Кафедра радіотехнічних систем |
Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
Галузь знань | 17 - Електроніка та телекомунікації |
Спеціальність | 172 - Телекомунікації та радіотехніка |
Освітня програма | 172Мп РТС - Радіотехнічні інформаційні технології (ЄДЕБО id: 8562)172Мп РКС - Радіотехнічні комп'ютеризовані системи (ЄДЕБО id: 49258)172Мн РКС - Радіотехнічні комп'ютеризовані системи (ЄДЕБО id: 49259)172Мп РКС+ - Радіотехнічні комп'ютеризовані системи (ЄДЕБО id: 57922) |
Статус дисципліни | Нормативна |
Форма здобуття вищої освіти | Очна |
Рік підготовки, семестр | 1 курс, осінній семестр |
Обсяг дисципліни | 5 кред. (Лекц. 36 год, Практ. 18 год, Лаб. 18 год, СРС. 78 год ) |
Семестровий контроль/контрольні заходи | Екзамен |
Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
Мова викладання | Українська |
Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Омеляненко М. Ю., Практ.: Омеляненко М. Ю., Лаб.: Турєєва О. В., СРС.: Омеляненко М. Ю. |
Розміщення курсу | https://do.ipo.kpi.ua/ |
Швидкий розвиток радіотехнічних систем, зокрема систем спеціального призначення та зв’язку, космічних технологій, медицини, транспорту, нових виробництв призвело до широкого освоєння НВЧ діапазону – частот від 2 до 150 ГГц. Сьогодні обладнання на ці частоти випускається серійно, у великих кількостях, причому в умовах жорсткої конкуренції. Це визначає необхідність радикально змінити всю технологічно-конструкторську базу НВЧ діапазону. Перш за все, це стосується заміни активних приладів на твердотільні і, як наслідок, заміни хвилеведучих систем – об’ємних хвилеводів, коаксіалів на планарні лінії передачі, які виготовляються методами інтегральної технології, а також необхідністю сконцентрувати енергію в об’ємах, співставних із розмірами сучасних твердотільних активних елементів (сотні мікрометрів). Основні принципи побудови ГІС і МІС сучасних мікрохвильових пристроїв на основі хвилеводно-планарних систем є предметом вивчення дисципліни «Гібридні та монолітні інтегральні пристрої мікрохвильового діапазону»
Метою навчальної дисципліни є формування у студентів компетентностей:
Предмет вивчання дисципліни «Гібридні та монолітні інтегральні пристрої мікрохвильового діапазону» є принципи побудови ГІС і МІС сучасних мікрохвильових пристроїв на основі хвилеводно-планарних систем, методика розрахунків, схемо-технічні та конструкторсько-технологічні рішення.
У відповідності до освітньої програми програмні результати навчання:
Міждисциплінарні зв’язки: дисципліна базується на знаннях матеріалу курсів «Загальна фізика», «Вища математика», «Основи теорії кіл», «Електродинамiка та поширення радіохвиль», «Схемотехніка. Електронна компонентна база», «Передавання інформації в радіотехнічних системах», «Радіоприймальні пристрої» та інш.
Одержані знання та навички після вивчення цієї дисципліни використовуються подалі в дисципліні «Системи радіопротидії», при виконанні курсових робіт та наукових робіт за темами магістерських дисертацій.
Навчальна дисципліна містить теми.
Розділ 1. Електродинамічні властивості ліній передачі діапазону НВЧ.
Тема 1.1. Теоретичний аналіз регулярних ліній передачі діапазону НВЧ. Рівняння Гельмгольца. Зв’язок поперечних та повздовжніх компонент електромагнітного поля. Хвилі типу Т, квазі-Т, Е, Н, гібридні. Загальні властивості дисперсії
Тема 1.2. Огляд реальних ліній передачі діапазону НВЧ: мікросмужкова лінія (МСЛ), Н, П-хвилеводи, як прототипи хвилеводно-планарних ліній передачі (ХПЛ), хвилеводно-щілинна (ХЩЛ), хвилеводно-копланарна (ХКЛ), діелектричний дзеркальний хвилевод (ДЗХ).
Розділ 2. Теорія довгих ліній
Тема 2.1. Рішення телеграфних рівнянь, наслідки. Коефіцієнт відбиття, вхідний коефіцієнт відбиття, вхідний опір. Повне і спряжене узгодження.
Тема 2.2. Узгодження за допомогою реактивних шлейфів. Трансформація опору. Одношлейфова схема. Дво-трьохшлейфові схеми, реалізація у різних електродинамічних системах. Діаграма повних опорів. Топологія шлейфового узгодження у інтегральних лініях передачі
Тема 2.3. Узгодження активних опорів. Чвертьхвильовий трансформатор. Багатосекційні чвертьхвильові трансформатори. Плавні переходи. Конструкції у різних інтегральних лініях передачі.
Тема 2.4. Шляхи реалізації реактивностей у діапазоні НВЧ. Короткі неоднорідності. Неоднорідності у хвилеведучих системах. Конструкції у різних електродинамічних системах.
Розділ 3. Конструкції пасивних пристроїв НВЧ.
Тема 3.1. Збудження планарних ліній передачі. Збудження гібридних і монолітних інтегральних схем НВЧ діапазону.
Тема 3.2. Конструкції стандартних вузлів НВЧ (шлейфів, короткозамикачів, атенюаторів, узгоджених навантажень, фазообертачів) у гібридних і монолітних схемах НВЧ
Тема 3.3. Спрямовані розгалужувачі. Способи побудови, розрахунок, конструкції у гібридних і монолітних пристроях НВЧ.
Тема 3.4. Фільтри діапазону НВЧ у інтегральному виконанні. Фільтр низької частоти (ФНЧ), смугові хвилеводно-планарні фільтри (СФ ХПЛ), загороджувальний фільтр (ЗФ) діапазону НВЧ.
Розділ 4. Активні напівпровідникові пристрої НВЧ
Тема 4.1. Діодні керовані пристрої. P-i-n діоди. Параметри. Конструкції, еквівалентні схеми. Амплітудні маніпулятори, електронно-керовані атенюатори, фазові маніпулятори, двох та багатоканальні перемикачі. Гібридно-інтегральні і монолітні конструкції.
Тема 4.2. Нелінійні і параметричні діодні пристрої НВЧ. Діоди з бар’єром Шоткі і варакторні діоди. Детектори, гармонікові, субгармонійні змішувачі – однодіодні та балансні, подвійні балансні. Режим роботи змішувачів. Інтегральні та монолітні діодні помножувачі частоти.
Тема 4.3. Транзистори і транзисторні пристрої НВЧ діапазону (польові, з великою рухливістю електронів, гетероструктурні, з балістичним прольотом носіїв). Транзисторні перемикачі, помножувачі, змішувачі.
Тема 4.4. Застосування S, T – матриць для опису вузлів НВЧ діапазону, зокрема на прикладі застосування S, T – матриць для розрахунку транзисторних підсилювачів НВЧ. Стійкість підсилювачів. Абсолютна і умовна стійкість підсилювачів, способи стабілізації підсилювачів.
Тема 4.5. Малошумлячі підсилювачі. Шумовий опір транзисторів. Підсилювачі середньої і великої потужності. Лінеаризація підсилювачів. Конструкції. Параметри підсилювачів і їх вимірювання. Типові характеристики пристроїв у гібридному і монолітному інтегральному виконанні.
Тема 4.6. Транзисторні генератори діапазону НВЧ. Застосування S-матриць для обчислення стартових умов генерації і обчислення потужності у стаціонарному режимі. Стабілізація частоти генераторів за допомогою МСЛ резонаторів та ДР. Параметри генераторів і їх вимірювання.
Розділ 5. Багатофункціональні пристрої НВЧ діапазону у гібридно-інтегральному і монолітно-інтегральному виконанні:
Тема 5.1. Конвертери сигналів супутникового телебачення. Передавачі і приймачі радіорелейних станцій. Конструкції, принципи побудови, розрахунку, проектування.
О с н о в н а л і т е р а т у р а
Д о п о м і ж н а
Планується проведення лабораторних робіт з метою засвоєння лекційного матеріалу та набуття досвіду роботи з сучасною вимірювальною апаратурою шляхом дослідження характеристик реальних вузлів гібридно-інтегральних пристроїв МКХ діапазону та розрахунку систем на їх основі .
Тема 1. Дослідження смугових фільтрів МКХ діапазону у хвилеводно-планарному виконанні
Тема 2. Дослідження електронно-керованих гібридно-інтегральних пристроїв НВЧ діапазону.
Тема 3. Дослідження характеристик дзеркальних діелектричних хвилеводів і пристроїв на їх основі
Тема 4. Дослідження роботи малошумлячого гібридно-інтегрального змішувача як вхідного пристрою приймача МКХ діапазону.
Планується проведення практичних занять, спрямованих на оволодіння методами розрахунку і моделювання гібридно-інтегральних вузлів як основи функціональних НВЧ пристроїв, що є темами курсових робіт для відповідного кредитного модуля.
Практикум 1. Дисперсійні характеристики ліній передачі. ЧЗХ.
Практикум 2. Узгодження в лініях передачі. МСЛ-реалізація
Практикум 3. Широкосмугове узгодження. Трансформатори опору.
Практикум 4. Розрахунок транзисторного підсилювача потужності МКХ діапазону.
На самостійну роботу студентів відводиться 78 годин. Вона складається з:
Рекомендовані методи навчання:
Правила відвідування занять. Відвідування лекцій, практичних та лабораторних занять є обов’язковим, оскільки на них викладається теоретичний матеріал та розвиваються навички, необхідні для виконання семестрових контрольних заходів. Система оцінювання орієнтована на отримання балів за своєчасність і якість виконання лабораторних робіт, завдань з практикуму та МКР.
Призначення заохочувальних та штрафних балів. Заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях , лабораторних та практикумах, Кількість заохочуваних балів не більше 6; штрафні бали можуть виставлятися за: невиконання або невчасне виконання завдань. Кількість штрафних балів не більше 6.
Академічна доброчесність Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.
Норми етичної поведінки Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.
Навчання іноземною мовою Навчальна дисципліна «Гібридні та монолітні інтегральні пристрої мікрохвильового діапазону» передбачає її вивчення українською мовою. У процесі викладання навчальної дисципліни використовуються матеріали та джерела українською та англійською мовою.
Рейтингова оцінка з дисципліни RD (тобто екзаменаційна оцінка за семестр) формується як сума балів поточної успішності навчання та екзаменаційних балів. RD розраховується за 100-бальною шкалою. Рейтинг студента складається з балів, які він отримує за:
Штрафні та заохочувальні бали:
Система рейтингових балів та критерії оцінювання в семестрі
1а. Експрес-контроль з лабораторних занять
Максимальна сума балів за експрес-контроль 16 балів
1б. Захист лабораторних робіт (ЛР)
Максимальна сума балів за ЛР 16+16=32 бали
2. Експрес-контроль з практичних занять
Максимальна сума балів за експрес-контроль 8 балів
3. Модульний контроль МКР :
Максимальна сума балів за МКР 20 балів
Максимальна сума балів за МКР 20 балів
Розрахунок шкали рейтингу
Сума максимально можливих балів контрольних заходів (поз.1-3) протягом семестру складає:
Rсем = 32 + 8 + 20 = 60 балів
Екзаменаційна оцінка шкали RD дорівнює 40% і становить 40 балів:
RD= Rсем + Rекз = 60 + 40 = 100 балів
Умовою допуску до екзамену є сума балів не менше 0,5* Rсем тобто > 30 балів та відсутність заборгованостей з лабораторних робіт.
Студентам, які мають Rсем менше 30 балів, протягом останнього тижня семестру надається можливість підвищити Rсем та отримати допуск до семестрового екзамену.
Рейтингові оцінки з дисципліни для виставлення їх до екзаменаційної відомості та залікової книжки трансформуються до таблиці відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:
Кількість балів | Оцінка |
---|---|
100-95 | Відмінно |
94-85 | Дуже добре |
84-75 | Добре |
74-65 | Задовільно |
64-60 | Достатньо |
Менше 60 | Незадовільно |
Не виконані умови допуску | Не допущено |
Дистанційний курс навчальної дисципліни - https://do.ipo.kpi.ua/course/view.php?id=3270
Перелік питань які виносяться на семестровий контроль.
Проведення лабораторних робіт спрямовано на засвоєння лекційного матеріалу шляхом дослідження експериментальних характеристик реальних вузлів НВЧ пристроїв (амплітудних та фазових модуляторів на p-i-n діодах, балансних діодних змішувачів) у гібридно-інтегральному виконанні та застосування викладених методик розрахунку систем на їх основі. Методичні вказівки містять для кожної лабораторної роботи теоретичну частину, опис макету та вимірювального стенду, порядок виконання досліджень і контрольні запитання.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1 - Дослідження смугових фільтрів МКХ діапазону у хвилеводно-планарному виконанні
Обладнання: стандартний панорамний вимірювач КСХ і ослаблення (2 блоки: генераторний Р2-66 та індикаторний Я2Р-67), спеціально розроблені і виготовлені в лабораторії каф. РТС зразки хвилеводно-планарних смугових фільтрів з різними параметрами АЧХ
1 стенд, 4 робочих місця.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 - Дослідження електронно-керованих гібридно-інтегральних пристроїв НВЧ діапазону:
амплітудний електронно-керований атенюатор на p-i-n діодах.
Стенд 1:стандартний панорамний вимірювач КСХ і ослаблення (2 блоки: генераторний Р2-66 та індикаторний Я2Р-67), Генератор імпульсів. Осцилограф. Спеціально розроблений і виготовлений в лабораторії каф. РТС зразок хвилеводно -щілинного амплітудного модулятора на 3-х р-і-n діодах. Спеціально розроблений блок керування.
фазовий модулятор на p-i-n діоді
Стенд2: стандартний панорамний вимірювач КСХ і ослаблення (2 блоки: генераторний Р2-66 та індикаторний Я2Р-67), хвилеводний тракт, що включає в себе спрямований відгалужувач «10 дБ», вентиль, механічно керований фазообертач на основі циркулятора і КЗ-поршня. Спеціально розроблені і виготовлені в лабораторії каф. РТС зразоки хвилеводно -щілинного фазового маніпулятора на р-і-n діоді і фазового детектора. Блок керування. Осцилограф.
2 стенди, по 4 робочих місця.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3 - Дослідження характеристик дзеркальних діелектричних хвилеводів (ДДХ) і пристроїв на їх основі
Обладнання: стандартний панорамний вимірювач КСХ і ослаблення (2 блоки: генераторний Р2-65 та індикаторний Я2Р-67), спеціально розроблений і виготовлений в лабораторії каф. РТС стенд для вимірювання параметрів відрізка ДДХ., макет спрямованого відгалужувача на зв’язаних відрізках ДДХ.
1 стенд, 4 робочих місця.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4 - Дослідження роботи малошумлячого змішувача як вхідного пристрою приймальної системи НВЧ
Обладнання: стенд містить стандартний генератор коливань гетеродина (частота 18-22 ГГц), стандартний генератор сигналу (частота 18-22 ГГц), ножовий і поляризаційний атенюатори, досліджуваний змішувач (ЛР №1), попередній підсилювач проміжної частоти (розроблено і виготовлено на каф.РТПС), смуговий фільтр( розроблено і виготовлено на каф.РТПС), детектор амплітудно-модульованих коливань, осцилограф, блок живлення підсилювача проміжної частоти.
1 стенд, 4 робочих місця.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Омеляненко М. Ю.; Турєєва О. В.;
Ухвалено кафедрою РТС (протокол № 06/23 від 22.06.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06-2023 від 29.06.2023 )