоков в РЗС. M.: Изд. МГУ. 1993 г.
Л.А. Вайнштейн, В.A. Солнцев. Лекции по СВЧ электронике. M.: Радио и связь. 1989 г.

8.2. Дополнительная литература

Р.А. Силин. Периодические волноводы. М.: Изд. Фазис. 2002 г.
Д.И. Трубецков, А.Е Храмов. Лекции по СВЧ электронике. М.: Физматгиз. 2003.
Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Радио и связь. 1989.
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)