03.04.03 «Радиофизика» уровень – магистратура Вопросы к вступительному междисциплинарному экзамену

03.04.03 «Радиофизика» уровень – магистратура
Вопросы к вступительному междисциплинарному экзамену
1. Принцип действия квантового генератора. Условия самовозбуждения и
мощность незатухающих колебаний. Режим малых колебаний и
стационарный режим. Укороченные уравнения квантового генератора.
2. Методы кодирования дискретных и непрерывных источников информации.
3. Случайные волны. Корреляционная функция случайного поля.
Распространение, интерференция, дифракция, и рассеяние случайных волн.
4. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) в конденсированных средах –
макроскопическая теория и методы наблюдения. Метод магнитного
резонанса на молекулярных и атомных пучках. Спектрометры ЯМР.
5. Светоизлучающие и лазерные диоды, полупроводниковые фотоприемники –
принцип действия, конструкции, характеристики и применение.
6. Структурная схема цифровой обработки сигналов. Z - преобразование и его
свойства. Линейные дискретные цепи и их применение для преобразования
дискретных последовательностей.
7. Квантовые парамагнитные усилители и твердотельные лазеры конструкции, характеристики, и применение.
8. Сравнительная характеристика методов помехоустойчивого (канального)
кодирования.
9. Полупроводниковые квантовые генераторы, жидкостные лазеры, и
квантовые генераторы на свободных электронах - конструкции,
характеристики, и применение.
10.Кодирование и сжатие данных в компьютерных сетях.
11.Резонаторы СВЧ – их назначение и классификация. Общее решение задачи
о колебаниях полого резонатора. Добротность и проводимость резонатора.
Методы измерения характеристик резонаторов.
12.Явление магнитного резонанса. Статистика случайных процессов в
линейной системе. Установление шумовых колебаний. Распределение
вероятностей на выходе системы.
13.Электромагнитное поле и диаграмма направленности излучения одиночного
вибратора и линейной системы вибраторов.
14. Принцип действия квантового усилителя. Инверсия населенности уровней
рабочего перехода - методы создания и описание эволюции. Особенности
работы усилителя в линейном и нелинейном режиме.
15.Теорема отсчетов Котельникова и ее применение для восстановления
непрерывных сигналов по отсчетам.
16.Нелинейные эффекты при распространении электромагнитной волны в
среде (генерация гармоник и многофотонные процессы, электрооптический
эффект, параметрическое усиление связанных волн).
17.Метод эквивалентного генератора и его применение для расчета линейных
цепей.
18.Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ферромагнитный резонанс
(ФМР) – особенности явлений и методы их наблюдения.
19.Энергетические спектры непрерывных и дискретных сигналов. Принципы
корреляционного анализа сигналов.
20.Цифровые фильтры, их классификация, применение и структурные схемы.
Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Применение метода Z преобразования к цифровым фильтрам.
21.Особенности неавтономных нелинейных систем. Резонанс в нелинейном
колебательном контуре. Регенерация и сверхрегенерация. Синхронизация
автоколебаний.
22.Конструкции и применение оптических волноводов. Геометрический и
колебательный подход к волноводам. Оптическое ограничение. Дисперсия
и поглощение волн. Взаимодействие волновых мод.
23.Классический и операторный методы анализа переходных процессов в
линейных системах.
24.Нелинейные эффекты при распространении электромагнитной волны в
среде (изменение показателя преломления среды, эффект Керра,
самофокусиовка пучка).
25.Информационные характеристики источников и каналов. Формула
Шеннона для пропускной способности непрерывного канала.
26.Ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР). Структурная схема ЯКР
спектрометра. Метод регистрации сигналов ЯКР.
27.Гармонический анализ непрерывных периодических и непериодических
сигналов. Соотношение между длительностью сигнала и шириной его
спектра.
28.Переходные процессы в квантовом генераторе. Динамика одномодового
квантового генератора. Многомодовый режим. Синхронизация мод.
29.Принцип наложения и его применение для анализа переходных процессов с
использованием переходной и импульсной характеристик линейной
системы.
30.Параметрическое усиление и преобразование частоты в двухконтурном
усилителе. Влияние шума на устойчивость работы усилителя.
31.Параметры
четырехполюсников.
Каскадное
соединение
четырехполюсников. Расчет передаточных функций линейных фильтров и
усилителей на основе теории четырехполюсников.
32.Импульсные генераторы. Уравнение Ван-дер-Поля и анализ его решения
для релаксационных колебаний. Генератор на туннельном диоде и
мультивибратор.
33.Устройства транзисторно-транзисторной логики – классификация,
назначение и схемная реализация.
34.Флуктуации и шумы в автоколебательных системах. Статистика амплитуды
и фазы колебаний в томсоновском генераторе.
35.Передача электромагнитных волн по линиям СВЧ. Волновое уравнение и
его решение. Дисперсия в линиях СВЧ. Фазовая и групповая скорость,
длина волны. Типы волн, распространяющихся в линиях СВЧ.
36. Модуляция и детектирование как нелинейное преобразование сигналов.
Построение модуляторов и детекторов.
37.Газовые квантовые генераторы и усилители - конструкции, характеристики,
и применение. Квантовые стандарты частоты и времени.
38.Методы анализа автоколебательных систем. Дифференциальное уравнение
генератора гармонических колебаний. Мягкий и жесткий режим
возбуждения колебаний. Анализ стационарного и переходного режимов
работы генератора.
39.Структурная схема линии радиосвязи. Классификация радиоволн и
основные механизмы их распространения
40.Линейные системы с обратной связью, их классификация и применение.
Передаточная функция цепи с обратной связью. Влияние обратной связи на
характеристики цепи и передачу сигналов.
41.Генераторы СВЧ (магнетрон, клистрон, и диод Ганна) – принципы
действия, конструкции, и применение.
42.Устойчивость линейных систем. Общий критерий устойчивости системы,
критерии устойчивости Рауса-Гурвица.и Найквиста.
43.Баланс мощностей в многоконтурных параметрических системах –
уравнения Мэнли-Роу.
44.Линейные системы с распределенными параметрами. Телеграфные
уравнения для длинной линии и их интегрирование. Параметры и режимы
работы длинных линий. Резонансные свойства отрезков длинных линий, их
применение.
45.Ограничение амплитуды, нелинейное усиление, умножение и деление
частоты как нелинейное преобразование сигналов. Способы их реализации.
46.Элементы и приборы наноэлектроники. Квантовые компьютеры и
вычисления.
Вопросы к вступительному экзамену
по магистерским программам «Функциональная электроника», «Системы и
комплексы оптических измерений и контроля», «Радиофизические методы
исследования атмосферы и ионосферы»
1. Основные принципы и методы радиолокации. Классификация и назначение
радиолокационных систем.
2. Антенные решетки, их виды и применение. Теорема перемножения
диаграмм направленности.
3. Поле излучения и диаграмма направленности симметричного вибратора.
Влияние экрана на поле излучения вибратора.
4. Лучевые траектории и поглощение коротких и ультракоротких радиоволн в
ионосфере. Влияние магнитного поля Земли на условия распространения.
5. Радиорелейные и спутниковые системы связи – состав, принципы
построения. Приемо-передающая аппаратура. Помехи и искажения в
системах связи.
6. Решение задачи разрешения подобных сигналов методом максимального
правдоподобия. Оценка дисперсии параметров сигналов.
7. Распространение длинных радиоволн в волноводе «поверхность Земли –
ионосфера». Методы описания волноводного распространения.
8. Понятие о системе связи, линии радиосвязи (радиолинии) и трассе (тракте)
распространения радиоволн. Разновидности радиолиний.
9. Оптимальная оценка амплитуды, частоты, фазы и времени приема
радиоимпульса. Дисперсии оценок параметров радиоимпульсов.
10.Нелинейные эффекты при ионосферном распространении средних
радиоволн – перекрестная модуляция и самовоздействие волн.
11.Распространение средних радиоволн в атмосфере и ионосфере.
Дифракционная и ионосферная компоненты поля.
12.Сигналы с внутриимпульсной модуляцией. Корреляционная функция ЛЧМ
– сигнала, коды Баркера.
13.Рассеяние коротких и ультракоротких радиоволн в тропосфере. Замирание
сигналов при тропосферном распространении.
14.Основные положения теории оптимального приема. Функция потерь,
средний риск, апостериорный риск, функция риска. Функция
правдоподобия.
15.Понятие об области пространства, существенной для распространения волн.
Зоны Френеля. Оценка формы и размеров существенной области.
16.Задача различения сигналов и ее решение. Различение сигналов при
амплитудной, частотной и фазовой модуляции.
17.Возбуждение волн в волноводах и передача энергии по ним. Принципы
выбора типа волны, формы и размеров сечения волновода.
18.Интерференционная структура поля земной волны в «освещенной» зоне.
Формула Введенского.
19.Приближенные граничные условия Леонтовича. Скин-эффект.
20.Поляризация радиоволн в ионосфере. Формула Эпплтона-Хартри.
21.Медленные волны. Замедление диэлектрической пластиной. Поверхностные
волны. Коэффициент замедления. Полосковые линии.
22.Электрические параметры передающих и приемных антенн. Принцип
взаимности в применении к антеннам.
23.Электромагнитное излучение Солнца. Образование и структура ионосферы.
Дисперсионная формула ионосферы и высотно-частотные характеристики.
24.Влияние конечной проводимости стенок волновода на затухание поля.
Расчет коэффициента затухания волны основного типа в прямоугольном
волноводе.
25.Принцип перестановочной двойственности. Понятие магнитного тока и
магнитного диполя. Принцип поляризационной двойственности.
26.Расчет поля земной волны в зоне приближения «плоской» Земли для низко
поднятых антенн. Формула Шулейкина-Ван-дер-Поля.
27.Формулы идеальной радиопередачи. Понятие о множителе ослабления.
28.Задача оценки параметров сигнала и ее решение. Оптимальный приемник,
дисперсия Рао-Крамера.
29.Постановка задачи о дифракция радиоволн вдоль земной поверхности.
Дифракционная формула Фока. Закономерности формирования поля земной
волны в зонах «тени» и «полутени».
30.Коаксиальный волновод. Конфигурация поля для Т-волн, токи в стенках.
31.Прямоугольный волновод. Граничные частоты и конфигурация поля для ТЕ
и ТМ-типов волн, токи на стенках.
32.Задача обнаружения сигнала и ее решение. Критерий идеального
наблюдателя и критерий Неймана-Пирсона.
33.Постановка и решение задачи о свободных колебаниях поля в
прямоугольном резонаторе. Влияние конечной проводимости стенок на
свободные колебания резонатора.
34.Спектр радиоимпульса, последовательности радиоимпульсов. Отношение
сигнал/шум в максимуме спектра радиоимпульса.
35.Уравнения поля и энергетические соотношения для монохроматических
процессов. Комплексная теорема Умова-Пойнтинга.
36.Рефракция коротких и ультракоротких радиоволн в атмосфере. Расчет
лучевых траекторий и их радиуса кривизны для сферически слоистой
модели атмосферы.
37.Конструкции, характеристики направленности и применение зеркальных и
рупорных антенн.
38.Разрешающая способность по дальности в системах радиолокации.
Способы оценки и методы повышения разрешающей способности.
39.Радиомониторинг атмосферы, ионосферы и околоземного космического
пространства. Методы наблюдений и регистрации радиоизлучения
космических источников.
40.Законы отражения и преломления электромагнитных волн. Влияние вида
поляризации на амплитуду и фазу отраженной и преломленной волн.
41. Лемма Лоренца. Теорема взаимности. Теорема об эквивалентных токах.
42.Электрические свойства земной поверхности. Распространение радиоволн
над неоднородной и негладкой поверхностью Земли.
43.Конструкции, характеристики направленности и применение антенны типа
«волновой канал» и логопериодической антенны.
44.Потенциалы электромагнитного поля. Уравнение Гельмгольца и его
решение методом функций Грина для свободного пространства.
45.Поле излучения электрических токов в ближней, промежуточной и дальней
зоне. Структура поля и мощность излучения в дальней зоне.
46.Круглый волновод. Граничные частоты и конфигурация поля для ТЕ и ТМтипов волн, токи на стенках. Вырождение волн.
47.Расчет поля земной волны в «освещенной» зоне на основе отражательной
трактовки влияния Земли для высоко поднятых антенн.
48.Постановка внешней и внутренней задач электродинамики. Теоремы
единственности их решения. Принцип излучения. Принцип предельной
амплитуды.
49.Уравнения Максвелла. Граничные условия. Материальные уравнения.
Энергетические соотношения.
50.Мощность, отдаваемая приемной антенной приемнику.
51.Стандартная модель тропосферы, эквивалентный радиус Земли и типовые
виды рефракции радиоволн в тропосфере.
52.Корреляционный анализ сигналов. Отношение сигнал/шум в максимуме
корреляционной функции.