(5 сем., диф.зачет)

Лектор: Ст. преподаватель Митянина Наталья Валерьевна

Введение. О технике и следствиях её развития. Общие сведения об автоматических системах. Классификация систем по характеру внутренних динамических процессов. Программы регулирования.
Одномерная управляемая система с одной степенью свободы. Функция веса и передаточная функция. Частотная характеристика. Замкнутая управляемая система. Разомкнутая управляемая система. Воспроизведение преобразованного сигнала.
Динамические звенья. Амплитудно-фазовая частотная характеристика. АФХ и функция веса. Минимально-фазовые звенья. Логарифмическая частотная характеристика. Позиционные динамические звенья. Неустойчивые и неминимально-фазовые звенья.
Критерии устойчивости линейной системы. Критерий устойчивости Рауса-Гурвица. Критерий устойчивости Михайлова. Построение области устойчивости. D-разбиение.
Критерий устойчивости Найквиста [1]. Статическая система и система с астатизмом первого и второго порядка. Критерий устойчивости Найквиста в общем случае. Критерий устойчивости Найквиста [2]. Определение устойчивости по логарифмическим частотным характеристикам.
Передаточные функции систем автоматического регулирования. Регулирование: пропорциональное, интегральное, изодромное, по производным. Соединения стационарных линейных систем. Многоконтурная система обратной связи. Многомерные системы регулирования. Устойчивость двухмерной системы с асимметричными связями.
Построение кривой переходного процесса. Непосредственное решение дифференциальных уравнений. Применение преобразования Лапласа. Реакция системы на произвольную функцию времени. Уравнение с переменными коэффициентами.
Оценка качества регулирования. Коэффициенты ошибок. Корневые методы оценки ошибок. Диаграмма Вышнеградского. Стабилизация радиального положения пучка в синхротроне ТРАПП. Частотные критерии качества. Повышение точности систем автоматического регулирования. Комбинированное управление.
Нелинейные системы автоматического регулирования. Фазовая плоскость. Особые точки и фазовые портреты линейных систем. Особые точки и фазовые портреты нелинейных систем.
Переходные процессы и автоколебания релейной системы. Система со скользящим процессом. Система с логическим управлением. Учёт времени запаздывания. Системы с переменной структурой.
Метод припасовывания. Метод гармонической линеаризации. Алгебраический метод определения симметричных колебаний и устойчивости. Приближённый метод исследования устойчивости.
Частотный критерий устойчивости В.М. Попова.
Литература

В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. Теория систем автоматического регулирования. Санкт-Петербург, 2003.
Основы автоматического управления, Под редакцией В.С. Пугачёва, М., 1968.
Я.Н. Ройтенберг. Автоматическое управление. М.: Наука, 1971.
Математические основы теории автоматического регулирования, Под редакцией Б.К. Чемоданова. М., 1971.
Е.П. Попов. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1988.
Дополнительная литература

А.А. Фельдбаум, А.Г.Бутковский. Методы теории автоматического регулирования. М.: 1971.
В.А. Иванов, Н.В. Фалдин. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: 1981.
В.В. Барковский, В.Н. Захаров, А.С. Шаталов. Методы синтеза систем управления. М.: 1969.
Ю.И. Топчев, А.П. Цыпляков. Задачние по теории автоматического регулирования. М.: 1977.

(7 сем., экзамен)

Лектор: Доцент Переведенцев Евгений Алексеевич

Уравнения движения частиц в циклических ускорителях. Фокусировка в неоднородном магнитном поле.
Устойчивость поперечного движения частиц в циклических ускорителях. Бетатронные колебания. Матрица перехода. Слабая фокусировка.
Бетатронные колебания в периодических фокусирующих системах. Устойчивость решений уравнения Хилла, теорема Флоке. Огибающая бетатронных колебаний в жесткофокусирующем ускорителе.
Влияние возмущений ведущего поля в циклических магнитных структурах. Искажение равновесной орбиты. Запрещенные полосы бетатронных частот.
Замкнутая орбита для частиц с неравновесной энергией. Коэффициент удлинения орбит, удлинение периода обращения.
Продольное движение частиц, резонансное ускорение, автофазировка, уравнения синхротронных колебаний.
Синхротронное излучение, его характеристики и влияние на динамику циркулирующих электронов. Радиационное затухание колебаний.
Возбуждение колебаний вследствие квантовых флуктуаций синхротронного излучения. Установившиеся размеры пучка в электронном накопителе.
Анализ нелинейных возмущений осциллятора методом усреднения. Нерезонансные возмущения. Хроматизм и кубическая нелинейность бетатронных колебаний.
Внешний (простой) резонанс ангармонических колебаний. Амплитудно-частотная характеристика, фазовый портрет, области бетатронной автофазировки.
Параметрический резонанс, нелинейные резонансы. Амплитудно-частотная характеристика, фазовый портрет, области бетатронной автофазировки.
Взаимодействие встречающихся сгустков. Параметр пространственного заряда ξ.
Ограничение светимости встречных пучков «эффектами встречи».
Эффекты, определяющие время жизни пучка в накопителе.
Методы инжекции. Методы охлаждения протонных пучков: электронное охлаждение, стохастическое охлаждение.
Влияние пространственного заряда на динамику интенсивного пучка. Когерентные неустойчивости пучка, их диагностика и подавление.
Литература

А.Н. Лебедев, А.В.Шальнов. Основы физики и техники ускорителей, М.: «Энергоатомиздат», 1991.
Г. Брук. Циклические ускорители заряженных частиц, М.: «Атомиздат», 1970.
А.А. Коломенский, А.Н.Лебедев. Теория циклических ускорителей, М.: «Физматгиз», 1962.
M. Sands. The Physics of Electron Storage Rings. Preprint SLAC-121, 1970.
Дж. Ливингуд. Принципы работы циклических ускорителей. М.: 1963.

(5 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Тарнецкий Владимир Владимирович

Общие сведения из теории электромагнитного поля
Уравнения Максвелла. Граничные условия. Электромагнитная энергия. Единственность решения. Скин-эффект. Граничные условия на поверхности идеального проводника. Приближенные граничные условия Леонтовича. Поверхностные токи.
Теория длинных линий
Классификация линий передачи.
ТЕМ волны в линиях передачи. Поле в поперечном сечении. Коаксиальная, двухпластинчатая, двухпроводная линии.
Телеграфное уравнение. Падающая и отраженная волны. Бегущая и стоячая волны. Трансформация сопротивлений и проводимостей. Эквивалентная схема отрезка линии передачи в виде четырехполюсника. Диаграмма Смита. Потери в линии.
Многопроводные ТЕМ-линии.
Волноводы
Распространение волн в волноводах. Уравнения для потенци­аль­ных функций. Волны Е и Н типов. Соотношения ортогональности.
Волны в прямоугольных волноводах. Картины силовых линий и токов в стенках для Е и Н волн. Круглый волновод. Волноводные типы волн в коаксиальной линии. Волноводы сложной формы.
Энергетические соотношения для волноводов. Мощность и плотность энергии в волноводе.
Фазовая и групповая скорости распространения волн в волноводе. Волны Бриллюэна.
Потери в волноводах. Затухание, вызванное потерями в стенках. Потери в среде, заполняющей волновод.
Волноводная линия передачи. Напряжение и ток в волноводе. Телеграфное уравнение для волноводов. Волновое сопротивление волноводов.
Оконечное устройство. Полное сопротивление, коэффициент отражения и энергетические характеристики оконечного устройства.
Сочленение нескольких волноводов. Матрицы полного сопротивления и полной проводимости. Матрица рассеяния и ее свойства. Частотные характеристики сочленений без потерь.
Неоднородности в волноводах. Скачкообразное изменение параметров вещества, заполняющего волновод. Диафрагмы в волноводе. Методы решения задач о неоднородностях в волноводе. Изменение сечения волновода. Согласование волноводов с помощью многоступенчатых переходов. Возбуждение волноводов заданными токами и полями.
Резонаторы
Свободные колебания резонаторов. Собственные значения и собственные функции. Ортогональность собственных функций.
Различные типы полых резонаторов. Резонаторы, образованные из линий передачи. Квазистационарные резонаторы.
Приближенные методы расчета полых резонаторов. Квазиста­ци­о­нарный метод. Метод сшивания. Вариационный метод. Соотношение для возмущений.
Потери в резонаторах. Добротность. Потери в стенках резона­тора и в среде, заполняющей резонатор. Внешняя и нагруженная добротности.
Вынужденные колебания резонаторов. Возбуждение резонатора заданными токами и полями. Характеристическое и шунтовое сопротивления.
Резонатор как элемент линии передачи. Эквивалентная схема резонатора, связанного с линией. Коэффициент связи. Полное сопротивление и коэффициент отражения.
Литература

Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ. Курс лекций. Новосибирск. Изд. НГУ. 2006.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Сов. радио, 1988.
Теория линий передач сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1951.
Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. М.: Наука, 1966.
Дополнительная литература

Стрэттон Дж. Теория электромагнетизма. М.; Л.: ОГИЗ - Гостехиздат, 1948.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
Альтман Дж. Устройства СВЧ. М.: Мир, 1968.
Левин П. Современная теория волноводов. М.: Изд-во иностр. лит., 1954.
Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1992.
Литература для внеклассного чтения

Марков Г.Т., Васильев Е.Н. Математические методы прикладной электродинамики. М.: Советское радио, 1970.
Ильинский А.С., Кравцов В.В., Свешников А.Г. Математические модели электродинамики. М.: Высшая школа, 1991.
Стражев В.И., Томильчик Л.М. Электродинамика с магнитным зарядом. Минск: Наука и техника, 1975.
Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973.
Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Советское радио, 1973.
Lectures at the JOINT US-CERN-Japan Accelerator School, Japan, 1996.
Краснов И.П. Об энергии и импульсе электромагнитного поля. Письма в ЖТФ, т.35, вып.3, 2009.
Фельдштейн Л.А., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967.

(7 сем., диф. зачет)

Лектор: Ст. преподаватель Дубров Сергей Валерьевич

Булева Алгебра. Основные аксиомы и теоремы. Карты Карно. Применение при проектировании и анализе работы ЭВМ.
Основные понятия в ЭВМ. Архитектура фон-Неймана, гарвардская архитектура. Центральный процессор, память, внешние устройства. Понятие шины. Методы адресации памяти (прямая, непосредственная, регистровая, индексная, косвенная).
Логическая организация памяти. Порядок младших/старших байт/бит в многобайтовых словах (little endian, big endian). Страничная, сегментная адресация. Кэш-память, варианты кэш памяти (сквозная запись, с обратной записью, инклюзивная, эксклюзивная). Расслоение физической памяти. Иерархия памяти в архитектуре машины (от регистров до лент).
Методы ввода-вывода данных. Программный канал, ввод-вывод по прерываниям, прямой доступ в память.
Однокристальные микроЭВМ семейства Intel 8048. Архитектура процессора, организация памяти данных и команд, регистры. Доступ к внешним устройствам. Ограничения. Поколение микроЭВМ улучшенной архитектуры – Intel 8051. Расширение возможностей 8051 (объем памяти, битовая обработка, прерывания, скорость выполнения инструкций).
Семейство PDP-11 (LSI-11). История и роль для всей отрасли компьютерной индустрии. Основные особенности PDP-11 – регистры общего назначения, «ортогональная» система команд, стек в ОЗУ. Слово состояния процессора. Асинхронная шина (Unibus и Q-bus). Достоинства и недостатки по сравнению с синхронной шиной, циклы чтения/записи, циклы прерывания, прямого доступа в память. Методы преодоления ограниченного адресного пространства - архитектура диспетчера памяти старших моделей PDP-11 и LSI-11. Предельный объем физической памяти, максимально возможный объем программы. Арифметические команды для чисел формата с плавающей запятой.
Семейство VAX. Супер-мини ЭВМ. Надёжные вычисления. Классический пример машины со сложным (CISC) набором команд. Организация физической, виртуальной памяти, прерываний, ввода-вывода. Поддержка арифметики с плавающей запятой. Единица производительности - VUP.
Основные операционные системы семейств PDP-11 и LSI-11 (RT-11, RSX-11, TSX-11). Возможности, определяемые архитектурой ЭВМ (размер задач, количество пользователей, количество подключаемых периферийных устройств). Подкачка/выгрузка программ с диска/на диск в ОЗУ/из ОЗУ (swapping). Поддержка виртуальной памяти в RSX-11 – системе предшественнике VAX/VMS.
Архитектура микроЭВМ на базе процессоров 8080/85/Z80. Строительные программируемые «кубики» фирмы Intel. Ограничения микроЭВМ на базе архитектуры 8080. Система команд, методы адресации. Методов адресации процессора 8080, дополнительные возможности процессора Z80.
Архитектура процессора i8086/88 и ЭВМ на его основе (IBM PC). Регистры, ориентация на экономию памяти. Методы адресации. Шина IBM PC, прерывания, прямой доступ к памяти. Подключение внешних устройств. Диски, флоппи-диски, порт RS232, параллельный порт. Карта памяти. Системный BIOS, BIOS-ы периферийных устройств - назначение и организация. Арифметический сопроцессор i8087, сопряжение с центральным процессором. Очередь команд.
Дальнейшее развитие архитектуры 8086 - процессор 80286. Персональный компьютер на основе 80286 - IBM PC AT. Попытка прорваться через одномегабайтный барьер ОЗУ. Два режима работы: реальный, защищенный. Карта памяти для каждого из них. Неудачные решения, заложенные в архитектуру процессора - препятствие для построения надежно работающих операционных систем. Полезная ошибка при работе с сегментом с максимальным адресом. Развитие сегментного доступа к памяти - дескрипторные таблицы. Ограничения на объем сегментов.
Процессоры архитектуры 80386 и 80486. Три режима работы - реальный, защищенный, виртуальный 8086. Преодоление 16-ти разрядного барьера в размере сегментов, комбинация страничных и сегментных способов адресации. Кэш. Бремя совместимости со старыми моделями процессоров. Архитектурные преимущества при работе в системе MS DOS по сравнению с моделями 8086 и 80286. Использование преимуществ 32-х разрядной памяти. Плоская (flat) модель памяти. Многошинная структура современных PC. SCSI-интерфейс для подключения внешних устройств.
Многопроцессорные системы интеловской архитектуры, повышение производительности за счёт увеличения количества исполнительных устройств, вместо «лобового» повышения тактовой частоты. Многоуровневый кэш. Архитектура машин на базе процессоров Intel Core i7, i5, i3 и AMD Phenom.
Переход на 64-х разрядные архитектуры – когда прямо адресуемого ОЗУ объёмом в 4 Гбайта недостаточно. Эволюционный вариант – архитектура x64. Архитектура IA-64 Itanium (EPIC).
Последовательные шины (на примере PC) – стратегическое направление эволюции архитектур современных машин. Шины для подключения внешних устройств: USB, FireWire (IEEE-1394), eSATA. Внутренние шины: PCI-E, SATA, SAS.
Основные операционные системы для машин с архитектурой PC - Linux, Windows, Unix-подобные системы. Сетевая ОС Netware – пример ОС с невытесняющей многозадочностью.
Архитектура суперЭВМ. Классификация суперЭВМ (векторные, параллельные, SIMD, MIMD т.д.). CRAY, Cyber-205 CDC, роль и влияние на сектор высокопроизводительных машин. Система команд, методы адресации. Использование преимуществ параллельных архитектур (параллельные языки программирования).
Архитектура виртуальных машин. Виртуализация процессора, устройств ввода-вывода. Программная и аппаратная виртуализация. Гипервизор. Большая тройка – VMWare ESX (vSphere), Citrix XENServer, Microsoft Hyper-V.
Архитектура современных сверхпроизводительных суперЭВМ, проект GRID. «Народный» суперкомпьютер на базе GPU, проект CUDA от Nvidia.
Литература

Принципы работы системы IBM/370. П/р Л.Д. Райкова. М.: «Мир», 1975.
Компьютеры. Справочное руководство в трех томах. П/р Г. Хелмса. Т.1. М.: «Мир», 1986.
Супер-ЭВМ. Аппаратная и программная реализация. П/р С. Фернбаха. М.: «Радио и связь», 1991.
Р. Хокни, К.Джессхоуп. Параллельные ЭВМ. Архитектура, программирование и алгоритмы. М.: «Радио и связь», 1986.
Э. Клингман. Проектирование микропроцессорных систем. М.: «Мир», 1983.
Э. Клингман. Проектирование специализированных микропроцессорных систем. М.: «Мир», 1985.
В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Молокогонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: «Энергоатомиздат», 1990.
Мини- и микро ЭВМ семейства «Электроника». Производственное издание. Б.Л. Толстых и др. М.: «Радио и связь», 1987.
М. Сингер. Мини-ЭВМ PDP-11: программирование на языке ассемблера и организация машины. Серия «Математическое обеспечение ЭВМ». М.: «Мир», 1984.
Центральный процессор М2. ТО и инструкция по эксплуатации. ЦНИИ «Электроника», 1982.
Ю-Чжень Лю, Г. Гибсон. Микропроцессоры семейства 8086/8088. М.: «Радио и связь», 1987.
С.П. Морс, Д.Д. Алберт. Архитектура микропроцессора 80286. М.: «Радио и связь», 1990.
В.Л. Григорьев. Архитектура микропроцессора 80486, в 4-х томах.
П.М. Коуги. Архитектура конвейерных ЭВМ. М.: «Радио и связь», 1985.
Ч. Кэпс, Р. Стаффорд. VAX: программирование на языке ассемблера и архитектура. М.: «Радио и связь», 1991.
Г. Майерс. Архитектура современных ЭВМ, в 2-х книгах. М.: «Мир», 1985.
Э. Таненбаум. Многоуровневая организация ЭВМ. М.: «Мир», 1979.
Э. Таненбаум. Архитектура компьютера. 4-ое издание. «Питер», 2002.
К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. Организация ЭВМ. 5-ое издание. «BHV», «Питер», 2003.
http://www.nvidia.ru/object/cuda_learn_ru.html
http://www.nvidia.com/object/cuda_home.html
http://www.vmware.com/support/pubs/
http://www.xensource.com/
http://www.microsoft.com/windowsserver2008/en/us/hyperv-main.aspx

(6 сем., экзамен)

Лектор: Доцент, к.т.н Запрягаев Игорь Александрович

1. Основы теории излучения
Объемные электрические и магнитные источники электромагнитного поля. Электродинамические потенциалы. Принцип двойственности. Поверхностные источники электромагнитного поля. Принцип Гюйгенса-Кирхгофа. Обобщение формулы Кирхгофа для вектор­ных полей с учетом источников. Поля произвольной системы токов. Лемма Лоренца. Теорема взаимности.
2. Элементарные излучатели
Элементарный электрический вибратор (диполь Герца). Элементарный магнитный вибратор. Элемент Гюйгенса. Щелевой вибратор.
3. Системы элементарных излучателей
Простейшие совокупности элементарных излучателей. Симметричные вибраторы. Нагруженный вибратор. Цепочка синфазных излучателей. Решетка синфазных вибраторов. Поле двух вибрато­ров. Рефлектор и директор. Влияние Земли на диаграмму направленности линейного излучателя.
4. Характеристики излучателей
Параметры передающих антенн и методы их расчета. Параметры электрического режима работы антенны. Сопротивле­ние потерь. Частотная зависимость сопротивлений. Входное сопротивление антенны. Сопротивление настройки. Коэффициент направленного действия. Коэффициент полезного действия. Коэффициент усиления. Частотные характеристики и полоса пропускания антенн. Основы теории приема радиоволн. Характеристики приемных антенн.
5. Антенны длинных и средних радиоволн
Особенности распространения длинных и средних радиоволн. Антенны Александерсена. П-образные длинноволновые антенны. Т- и Г-образные антенны средних и длинных волн. Антенные мачты средневолнового диапазона. Щелевые средневолновые антенны. Приемные антенны средних и длинных волн.
6. Излучение коротких волн
Особенности распространения коротких волн. Простые коротко­волновые вибраторы настроенного и диапазонного типа. Сложные коротковолновые антенны настроенного и диапазонного типа. Ромбические коротковолновые антенны.
7. Излучение ультракоротких волн
Излучение волновода прямоугольного сечения. Рупорные антенны. Распределение фаз в раскрыве рупора. Направленные свойства секториальных рупоров. Коэффициент направленного действия пирамидального рупора. Коррекция фазы в раскрыве рупора. Линзовые антенны. Ускоряющие линзы. Направленные свойства и полоса пропускания ускоряющих линз. Замедляющие линзы из искусственного диэлектрика. Зонированные замедляющие линзы. Параболические антенны. Токи на поверхности параболоида. Влияние вторичного поля, отраженного от параболоида, на облучатель.
8. Общие вопросы распространения радиоволн
Основные опреде­ле­ния. Характер распространения радиоволн разных диапазонов. Распространение плоских радиоволн в полупроводящей среде. Неоднородные плоские волны.
9. Распространение радиоволн над поверхностью Земли
Прибли­женные граничные условия Леонтовича. Участок поверхности, существенный при отражении. Объем пространства, сущест­венный при распространении радиоволн. Распространение радиоволн при поднятых антеннах. Интерференционная формула. Квадратичная формула Введенского. Структура поля радиоволны в месте приема. Влияние сферичности Земли. Дифракционная задача. Распростра­не­ние радиоволны над неоднородной плоской поверхностью. Учет неровностей. Критерий Релея.
10. Распространение радиоволн в тропосфере
Строение тропосферы. Тропосферная рефракция. Сверхрефракция. Рассеяние радиоволн в тропосфере.
11. Распространение радиоволн в ионосфере
Структура ионосферы. Тензор диэлектрической проницаемости. Распространение плоских волн в однородной изотропной ионизированной среде. Показатель преломления и поглощения. Волны в однородной магнитоактивной плазме, продольное распространение, поперечное распространение. Распространение электромагнитных волн в неоднородной среде. Приближение геометрической оптики. Решение волнового уравнения для линейного слоя. Распространение импульсов в плазменной среде. Методы исследования ионосферы. Нелинейные эффекты.

Литература

Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.; Л.: Энергия, 1975.
Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1965.
Дополнительная литература

Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М.: Связь, 1977.
Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио, 1974.
Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высш. шк., 1974.
Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.; 1967.
Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972.
Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.

(8 сем., диф.зачет)

Лектор: Ст. преподаватель к.ф.м.н. Шиховцев Игорь Владимирович

1. Предмет статистической радиофизики

2. Случайные процессы и методы их описания
Понятие случайного процесса. Функция и плотность распределения. Средние значения и моменты случайных величин. Корреляционная функция. Стационарные случайные процессы. Характеристическая функция. Разложение характеристической функции. Спектральная плотность. Теорема Винера – Хинчина. Белый шум. Эргодическое свойство случайных процессов. Дисперсия времен-ного среднего. Выбор времени усреднения.
3. Модели случайных процессов
Нормальные процессы: характеристическая функция и плотность распределения, центральная предельная теорема, свойства нормального случайного процесса, условная плотность нормального распределения, предсказание случайных процессов, распределение Релея. Марковские случайные процессы: уравнение Смолуховского, нормальные марковские случайные процессы, диффузионные процессы, уравнения Колмогорова, процессы с независимыми приращениями, белый шум и винеровский процесс. Дробовой шум: распределение Пуассона, пуассоновский поток дельта-импульсов, модель дробового шума, среднее значение и функция корреляции дробового шума, энергетический спектр дробового шума, формула Шоттки. Тепловой шум. Шумы приемных антенн. Фликер-шум.
4. Преобразования случайных процессов в линейных системах
Основные соотношения из теории цепей. Линейная фильтрация. Интегральные характеристики линейного фильтра. Преобразование белого шума линейным фильтром. Нормализация случайного процесса. Корреляция шумов на выходе линейных систем. Вероятностная сходимость случайной функции. Условие непрерывности случайных процессов. Условия дифференцируемости случайных процессов. Свойства производной случайного процесса.
5. Преобразования случайных процессов в нелинейных системах
Корреляционная функция на выходе плавных нелинейностей. Двусторонний квадратичный детектор. Корреляционная функция на выходе кусочно-ломаных нелинейностей. Корреляционная функция на выходе предельного ограничителя. Корреляционная функция на выходе одностороннего линейного детектора. Корреляционная функция на выходе двустороннего линейного детектора. Энергетический спектр на выходе нелинейного элемента. Вероятность распределения на выходе нелинейного элемента: взаимооднозначное преобразование, двусторонний квадратичный детектор, односторонний квадратичный детектор. Анализ работы автогенератора при наличии шума: уравнение генератора, решение уравнения методом линеаризации, характеристики фазы и амплитуды, спектральная плотность колебания.
6. Узкополосные случайные процессы
Функция корреляции узкополосного случайного процесса. Аналитический сигнал. Корреляционная функция сопряженного процесса. Взаимная корреляция сопряженных процессов. Корреляционные свойства квадратурных составляющих. Распределение огибающей и фазы нормального узкополосного шума. Распределение огибающей смеси сигнала и узкополосного нормального шума. Распределение фазы смеси сигнала с шумом. Теорема Котельникова.
7. Прием сигналов на фоне шумов
Оптимальный фильтр. Согласованный фильтр. Корреляционный прием. Отношение правдоподобия и обнаружение сигнала. Критерии обнаружения: критерии максимального правдоподобия и идеального наблюдателя, критерий Неймана – Пирсона.
8. Элементы теории информации
Количественное определение информации. Средняя собственная и взаимная информация. Свойства средней собственной и взаимной информации. Пропускная способность канала. Теорема Шеннона о помехоустойчивом кодировании.

Литература

Якубов В.П. Статистическая радиофизика: Учебное пособие. Томск: Изд-во НТЛ, 2006.
Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.
Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 1,2. М.: Наука, 1976.
Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981.
Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 1. М.: Сов. радио, 1969.
Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 2004.
Горяинов В.Т., Журавлев А.Г., Тихонов В.И. Статистическая радиотехника: Примеры и задачи. Учебное пособие для вузов. М.: Сов. радио, 1980.
Дополнительная литература

Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.
Липкин И.А. Статистическая радиотехника. Теория информации и кодирования, М.: «Вузовская книга», 2002.
Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. М.: Мир, 1989.
Данверпорт В.Б., Рут В.Л. Введение в теорию случайных сигналов и шумов. М.: Изд. Иностранной литературы, 1960.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1983.
Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: ФМ, 1962. - 564 с.
Анищенко В.С., Вадивасова Т.Е. Лекции по статистической радиофизике, часть 1, Учебное издание. Издательство Саратовского университета, 1992.
Интернет-ресурсы

Яневич Ю.М. Задачи приема сигналов и определения их параметров на фоне шумов, Лекции для студентов СПбГУ. www.phys.spbu.ru.

(6 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Суханов Дмитрий Петрович

I) Введение
1. Усилители. Структурная схема. Коэффициент усиления. Частотные характеристики. Линейные и нелинейные искажения. Классификация усилителей по частотным характеристикам.
2. Транзисторы. Вольт-амперные характеристики. Эквивалентные схемы. Частотная зависимость параметров транзистора. Зависимость параметров эквивалентной схемы от режима. Типы транзисторов и их особенности.
3. Усилительный каскад. Составляющие тока и потенциала коллектора, эмиттера, базы. Мощность постоянной и переменной составляющих. Графический метод определения режима.
4. Каскад с общим эмиттером с емкостной связью. Эквивалентная схема. Работа каскада в области низких и высоких частот. Входные и выходные сопротивления, коэффициент усиления.
5. Каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Входные и выходные сопротивления, коэффициент усиления. Частотная характеристика.
6. Схема с общей базой и ее параметры. Каскад с эмиттерной связью. Каскодная схема.
7. Выбор рабочей точки и способы ее стабилизации.
8. Усилители с обратной связью. Виды обратной связи. Влияние обратной связи на характеристики усилителей. Устойчивость. Критерий устойчивости Найквиста. Паразитные обратные связи.
9. Особенности применения электронных ламп в усилителях. Эквивалентная схема. Каскады с общим катодом, общей сеткой. Катодный повторитель. Область применения ламп в усилителях.
II) Некоторые разделы теории цепей
1. Уравнения контурных токов и узловых потенциалов. Входное сопротивление (проводимость). Сопротивление (проводимость) передачи.
2. Функции линейных цепей и их свойства. Расположение нулей и полюсов. Свойства вещественной и мнимой частей функции цепи. Устойчивость и физическая осуществимость.
3. Переходные процессы в линейных цепях. Операторный метод. Связь переходного процесса с частотной характеристикой. Интеграл Дюамеля.
4. Двухполюсные цепи. Сопротивление и проводимость двухпо­люс­ника. Минимально-активные и минимально-реактивные двухполюсники. Двухполюсники, состоящие из чисто реактивных элементов.
5. Четырехполюсные цепи. Характеристические и рабочие параметры. Представление четырехполюсника в виде скрещенной цепи. Четырехполюсники минимального затухания и минимальной фазы. Четырехполюсники, состоящие из чисто реактивных элементов.
6. Связь между вещественной и мнимой частями функции цепи. Аналитические условия. Интеграл активного сопротивления и затухания. Интеграл реактивного сопротивления и фазы. Интегральная связь между вещественной и мнимой частями функции цепи, заданными во всем частотном диапазоне и заданными в разных диапазонах частот. Графо-аналитический метод построения фазочастотных характеристик по заданным амплитудно-частотным.
7. Теория обратной связи. Возвратное отношение и возвратная разность. Диаграмма Найквиста. Критерий Найквиста. Логарифмическая амплитудная и фазовая характеристики и их применение для анализа устойчивости. Оптимальная частотная характеристика усилителя с отрицательной обратной связью.
III) Усилители
1. Широкополосные и импульсные усилители. Каскады с коррекцией высших частот. Метод Брауде. Синтез цепей коррекции. Применение обратной связи. Многокаскадные усилители. Передача фронта и вершины импульса однокас­кадными усилителями. Усиление фронта каскадом с индуктивной коррекцией. Усиление фронта многокаскадным усилителем с коррекцией. Усилители с распределенным усилением.
2. Избирательные усилители. Резонансные однокаскадные и много­кас­кадные усилители. Усилители с расстроенными контурами. Избирательные усилители с обратной связью.
3. Усилители постоянного тока. Гальваническая связь. Температурный и временной дрейф. Дифференциальные усилители постоянного тока. Усилители постоянного тока с преобразованием. Комбинированные схемы усилителей постоянного тока.

Шумы в усилителях. Случайные процессы и их свойства. Спектральная плотность и автокорреляционная функция. Тепловые шумы, теорема Найквиста. Коэффициент шума усилителя. Источники шумов в усилителях. Шумы электронных ламп и транзисторов.

Литература

Карлинер М.М. Линейные электронные схемы. Курс лекций. Новосибирск, 2011.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1973.
Дополнительная литература

Эрглис К.Э., Степаненко И.П. Электронные усилители. М.: Наука, 1964.
Боде Г. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной связью. М.: Изд-во иностр. лит., 1948.
Артым А.Д. Электрические корректирующие цепи и усилители. М.: Энергия, 1965.
Сешу С. Анализ линейных цепей. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963.
Федотов А.Я. Основы физики полупроводниковых приборов. М.: Сов. радио, 1969.

(8 сем., экзамен)

Лектор: Ст. преподаватель Ращенко Владимир Викторович

1. Введение
Виды импульсных сигналов, параметры импульсов. Области применения импульсных сигналов. Спектры импульсов.
2. Преобразования импульсов в линейных цепях
Интегрирование и дифференцирование импульсных сигналов. Преобразования спектра. Схемотехника интегрирующих и дифференцирующих цепей. Фильтры для импульсных сигналов. Типы фильтров, их АЧХ и ФЧХ.
3. Импульсные трансформаторы
Устройство и принцип работы трансформатора. Закон Фарадея. Эквивалентная схема трансформатора. Эквивалентные параметры. Частотные свойства трансформатора. Пропускание фронта и вершины прямоугольного импульса. Материалы для магнитопроводов. Характеристики магнитопроводов. Примеры расчета импульсных трансформаторов. Трансформаторы тока.
4. Системы с распределенными параметрами. Длинные линии
Прохождение сигнала по длинной линии. Волновое сопротивление. Отражения при несогласованной нагрузке. Преобразования импульсов с применением коаксиальных кабелей. Кабельные трансфор­маторы. Искусственные длинные линии. Формирователи импульсов на линиях с распределенными и сосредоточенными параметрами.
5. Нелинейные преобразования импульсных сигналов
Элементная база нелинейных схем: диоды, биполярные транзисторы, полевые транзисторы. Операцион­ные усилители. Схемы усилителей напряжения на ОУ. Операционные схемы на ОУ. Компараторы. Оптические передатчики и приемники.
6. Импульсные ключи
Ключи на биполярных, полевых транзисторах, IGBT, тиристоры. Сравнительный анализ ключей.
7. Базовые элементы цифровых микросхем
Диодно-транзисторная логика. ТТЛ. ЭСЛ. КМОП. Аналоговые ключи.
8. Генераторы импульсных сигналов
Релаксационные генераторы на логических элементах. Генераторы одиночных импульсов. Релаксационный генератор на ОУ. Таймер 555.
9. Импульсные источники питания. Широтно-импульсная модуляция
Применение ШИМ сигнала на примере ЦАП ПКС. Типы импульсных преобразователей. Преобразователь с трансформаторной развязкой. Методы ШИМ-стабилизации напряжения. Пример схемы: Блок питания ПК.
10. Измерения импульсных сигналов
Делители напряжения, частотная компенсация. Датчики тока: шунты и токовые трансформаторы. Компенсационный датчик тока на основе элемента Холла (LEM).
11. Приборы для измерения импульсных сигналов
Осциллографы на основе ЭЛТ. Низкочастотные и высокочастотные осциллографы. АЦП. Методы аналогово-цифрового преобразования.
12. Электромагнитные помехи в электрических цепях
Магнитная и электростатическая помехи. Земляная петля. Защита от помех: применение гальванических развязок, экранов, синфазных трансформаторов.
Литература

Ерофеев Ю.Н. Импульсная техника. М.: «Высшая школа», 1984.
П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: «Мир», 1998.
Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1973.
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988.
Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов М.: «Солон-Р», 2001.
Курс лекций «Импульсная техника»

(7 сем., диф. зачет)

Преподаватели: Доцент, к.т.н. Запрягаев Игорь Александрович,
Ст. преподаватель Чернов Константин Николаевич

1. Исследование ферритового циркулятора.
Цель работы: Изучение работы ферритового циркулятора в качестве бесконтактного высокочастотного коммутатора и определение коэффициентов его матрицы рассеяния. Микроамперметр используется в качестве индикатора уровня мощности, регулируемой встроенным в генератор аттенюатором, что избавляет от необходимости калибровки детекторного диода.
2. Исследование направленного ответвителя.
Цель работы: Направленный ответвитель служит для ответвления незначительной части мощности, проходящей по линии передачи, при этом практически не вносит рассогласования в линию. Требуется определить основные параметры направленного ответвителя: переходное затухание и направленность на различных частотах с использованием прецизионного аттенюатора.
3. Измерение мощности СВЧ.
Цель работы: Ознакомление с различными способами измерения СВЧ мощности. Работа посвящается измерению мощности непрерывного сигнала и импульсно-модулированных сигналов различной формы.
4. Измерение полных сопротивлений с помощью измерительной линии.
Цель работы: Изучение работы измерительной линии, калибровка детектора измерительной линии. Измерение КСВН и фазы коэффициента отражения, определение полных сопротивлений с помощью диаграммы Смита для различных нагрузок.
5. Измерение отражений от четырехполюсников.
Цель работы: Измерение коэффициентов отражения от четырехполюсника. Исследуемым четырехполюсником служит волноводно-коаксиальный переход. Измерения проводятся методом Татаринова и методом Вайсфлоха.
6. Измерение параметров волноводных диафрагм.
Цель работы: Волноводный импедометр предназначен для измерения полных сопротивлений волноводных нагрузок. В данной работе исследуются волноводные диафрагмы: симметричная емкостная, симметричная индуктивная и резонансная. Результаты измерений сравниваются с расчетными.
7. Измерение добротности резонатора.
Цель работы: Исследование перестраиваемого цилиндрического резонатора. Расчет собственной добротности при нескольких положениях поршня. Измерение нагруженной добротности по величине полосы резонатора, для различных индуктивных петель связи, при нескольких положениях поршня.
8. Измерение полей в объемном резонаторе методом малого возмущающего тела.
Цель работы: Расчет структуры электромагнитных полей в объемном резонаторе, возбуждаемом на Н011 моде колебаний, по двум направлениям: вдоль оси резонатора, поперек оси резонатора, методом малого возмущающего тела. В качестве возмущающих тел используются эбонитовый и дюралюминиевый шарики. Резонатор возбуждается частотно-модулируемым сигналом. На вход осциллографа, синхронизированного модулирующим напряжением, подается сигнал с детектора. Измерение резонансной частоты проводятся по шкале осциллографа градуированной по частоте.
9. Рупорные и линзовые антенны.
Цель работы: исследование диаграмм направленности рупорных и линзовых антенн. В данной работе снимаются диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и поляризационные диаграммы рупорных и линзовых антенн. Селективный усилитель служит в качестве индикатора уровня мощности, а прецизионный аттенюатор позволяет поддерживать постоянную мощность, поступающую на детекторный диод, что избавляет от необходимости калибровки детектора.
10. Измерение добротности объемных резонаторов с помощью панорамного измерителя коэффициента передачи и КСВН.
Цель работы: Панорамный измеритель позволяет измерять частотную зависимость: коэффициента передачи, если исследуемый объект, включен как четырехполюсник; коэффициента отражения, если исследуемый объект, включен как двухполюсник. В качестве исследуемого объекта используется цилиндрический резонатор с переходными волноводными фланцами и диафрагмами. По измеренному ослаблению и КСВН рассчитывается нагруженная и собственная добротности резонатора.
11. Измерение коэффициентов матрицы рассеяния четырехполюсника на векторном анализаторе цепей.
Цель работы: Векторные анализаторы цепей позволяют проводить измерения комплексных S-параметров. В данной работе необходимо ознакомиться с векторным анализатором цепей Network Analyzer #5230A PNA-L фирмы Agilent Technologies. Научиться проводить калибровку прибора в заданном диапазоне частот. Измерить коэффициенты матрицы рассеяния для заданного четырехполюсника. Результаты измерений представить в виде файлов данных.

Литература

Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. 1980.
Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. т. I, М.: Высшая школа, 1970.
Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на СВЧ. 1963.
Марков Г.Т. Сазонов Д.М. Антенны. М.-Л.: 1975.
Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. 1975.
Тишер Ф. Техника измерений на СВЧ. М.: 1973.
Гинзтон Э.Л. Измерения на сантиметровых волнах.
Билько М.И., Томашевский А.К., Шаров И.Р., Баймуратов Е.А. Измерение мощности на СВЧ.
Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения.
Валитов Р.А., Сретинский В.Н. Радиоизмерения на СВЧ. 1958.
Фрадин А.Э., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенн. 1962.
Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. М.: 1972.
Винокуров В.И., Каплин С.И., Петелин И.Г. Электрорадиоизмерения. 1986.
Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. 1957.
Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. 1970.
Радиофизический практикум. Саратов, 1966.
Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн. 1973.
Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. Наука, 1977.
Фрадин А.Э. Антенно-фидерные устройства. М., 1977
Карлинер М.М. Электродинамика СВЧ. Новосибирск, 2006.

(8 сем., экзамен)

Лектор: Профессор д.ф.м.н. Смалюк Виктор Васильевич

1. Сигналы. Основные понятия, определения, характеристики
Предмет и структура курса, Понятие сигнала, модели и моделирование, физические модели, информация, формализованное представление сигнала. Классификация сигналов. Детерминированные и случайные сигналы. Параметры сигнала. Отображения сигналов. Задачи теории сигналов.
2. Концепция линейного пространства
Множества. Поле скаляров. Линейные пространства. Метрические пространства. Представление элементов векторного пространства со скалярным произведением. Модель физического пространства.
3. Линейные пространства теории сигналов
Линейные пространства сигналов. Пространства функционалов. Линейные преобразования. Линейные операторы, Пространство билинейных функционалов.
4. Линейные представления сигналов
Дискретные представления. Интегральные представления. Преобразования Лапласа. Преобразование Гильберта. Преобразование Меллина.
5. Свойства линейных преобразований
Свойства операторов преобразований Фурье. Примеры спектров простейших периодических сигналов. Оператор интегрального представления. Формулы суммирования Пуассона, Спектральные плотности простейших сигналов.
6. Сигналы с ограниченным спектром
Теоремы отсчетов. Плоскость время-частота. Представление узкополосных сигналов. Модулированные колебания. Корреляционная функция аналитического сигнала. Полосовая фильтрация.
7. Корреляционный анализ детерминированных сигналов
Энергетические спектры сигналов. Корреляционные функции сигналов. Кросскорреляционная функция. Автокорреляционная функция.
8. Линейные преобразования сигналов
Блок-схемы линейных операторов. Интегральные уравнения. Дифференциальные уравнения. Функция Грина. Матрица перехода. Стационарные системы. Представление линейных операторов. Интегральные представления операторов. Спектральное представление операторов. Информационные системы. Преобразующие устройства. Динамические системы. Двухполюсники. Импульсная реакция и переходная функция. Методы расчета импульсных реакций стационарных систем. Преобразования сигналов радиотехническими цепями. Четырехполюсники. Задачи синтеза фильтров.
9. Дискретная обработка сигналов
Структурная схема цифровой обработки сигналов. Характеристики дискретных сигналов, Дискретное преобразование Фурье. Преобразование Гильберта действительной последовательности. Цифровые фильтры. Цифровые системы в пространстве состояний. Многополюсники. Двухполюсники. Дискретная матрица перехода. Характеристики цифровых преобразователей.
10. Случайные сигналы
Стохастические процессы. Стационарные процессы. Марковские процессы, Корреляционные характеристики случайных функций. Центральная предельная теорема. Модели случайных процессов. Белый шум. Модели случайных импульсных процессов. Обобщенный телеграфный сигнал. Кодированные сигналы.
11. Преобразование случайных сигналов линейными системами
Стохастические дифференциальные уравнения. Случайные воздействия с произвольным законом распределения. Воздействие белого шума на линейную систему. Идеальный фильтр.

Литература

Френкс Л. Теория сигналов. М.: Сов. радио, 1974. 344 с.

Дополнительная литература

Васильев Д.В., Витель М.Р. и др. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1982. 528 с.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. шк., 1988. 448 с.
Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.
Зюко А.Г. Элементы теории передачи информации. Киев: Техника, 1969. 300 с.