“Электроника и микроэлектроника” специализация

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель ТТИ ЮФУ
__________________ Сухинов А.И.
"___" __________________2011 г.
ПРОГРАММА
ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭКЗАМЕНА МАГИСТРОВ ПО
НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ
210100 - “ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА”
СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ «МИКРОВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА»
2011
2.2. ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ 210100 – МИКРОВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
2.2.1. Микроволновая техника
ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ (ЛП). ОСНОВНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЛП.
КРУГОВАЯ ДИАГРАММА ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ И ПРОВОДИМОСТЕЙ. СОГЛАСОВАНИЕ В ЛП.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ УСТРОЙСТВ УЗКОПОЛОСНОГО СОГЛАСОВАНИЯ – ШЛЕЙФНЫЕ И
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ, ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫЙ И ПОЛУВОЛНОВЫЙ
ТРАНСФОРМАТОРЫ.
Микроволновые многополюсники и их характеристические матрицы. Свойства
характеристических матриц
взаимных, недиссипативных и симметричных
многополюсников.
Методы анализа микроволновых цепей. Метод декомпозиции. Автономные блоки и
их дескрипторы. Минимальные автономные блоки. Методы рекомпозиции. Метод
ориентированных графов. Компьютерный анализ микроволновых устройств.
Взаимные микроволновые устройства. Ферритовые микроволновые устройства.
Магнитные свойства ферритовых материалов. Невзаимные и взаимные фазовращатели,
вентили, циркуляторы. Ферритовые резонаторы и фильтры. Устройства на
магнитостатических волнах.
2.2.2. Теория и техника физического эксперимента
Эксперимент как инструмент познания. Постановка и методика проведения
физического эксперимента. Функциональная схема измерительной установки.
Статические и динамические измерения. Измерения в реальном масштабе времени.
Основные виды датчиков.
Погрешности измерений и их источники. Случайные и систематические ошибки.
Статистический анализ экспериментальных данных. Расчет погрешности эксперимента и
методы ее уменьшения.
Планирование эксперимента. Основные типы планов эксперимента и критерии их
оптимальности.
Автоматизация эксперимента. Средства автоматизации эксперимента - аналогоцифровые и цифро-аналоговые преобразователи, коммутаторы и накопители. Методы и
стандарты сопряжения аналоговых и цифровых устройств. Информационноизмерительные комплексы.
Погрешности автоматизированных измерительных установок и методы их
коррекции.
2.2.3. Твердотельные микроволновые приборы и устройства
Явления переноса в полупроводниковой плазме. Уравнение Больцмана. Принципы
генерации и усиления СВЧ колебаний в полупроводниковых структурах.
Полупроводниковые материалы, используемые
в микроволновой твердотельной
электронике. Основные модели полупроводниковых приборов СВЧ. Лавинно-пролетные и
инжекционно-пролетные приборы. Приборы с междолинным переносом электронов.
Биполярные
транзисторы СВЧ. Полевые транзисторы СВЧ. Типовые схемы
использования активных дискретных приборов СВЧ. Монолитные интегральные схемы и
элементы функциональной электроники.
2.2.4. Микроволновые и оптические системы телекоммуникаций.
Обобщенная структура приема и передачи информации современных
микроволновых и оптических телекоммуникационных систем. Разновидности сигналов,
их классификация и формы представления. Классификация шумов: амплитудные, фазовые
(частотные). Особенности распространения сигнала в стационарных, мобильных и
спутниковых системах беспроводной связи. Сравнительная характеристика каналов с
аналоговой и цифровой модуляцией.
Основные разновидности цифровых модулирующих сигналов и их спектральные
характеристики. Системы сотовой наземной мобильной связи. Стандарты и их
технические характеристики. Персональная глобальная мобильная спутниковая связь.
Принципы интеграции спутниковых и наземных систем. Система спутниковой навигации
GPS.
Элементы микроволновых цифровых приемопередатчиков. Антенны. Фильтры.
Малошумящие усилители. Смесители. Усилители мощности. Генераторы (гетеродины).
Цифровые сигнальные процессоры.
Оптические волноводы. Полупроводниковые источники и приемники оптического
излучения. Компоненты оптических схем. Прием и передача сигналов в волоконнооптических линиях связи (ВОЛС). Конструктивно-технологические особенности
элементной базы современных ВОЛС: полосковые лазеры, полупроводниковые структуры
с квантово-размерными эффектами, методы формирования, элементы технологии
изготовления, сборка, корпусирование и контроль параметров.
Современные оптические системы телекоммуникаций: топология сетей, формат и
скорость передачи информации.
2.2.5. Микроволновые технологические и энергетические системы.
Взаимодействие переменного электромагнитного поля микроволнового диапазона
с веществом: типы материалов - объектов микроволновой технологии, их агрегатное
состояние, электрофизические и теплофизические параметры. Фазовые переходы и
явления массопереноса. Экзотермические и эндотермические химические реакции.
Испарение и кипение. Капиллярные явления при испарении в волокнистых и пористых
материалах.
Уравнения Максвелла и уравнение теплопроводности для термопараметрических
сред. Методы численного решения. Методы самосогласованного решения уравнений
электродинамики и теплофизики.
Источники энергии микроволновых технологических установок (МТУ),
особенности их конструкции, характеристики и параметры. Элементы МТУ. Контроль
параметров технологического процесса. Аналоговые и цифровые системы управления.
Особенности и элементы проектирования МТУ различного назначения.
Энергетические микроволновые системы. Космические электростанции. Передача
энергии микроволновым лучом. Космические преобразователи энергии постоянного тока
в энергию микроволн и космические антенные системы. Наземные приемные антенны и
преобразователи энергии. КПД космической энергетической системы и проблемы ее
экологической безопасности.
Обеспечение
электромагнитной
совместимости,
электробезопасности
и
экологической безопасности.
Рекомендуемая литература:
к разделу 2.2.1.:
1. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. – М., Высшая школа, 1990.
2. Сазонов Д.М., Гридин А.М., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. - М., Высшая школа,
1981.
к разделу 2.2.2.:
1. Маликов М.Ф. Основы метрологии. - М., Наука, 1965.
2. Любимов Н.В. Планирование эксперимента. - М., Наука, 1978.
3. Сериков М.В., Коган Ю.Ф. Автоматизация измерений. - М., Радио и связь, 1984.
к разделу 2.2.3.:
1. Григорьев А.Д., Иванов В.А., Янкевич В.Б. Активные полупроводниковые
приборы СВЧ. Учеб. пособие.-Л. : ЛЭТИ, 1984,-48 с.
2. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ. Под ред. М. Хауэса, Д. Моргана.-М:
Мир, 1979, 448 с.
3. Григорьев А.Д. Твердотельные приборы СВЧ. Учебное пособие.-Л.:изд. ЛЭТИ,
1980.
4. Барыбин А.А., Ковалева М.К., Калиникос Б.А. Физические основы работы СВЧ
приборов на твердом теле. Конспект лекций.-Л.: изд. ЛЭТИ, 1983.
5. Сазонов М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ.-М: Высшая школа,
1981, 295 с.
6. Носов Ю.Р., Петросянц К.С., Шилин В.А. Математические модели элементов
интегральной электроники -М. Сов. радио, 1976, 304 с.
7. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов.- М; Мир, 1984.
к разделу 2.2.4.:
1.Спилкер Д. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ., Радио и Связь, 1987.
2. Feher K. Digital Communications: Microwave Applications. Prentice-Hall, Inc.,
Englewood Cliffs, NJ, 1981.
3 Feher K. Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum
Applications. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1995.
4. Telecommunications Engineer’s Reference Book, edited by Fr. Mazda, NY, 1993.
5. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. – М.: Радио и связь, 1990.
6. Козанне А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь. – М.: Мир, 1984.
7. Суэмацу Я. и др. Основы оптоэлектроники. – М.: Мир, 1988.
8. Кокорев М.Ф. Интегральные схемы оптоэлектроники и методы их
расчета./Учеб. пособие. – СПб, ЛЭТИ, 1991.
9. Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях. – М.:
Компьютер Пресс, 1998.
к разделу 2.2.5.:
1. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. - М.: Высшая школа. - 1990. 335 с.
2. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. - М.: Мир. - 1983. - 512 с.
3. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов.- М.:
Агропромиздат. - 1988. - 272 с.
4. Коломейцев В.А., Комаров В.В. Микроволновые системы с равномерным
объемным нагревом. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. - 1997. – 160 с.
5. Диденко А.Н., Зверев Б.В. СВЧ-энергетика.- М.: Наука, 2000
6. СВЧ-энергетика / Под. ред. Э. Окресса. - В 3-х т. - М.: Мир. - 1971. - Т.1: 464 с.,
Т.2: 272 с., Т. 3: 248 с.
2.3 .ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ МИКРОВОЛНОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА (ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И
УСТРОЙСТВА)
2.3.1. Динамика заряженных частиц в электрических и магнитных полях
Общие уравнения движения заряженных частиц. Движение частиц в аксиальносимметричных полях. Движение частиц в плоско-параллельных полях. Корпускулярные
линзы. Движение пучков заряженных частиц. Фазовое пространство. Влияние
собственных полей. Электронные пушки для формирования ленточных и аксиальносимметричных электронных пучков. Фокусирующие (транспортирующие) системы с
однородным магнитным полем. Фокусирующие (транспортирующие) системы с
реверсивным и периодическим магнитным полем. Электронно-оптические системы
многолучевых электронных приборов. Компьютерное моделирование электроннооптических систем.
2.3.2 Электронные приборы и устройства
Обобщенный подход к изучению и принципиальному конструированию
электронных приборов и устройств.
Основные типы клистронов: принципиальные конструкции, принципы действия,
энергетические и частотные параметры. Методы расчета и проектирования.
Лампы бегущей и обратной волны: принципиальные конструкции, принципы
действия, энергетические и частотные параметры. Методы расчета и проектирования.
Магнетроны и приборы магнетронного типа: принципиальные конструкции,
принципы действия, энергетические и частотные параметры. Методы расчета и
проектирования
Основные типы гиротронов: принципиальные конструкции, принципы действия,
энергетические и частотные параметры.
Мощные высокочастотные биполярные (БТ) и полевые (ПТ) транзисторы:
материалы, структуры, технология изготовления. Принципы действия и режимы работы.
Конструктивно-технологические особенности высокочастотных и сверхвысокочастотных
БТ и ПТ. Способы охлаждения. Энергетические и частотные параметры.
Новые методы генерирования электромагнитных колебаний миллиметрового и
субмиллиметрового диапазонов длин волн.
2.3.3. Моделирование и проектирование электронных приборов
Уровни математической модели. Формулировка задач и этапы математического и
компьютерного моделирования электронных приборов. Математическое моделирование
полевых задач и аналитические методы их решения. Математическое моделирование
процессов движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях в вакууме.
Численные методы решения полевых задач. Аппроксимация функций. Базисные функции.
Метод Галеркина. Аппроксимация решений дифференциальных уравнений. Метод
конечных элементов.
Компьютерное моделирование и САПР электронных приборов. Структура и состав
САПР электронных приборов (ЭП). Обеспечение САПР ЭП: математическое,
программное, информационное. Технические средства САПР ЭП.
2.3.4 Функциональные элементы электроники
Основные сведения о государственных стандартах, определяющих технические
параметры и условия работы функциональных узлов и устройств микроэлектроники.
Классификация по функциональному назначению и основные схемные структуры
линейных интегральных схем на биполярных и полевых транзисторах.
Основные типы линейных функциональных узлов микроэлектроники: cхемы
сложения, вычитания, дифференцирования и интегрирования на операционных
усилителях (ОУ). Гираторы и циркуляторы на ОУ. Активные фильтры.
Линейно-цифровые узлы микроэлектроники: цифро-аналоговые преобразователи
(ЦАП) и аналого-цифровые преобразователи (АЦП). ЦАП и АЦП в системах обработки
телевизионных и телефонных сигналов. Цифровые фильтры.
Функциональные устройства микроэлектроники на больших интегральных схемах
(БИС):
полупроводниковые
запоминающие
устройства,
логические
БИС,
микропроцессоры, линейные БИС. Линейные БИС радиоэлектронных устройств.
Цифровые сигнальные процессоры для телекоммуникационных систем.
2.3.5. Релятивистская микроволновая электроника
Основные положения релятивистской микроволновой электроники:
индивидуальное излучение свободных и связанных электронов, кооперативное и
коллективное излучение, сверхизлучение.
Особенности работы классических электронных приборов при высоких
ускоряющих напряжениях: cкоростная модуляция и отбор энергии от электронного
потока. Релятивистские магнетроны, клистроны, ЛБВ и ЛОВ. Параметры, особенности
конструкции и области применения. Гибридные приборы типа "О". Плазменно-пучковые
ЛБВ. Приборы на быстрых волнах с винтовыми потоками. Параметры, особенности
конструкции и области применения.
Мазеры на циклотронном резонансе: rлассическое и квантовое описание процессов
взаимодействия. Эффект отрицательной эффективной массы. Лазеры на свободных
электронах. Основные параметры и конструкции мазеров на циклотронном резонансе.
Гироконы и виркаторы: принцип действия, особенности конструкции,
характеристики и параметры. Явление виртуального катода и его использование для
генерации электромагнитных колебаний.
Рекомендуемая литература:
к разделу 2.3.1.:
1. Кирштейн П., Кайно Г.,Уотерс У. Формирование электронных пучков. – М., Мир,
1970.
2. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. – М.,
Энергоатомиздат, 1991.
3. Молоковский С.И., Трегубов В.Ф. Динамика заряженных частиц в электрических и
магнитных полях. Уч. пос. – СПб, СПбГЭТУ,1995.
к разделу 2.3.2.:
1. Ю.А. Кацман. Приборы СВЧ. Учебник, М., “Высшая школа ”, 1983
2. В. Лебедев. Техника и приборы СВЧ, т. 2. Учебник, М., “Высшая школа”, 1972
3. А.В. Гапонов-Грехов, М.И. Петелин Мазеры на циклотронном резонансе:
Международный ежегодник “Наука и человечество”, 1980
4. С.И. Молоковский, В.С. Медовиков, Л.Г. Суходолец Приборы СВЧ
гиротронного типа. Курс лекций. Москва, Ленинград, 1991
5. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д. Шинков Полупроводниковые приборы.
Учебник, М., “Высшая школа ”, 1973
6. И.М. Викулин, В.И. Стафеев Физика полупроводниковых приборов. М., 1980.
к разделу 2.3.3.:
1.
Л.Д.Гольдштейн, Н.В.Зернов Электромагнитные поля и волны, М.: Советское
радио, 1971
2.
Сидоров Ю.В., Федорюк М.В., Шабунин М.И., Лекции по теории функций
комплексного переменного, М.: Наука, 1982
3.
Кельман В.М., Явор С.Я., Электронная оптика, М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963
4.
Айзерман М.А., Классическая механика: Учебное пособие, М.: Наука, 1980
5.
О.Зенкевич, К.Морган Конечные элементы и аппроксимация, М.: Мир, 1986
6.
Жермен-Лакур П., Жорж П.Л., Пистер Ф., Безье П. Математика и САПР: В 2-х
кн. Кн. 2.- М.: Мир, 1989.
7.
Гладков С.А., Кречко Ю.А., Молодцов К.И., Полищук В.В., Сучков Г.А. Курс
практической работы с системой автокад 10: Учебное пособие – М.: “Диалог
МИФИ”, 1992.
8.
Зыбин Г.П., Иванов А.С., Молоковский С.И. Автоматизированное
проектирование электронных приборов: Учебное пособие – Л.: ЛЭТИ, 1989.
к разделу 2.3.4.:
1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учебн. пособие / Под ред.
И.П. Степаненко. – М.: Радио и связь, 1990.
2. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.:
Сов. радио, 1979.
3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника / Пер. с нем.; Под ред. А.Г.
Алексеенко. – М.: Мир, 1983.
4. Хоровиц П., Хилл Ч. Искусство схемотехники / Пер. с англ.; Под ред.
М.В.Гальперина. – М.: Мир, 1993.
5. Меос В.А. Функциональные узлы и устройства микроэлектроники:
Лабораторный практикум / ЛЭТИ. – Л., 1990.
к разделу 2.3.5.:
1. Вайнштейн Л.А. Теория дифракции. Электроника СВЧ. - М.: Радио и связь, 1995.
2. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. М.: Сов. радио, 1973.
3. Маршалл Т. Лазеры на свободных электронах. - М.: Мир, 1987.
4. Роу Дж. Нелинейные явления в электронных приборах СВЧ. - М.: Сов. Радио,
1969.
5.Granatstein V.L., Alexeft I. High Power Microwave sources. - Boston: Artech House,
1987.
6. Молоковский С.И., Медовиков В.С., Суходолец Л.Г. Приборы СВЧ
гиротронного типа. Текст лекций. – М., Л.: МИРЭА_ЛЭТИ, 1991.