Радиофизика - Дальневосточный федеральный университет

I. Программа вступительных испытаний пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ _________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Программа вступительных испытаний пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
АННОТАЦИЯ
Программа вступительных испытаний предназначена для поступающих
на
образовательную
программу
высшего
образования
-
программу
подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре по направлению
03.06.01 Физика и астрономия, профилю Радиофизика.
Цель вступительных испытаний - выявление среди поступающих в
аспирантуру
наиболее
способных
и
подготовленных
к
освоению
образовательных программ высшего образования - программ подготовки
научно-педагогических кадров в аспирантуре.
Вступительные испытания проводятся в форме письменного экзамена.
Программа вступительных испытаний включает в себя:
• аннотацию;
• требования к поступающим;
• содержание вступительных испытаний;
• вопросы к экзамену;
• список рекомендуемой литературы и источников.
I. ТРЕБОВАНИЯ К ПОСТУПАЮЩИМ
Поступающий в аспирантуру должен продемонстрировать знания и
умения по радиофизике, соответствующие предшествующему уровню
подготовки.
II.
СОДЕРЖАНИЕ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Раздел 1. Общая теория связи
Тема 1. Классификация сигналов.
Временное
и
частотное
представление
сигналов.
Линейное
и
нелинейное преобразования сигналов. Корреляционный анализ сигналов.
Шумы
и
помехи
в
флуктуационной помехи.
электросвязи.
Статистические
характеристики
Тема 2. Теория информации.
Количество
информации
в
дискретных
сообщениях,
энтропия
источника дискретных сообщений. Энтропия непрерывных сообщений.
Формула Шеннона.
Тема 3. Прием и передача дискретных сообщений в каналах со
случайными параметрами.
Передача и приём дискретных сообщений в каналах со случайными
параметрами.
Тема 4. Многоканальные системы.
Методы разделения каналов (частотное, временное, амплитудное,
ортогональное разделение). Помехоустойчивость многоканальных систем.
Многостанционные системы связи. Межстанционные помехи.
Тема 5. Фильтрация сигналов.
Основы синтеза фильтров. Согласованная фильтрация. Согласованный
фильтр как коррелятор.
Раздел 2. Электромагнитные поля и волны
Тема 1. Полная система уравнений Максвелла.
Полная система уравнений Максвелла с учетом сторонних источников.
Граничные условия для нормальных и касательных составляющих векторов
электромагнитного поля.
Тема 2. Уравнения баланса. Комплексная мощность.
Уравнения баланса для мгновенных значений мощности. Физическая
трактовка. Вектор Пойнтинга. Понятие о комплексной мощности. Теорема
Умова-Пойнтинга.
Уравнения
баланса
для
активных
и
реактивных
электромагнитных
явлений.
мощностей.
Тема
3.
Классификация
Классификация электромагнитных явлений.
Тема 4. Постановка задач электродинамики.
Постановка задач электродинамики. Понятие о математических
моделях реальных электродинамических задач. Понятие о прямых (анализ) и
обратных (синтез) задачах электродинамики. Внутренние и внешние задачи
электродинамики.
Краевые
условия.
Условия
излучения.
Теоремы
единственности для внутренней и внешней задач электродинамики.
Тема 5. Волновой характер электромагнитного поля.
Волновой характер электромагнитного поля. Электродинамические
потенциалы.
Выражение
электродинамические
векторов
электромагнитного
потенциалы.
Волновые
поля
через
уравнения
для
электродинамических потенциалов.
Тема 6. Излучение электромагнитных волн.
Излучение электромагнитных волн. Сущность процесса излучения.
Элементарный электрический излучатель. Поле элементарного излучателя в
безграничной однородной изотропной среде. Анализ структуры поля.
Сферические волны. Деление пространства вокруг излучателя на три зоны.
Ориентация
векторов
Е
и
Н,
фронт
волны,
фазовая
скорость,
характеристическое сопротивление. Диаграммы направленности. Мощность
и сопротивление излучения.
Тема 7. Поляризация волн.
Поляризация волн. Линейно-поляризованные волны. Волны с круговой
и эллиптической поляризацией как результат суперпозиции двух линейнополяризованных
волн.
Линейно-поляризованная
волна
как
результат
суперпозиции волн с левой и правой круговой поляризацией.
Тема 8. Плоские волны в безграничной однородной изотропной
среде с потерями.
Плоские волны в безграничной однородной изотропной среде с
потерями. Коэффициент фазы, коэффициент ослабления, фазовая скорость,
длина волны и характеристическое сопротивление в средах с малым и
большим тангенсом угла потерь. Дисперсионные свойства поглощающей
среды.
Тема
9.
Плоские
однородные
электромагнитные
безграничной однородной анизотропной среде.
волны
в
Плоские
однородные
электромагнитные
волны
в
безграничной
однородной анизотропной среде. Общие закономерности распространения
плоских волн: взаимная ориентация векторов поля, вектор Пойнтинга,
направление движения фронта волны, дисперсионное уравнение.
Тема 10. Отражение и преломление плоских волн на плоской
границе раздела двух сред.
Отражение и преломление плоских волн на плоской границе раздела
двух сред. Законы отражения и преломления. Коэффициенты отражения и
прохождения (формулы Френеля).
Раздел 3. Распространение радиоволн.
Тема 1. Основные понятия теории распространения радиоволн.
Диапазоны радиоволн по частоте и длине волны. Понятие радиолинии.
Механизмы распространения радиоволн, земная волна, ионосферная волна,
рассеяние на крупных неоднородностях в тропосфере.
Тема 2. Распространение радиоволн в свободном пространстве.
Основные потери распространения. Доминантная область радиолинии.
Множитель ослабления.
Тема 3. Распространение земной волны.
Множитель
влияния
Земли.
Расстояние
прямой
видимости.
Приближение плоской земли. Высоко поднятые антенны в освещенной зоне.
Приведённые высоты антенн. Коэффициент расходимости волны. Полев зоне
полутени и тени.
Тема 4. Влияние атмосферы на распространение радиоволн.
Тропосферная рефракция. Типы рефракции. Эквивалентный радиус
Земли. Рефракция, поглощение и изменение плоскости поляризации волны в
ионосфере. Критическая частота. Влияние гидрометеоров. Ослабление в
газах атмосферы.
Тема 5. Помехи радиоприему.
Замирания сигнала. Искажения сигналов в тракте распространения.
Классификация и характеристики источников внешних помех (атмосферные
помехи, тепловые шумы атмосферы и поверхности земли, помехи
космического происхождения, промышленные помехи). Полная мощность
шумов на входе приемника. Шумовая температура антенны
Тема 6. Особенности распространения длинных волн.
Область применения. Механизмы распространения ДВ. Ионосферный
волновод. Эффект антипода. Эмпирическая формула Остина.
Тема 7. Особенности распространения средних волн.
Область применения. Механизмы распространения СВ. Зоны ближних
и дальних замираний. Перекрёстная модуляция в ионосфере.
Тема 8. Особенности распространения коротких волн.
Область применения. Механизм распространения КВ. Применимые
частоты для ионосферной волны. Расчёт напряженности поля ионосферной
волны.
Тема 9. Особенности распространения ультракоротких волн.
Эмпирические
модели
распространения
УКВ.
Критерий
Рэлея.
Формула Введенского. Распространение УКВ в условиях городской
застройки. Формула Окамура-Хата. Распространение УКВ на космических
линиях связи. Дальнее тропосферное распространение.
Раздел 4. Теория антенн
Тема 1. Двухпроводные линии.
Понятие длинной линии с распределенными параметрами.
Тема 2. Прямоугольные волноводы.
Типы волн в прямоугольном волноводе. Понятие критической длины
волны. Низшая (основная) волна прямоугольного волновода. Волноводы
круглого сечения. Типы волн в круглых волноводах. Низшая (основная)
волна круглого волновода. Элементы возбуждения прямоугольных и круглых
волноводов.
Тема 3. Коаксиальные линии передач.
Типы
волн
в
коаксиальной
одномодового режима на Т-волне.
линии.
Условия
существования
Тема 4. Полосковые линии передач.
Типы полосковых линий: СПЛ и МПЛ. Условие одномодового
возбуждения.
Основные
параметры.
Связанные
МПЛ.
Щелевые
и
копланарные линии.
Тема 5. Диэлектрические волноводы.
Условия возникновения поверхностной волны. Структура поля, выбор
поперечных размеров. Понятие о потерях и электрической прочности.
Многослойные диэлектрические линии, световоды.
Тема 6. Однопроводный фидер.
Структура поля основной волны. Область применения.
Тема 7. Двухпроводные, четырехпроводные и многопроводные
линии передач.
Двухпроводные, четырехпроводные и многопроводные линии передач.
Четырехпроводной
перекрещенный
фидер.
Основные
конструктивные
данные. Затухание. Допустимая мощность.
Тема 8. Режимы в передающих линиях.
Коэффициент отражения, КСВ, КБВ. Свойства отрезков линий передач.
Круговая диаграмма полных сопротивлений (проводимостей). Согласующие
устройства.
Тема 9. Параметры антенн.
Характеристика (диаграмма) направленности антенны: амплитудная,
фазовая. Коэффициент направленного действия антенны (КНД). Строгий и
приближенный
методы
определения
КНД.
КНД
элементарного
электрического вибратора. Коэффициент полезного действия (КПД) и
коэффициент усиления (КУ) антенны. Определение напряженности поля по
заданному КУ антенны и подводимой к ней мощности.
III.
ВОПРОСЫ К ВСТУПИТЕЛЬНОМУ ИСПЫТАНИЮ
1. Классификация
сигналов.
чем
(В
отличие
случайного
от
детерминированного сигнала? Какой вид сигнала является носителем
информации?)
2. Временное
и
частотное
представление
сигналов.
(Суть
преобразования Фурье? Для каких типов сигналов подходит вычисление
рядов Фурье? )
3. Линейное
и
нелинейное
преобразования
сигналов.
(В
чем
различаются сигналы на выходе линейной и нелинейной цепи, если на вход
этих цепей подавать однотипный сигнал?)
4. Корреляционный анализ сигналов (Каково назначение функции
корреляции, автокорреляции и ковариации?).
5. Шумы и помехи в электросвязи (В чем отличие аддитивных помех от
мультипликативных? Какова природа этих помех?).
6. Статистические характеристики флуктуационной помехи (Что такое
аддитивный белый гауссовский шум? Каковы его характеристики?).
7. Теория
сообщениях,
информации.
энтропия
Количество
источника
информации
дискретных
в
сообщений.
дискретных
Энтропия
непрерывных сообщений. Формула Шеннона (Каким образом увеличивается
скорость передачи информации путем повышения отношения сигнал-шум,
согласно формуле Шеннона?).
8. Передача и приём дискретных сообщений в каналах со случайными
параметрами. (Что означает термин BER, функцией каких параметров он
является?)
9. Методы разделения каналов (частотное, временное, амплитудное,
ортогональное разделение). (Какие методы разделения подходят для
аналоговых, а какие для цифровых систем связи?)
10.
Помехоустойчивость
Многостанционные
системы
связи.
многоканальных
Межстанционные
систем.
помехи.
(Как
проявляют себя помехи по соседнему каналу первого, второго порядка? В
чем отличие этого типа помехи, от помехи по основному каналу приема?)
11.
Фильтрация
сигналов.
Основы
синтеза
фильтров.
Согласованная фильтрация. Согласованный фильтр как коррелятор. (Как,
зная импульсную характеристику канала связи найти АЧХ, ФЧХ, групповое
время задержки, переходную и передаточную характеристику?)
12.
Система уравнений электродинамики. Уравнения Максвелла
в дифференциальной и интегральной формах.
13.
Метод комплексных амплитуд в описании электромагнитного
14.
Классификация сред по электродинамическим параметрам.
поля.
Материальные уравнения.
15.
Баланс энергии электромагнитного поля в открытой системе.
16.
Электродинамические потенциалы. Волновое уравнение.
17.
Электродинамические потенциалы в комплексной форме.
Уравнение Гельмгольца.
18.
Поле на границе раздела сред. Граничные условия. Формулы
Френеля.
19.
Поле линейного излучателя.
20.
Поле бесконечного плоского излучателя.
21.
Условия излучения.
22.
Распространение земной волны при поднятых антеннах.
Интерференционная формула и область её применения.
23.
Неоднородность электромагнитных свойств тропосферы на
различных высотах. Состав и структура. Коэффициент преломления и индекс
рефракции.
24.
Рефракция радиоволн в атмосфере. Механизмы дальнего
тропосферного распространения радиоволн.
25.
Ослабление
тропосфере и в ионосфере.
радиоволн
в
атмосфере.
Поглощение
в
26.
Замирания, их свойства и причины. Общие характеристики
замираний и способы борьбы с ними.
27.
Классификация помех. Шумовая (яркостная) температура.
Характеристики помех от различных источников.
28.
Особенности
распространения
радиоволн
различных
частотных диапазонов с учетом влияния атмосферы и земной поверхности.
29.
Особенности распространения УКВ в города.
30.
Особенности распространения УКВ на космических линиях.
31. Обоснуйте необходимость использования одномодового режима
для передачи энергии по волноводам. Назовите низшие типы волн в
металлических, диэлектрических, коаксиальных, полосковых волноводах.
32. Покажите расположение излучающих и неизлучающих щелей в
металлических прямоугольных волноводах, если распространяется волна Н10,
Е11, Н01 и металлических круглых волноводах - Н11, Е01, Н01. Ответ обоснуйте.
33. Почему дроссельный поршень, не имея гальванического контакта
со стенками волновода, обеспечивает короткое замыкание волновода?
34.
Из каких соображений выбирается поперечный размер полого
металлического прямоугольного волновода, в котором распространяется
волна Н10?
35.
Назовите
виды
согласующих
устройств
и
дайте
сравнительную характеристику.
36.
Какую наименьшую электрическую длину l/λ должна иметь
короткозамкнутая и разомкнутая линии, чтобы её входное сопротивление
было индуктивным; ёмкостным; активным? Ответ обоснуйте.
37.
Поясните физическую сущность согласования линии с
нагрузкой при помощи четвертьволнового трансформатора? Как можно
расширить полосу пропускания четвертьволнового трансформатора? Ответ
обоснуйте.
38.
Поясните принцип действия щелевого моста.
39.
Какой из вентилей: резонансный или вентиль на смещении
поля, имеет большие размеры? Ответ обоснуйте.
40.
Каким образом можно уменьшить фазовую погрешность в
полосковых направленных ответвителях на связанных линиях?
41. Объясните отсутствие продольной составляющей векторов Е и Н
электромагнитного поля в дальней зоне.
42. При каких условиях наблюдается полное совпадение диаграммы
направленности в приёмном и передающем режимах?
43. Назовите причину образования боковых лепестков диаграммы
направленности симметричного вибратора при длине плеча вибратора
l> 0,5λ.
44.
Поясните с физической точке зрения повышение требований
к шагу антенной решётки, связанные с отсутствием вторичных главных
максимумов, с ростом сдвига фаз между токами излучателей?
45. Почему наибольший КНД линейной антенной решётки в режиме
осевого
излучения
наблюдается
при
амплитудном
распределении,
спадающем к краям?
46. Поясните
принцип
расширения
полосы
пропускания
логопериодических антенн.
47. Почему пирамидальный рупор с равными размерами сторон
раскрыва в Е- и Н-плоскостях имеет различную ширину ДН и различный
допустимый сдвиг фаз в раскрыве?
48.
Как
можно
повысить
равномерность
амплитудного
распределения в раскрыве зеркальной антенны? Ответ обоснуйте.
49. Объясните,
сопротивлением
почему
обладают
вибраторы
улучшенными
с
пониженным
диапазонными
волновым
свойствами.
Приведите примеры таких вибраторов.
50.
Почему ромбическая антенна обладает широкой полосой
пропускания и однонаправленным излучением? Ответ обоснуйте. Укажите
типичные размеры ромбической антенны на коротковолновом диапазоне.
IV.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И
ИСТОЧНИКОВ
Основная литература
1.
Андреев, Р.Н. Теория электрической связи [Электронный ресурс]: курс
лекций : учебное пособие для вузов/ Р.Н.Андреев, Р.П.Краснов, М.Ю.Чепелев—
Электрон. текстовые данные.— М.: Горячая линия - Телеком, 2014.— 230 c.—
Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/25089.
2.
Боков,
Л.А.
Электродинамика
и
распространение радиоволн
[Электронный ресурс]: учебное пособие/ Л.А.Боков, В.А.Замотринский, А.Е.
Мандель.— Электрон. текстовые данные.— Томск: Томский государственный
университет систем управления и радиоэлектроники, 2012.— 301 c.— Режим
доступа: http://www.iprbookshop.ru/13874.
3.
Петров, Б. М. Электродинамика и распространение радиоволн:
учебник / Б.М. Петров, 2-е изд., испр. - М.: Горячая линия-Телеком, 2007 - 558с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:663932&theme=FEFU
4.
Родионов, А.Ю. Теория электрической связи: учебно-методическое
пособие / А.Ю. Родионов; Дальневосточный государственный технический
университет.
-
Владивосток:
университета,
Изд-во
Дальневосточного
2007.
технического
–
129с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:384991&theme=FEFU
5.
Сомов, А.М. Антенно-фидерные устройства : учебное пособие для
вузов / А. М. Сомов, В. В. Старостин, Р. В. Кабетов ; под ред. А. М. Сомова. М.:
Горячая
линия-Телеком,
2011
-
404с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:674311&theme=FEFU
Дополнительная литература
1. Астахов,
В.И.
Квазистационарные
электромагнитные
поля
в
проводящих оболочках [Электронный ресурс]/ В.И. Астахов.— Электрон.
текстовые данные.— М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013.— 332 c.— Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/24444.
2.
Каневский,
И.Н.
Минимальная
электродинамика:
учебное
пособие / И.Н. Каневский, А.П. Лысенко, Е.Н. Сальникова, Л.Г. Стаценко;
Дальневосточный
Дальневосточного
федеральный
университет.
федерального
-
Владивосток:
университета,
2012.
–
Изд-во
72
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:671914&theme=FEFU
3. Мешков, И.Н. Электромагнитное поле. Часть 1. Электричество и
магнетизм [Электронный ресурс] / И.Н.Мешков, Б.В. Чириков. - Электрон.
текстовые данные.— М., Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2013.—
544 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/28923.
4.
Мешков, И.Н. Электромагнитное поле. Часть 2. Электромагнитные
волны и оптика [Электронный ресурс]/ И.Н.Мешков, Б.В. Чириков. - Электрон.
текстовые данные.— М., Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2014.—
416 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/28924.
5. Муромцев, Д.Ю. Электродинамика и распространение радиоволн /
Д.Ю. Муромцев, Ю.Т. Зырянов, П.А. Федюнин, О.А. Белоусов. — СПб. : Лань,
—
2014.
448
с.
Режим
доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=50680
6.
Пуговкин А.В. Телекоммуникационные системы [Электронный
ресурс]: учебное пособие/ А.В. Пуговкин.— Электрон. текстовые данные.—
Томск: Томский государственный университет систем управления и
радиоэлектроники,
2007.—
202
Режим
c.
доступа:
http://www.iprbookshop.ru/13983.
7.
Шпилевой, А.А. Теория антенно-фидерных устройств систем связи
[Электронный
ресурс]:
учебное
пособие/
А.А.
Шпилевой,
В.Е.
Пониматкин.— Электрон. текстовые данные.— Калининград: Балтийский
федеральный университет им. Иммануила Канта, 2011.— 114 c.— Режим
доступа: http://www.iprbookshop.ru/23936.