Semestr letni 2018/19
Semestr zimowy 2019/2020
Semestr letni 2019/2020
Technika wielkich częstotliwości 1 TS1D4027
Program szczegółowy wykładu
1. Zastosowania techniki wielkich częstotliwości. Charakterystyczne cechy techniki mikrofalowej. (1 godz.)
2. Parametry jednostkowe i charakterystyczne linii transmisyjnej. Rozwiązanie równań falowych w stanie ustalonym przy pobudzeniu sinusoidalnym. Impedancja wejściowa. Współczynnik odbicia, współczynnik fali stojącej. Dopasowanie. Linia długa jako transformator impedancji. Obwiednie rozkładu napięcia i prądu wzdłuż linii przy różnych obciążeniach. (5 godz.)
3. Przypomnienie podstaw teorii pola elektromagnetycznego. Podstawowe równania elektrodynamiki, równania Maxwella. Rodzaje ośrodków. Równania falowe. Fala płaska w dielektryku małostratnym i bezstratnym, kąt stratności, polaryzacja fali płaskiej. Pole elektromagnetyczne w przewodnikach rzeczywistych, naskórkowość. Wektor Poyntinga. Warunki brzegowe. (2 godz.)
4. Prowadnice fal płaskich (TEM i quasi-TEM). Związki między wielkościami polowymi i obwodowymi, napięcie, prąd, moc, impedancja. Budowa i właściwości linii współosiowej, symetrycznej linii paskowej, niesymetrycznej linii paskowej. Materiały dielektryczne stosowane do konstrukcji linii paskowych. Linie paskowe sprzężone. Rozkłady pól w wybranych konstrukcjach. (2 godz.)
5. Falowody. Typy i rodzaje fal w falowodach na przykładzie falowodu dwupłytowego. Ogólne właściwości fal w falowodach. Falowód prostokątny i kołowy. Rodzaj podstawowy, rozkłady wybranych rodzajów pól. Inne typy falowodów. Układy wzbudzające rozkłady pól rodzajów podstawowych. (4 godz.)
6. Dopasowanie impedancji. Definicja prądu, napięcia, impedancji charakterystycznej falowodu. Interpretacja graficzna współczynnika odbicia. Normalizacja immitancji. Wykres Smitha. Ogólna charakterystyka zagadnienia dopasowania impedancji. Wybrane układy wąskopasmowego i szerokopasmowego dopasowania impedancji. (3 godz.)
7. Wielowrotniki. Macierz rozproszenia i interpretacja jej elementów. Zmiana położenia płaszczyzn definiujących wrota obwodu. (1 godz.)
8. Pasywne elementy torów mikrofalowych. Elementy reaktancyjne. Dopasowane obciążenia, regulowane zwieracze, tłumiki, przesuwniki fazy, przejścia konstrukcyjne, rozgałęzienia kształtu T, dzielniki mocy, falowodowe rozgałęziacze magiczne T, pierścień hybrydowy, sprzęgacze kierunkowe, reflektometry, sześciowrotniki. (4 godz.)
9. Rezonatory i filtry. Rezonatory współosiowe TEM. Rezonatory paskowe, rezonatory dielektryczne. Wnękowe rezonatory prostopadłościenne i cylindryczne. Przestrajanie rezonatorów. Typowe etapy projektowania filtrów mikrofalowych. Prototypowe filtry dolnoprzepustowe. Transformacja immitancji filtru. Inwertery immitancji, tożsamości Kurody. Przykłady realizacji filtrów. (2 godz.)
10. Fizyczne właściwości ferrytów. Rezonans żyromagnetyczny. Zależność przenikalności magnetycznej ferrytów od częstotliwości. Rotacja Faradaya. Rezonansowe izolatory ferrytowe, izolatory z przemieszczeniem pola. Ferrytowe przesuwniki fazy. Cyrkulatory. Przestrajane magnetycznie rezonatory z granatu żelazowo-itrowego. (2 godz.)
11. Mikrofalowe elementy półprzewodnikowe. Warunki generacji drgań. Oscylator z diodą lawinowo-przelotową (IMPATT). Oscylator z elementem Gunna. Tranzystory MESFET. Generatory tranzystorowe. (2 godz.)
12. Podstawy miernictwa mikrofalowego. Linia pomiarowa ze szczeliną. Pomiar długości fali i częstotliwości z użyciem linii szczelinowej. Zasada pomiaru WFS, współczynnika odbicia i impedancji. Inne metody pomiaru częstotliwości – falomierze, elektroniczne mierniki heterodynowe. Pomiary mocy mikrofalowej. Analizatory sieci. (2 godz.)
Program szczegółowy pracowni specjalistycznej
1. Analiza stanu ustalonego w linii transmisyjnej przy wymuszeniu sinusoidalnym (2 godz.)
2. Analiza stanu nieustalonego w linii transmisyjnej przy wymuszeniu jednostkowym skokiem napięcia (2 godz.)
3. Symulacja rozkładu napięcia i prądu wzdłuż linii transmisyjnej (2 godz.)
4. Symulacja zależności impedancji wejściowej linii transmisyjnej od parametrów linii i obciążenia oraz częstotliwości (2 godz.)
5. Symulacja rozkładów pola elektromagnetycznego w falowodzie prostokątnym (2 godz.)
6. Wykorzystanie wykresu Smitha do analizy dopasowania impedancji (2 godz.)
7. Sprawdzian (1 godz.)
E-learning
Rodzaj przedmiotu
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
EK1 - zna i rozumie zagadnienia z zakresu obwodów elektrycznych o parametrach rozłożonych oraz transmisji sygnałów wielkich częstotliwości;
EK2 - zna i rozumie zasady działania elementów i układów elektronicznych stosowanych w zakresie wielkich częstotliwości;
EK3 - potrafi pozyskiwać informacje z literatury i innych źródeł; potrafi integrować i interpretować uzyskane informacje w zakresie elektromagnetyzmu;
EK4 - potrafi wyznaczyć podstawowe wielkości elektryczne w wybranym miejscu linii transmisyjnej (napięcie, prąd, impedancja); potrafi posłużyć się wykresem Smitha do analizy prostych zadań dopasowania impedancji;
Kryteria oceniania
System oceniania – wykład
Student, który otrzymuje ocenę dostateczny (3), powinien:
– znać podstawowe zagadnienia dotyczące linii transmisyjnej i właściwości fal rozchodzących się w prowadnicach fal płaskich i w falowodach;
– znać konstrukcje najczęściej stosowane w urządzeniach wielkiej częstotliwości oraz ich podstawowe parametry i właściwości.
Student, który otrzymuje ocenę dobry (4), powinien ponadto:
– potrafić porównać właściwości różnych konstrukcji, poprzeć wywody zależnościami matematycznymi, wykresami;
– mieć szczegółową wiedzę na temat parametrów i charakterystyk elementów i urządzeń stosowanych w technice wielkich częstotliwości.
Student, który otrzymuje ocenę bardzo dobry (5), powinien ponadto:
– poprzeć wywodami teoretycznymi, w tym zależnościami matematyczno-fizycznymi, wypowiedzi na temat właściwości omawianych elementów i urządzeń.
System oceniania – pracownia specjalistyczna
Student, który otrzymuje ocenę dostateczny (3), powinien:
- potrafić wykonać wskazane przykłady symulacyjne z wykorzystaniem oprogramowania LINIA lub pakietu Matlab, z dopuszczeniem popełnienia niezbyt istotnych błędów merytorycznych lub niecałkowitego wykonania zadania.
Student, który otrzymuje ocenę dobry (4), powinien ponadto:
- potrafić wykonać wybrane przykłady symulacyjne, analizując rezultaty z niewielkimi uchybieniami, lecz bez błędów merytorycznych.
Student, który otrzymuje ocenę bardzo dobry (5), powinien ponadto:
- potrafić bezbłędnie wykonać wybrane przykłady symulacyjne, wykazując przy tym umiejętność wyboru sposobu najszybciej prowadzącego do celu, a także potrafić przeprowadzić analizę uzyskanych wyników.
Niecałkowite spełnienie warunków do otrzymania oceny dobrej albo bardzo dobrej skutkuje wystawieniem oceny pośredniej: dostateczny plus (3,5) albo dobry plus (4,5).
Literatura
Literatura podstawowa
1. Dobrowolski J., Technika wielkich częstotliwości, skrypt Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2001.
2. Galwas B., Dawidczyk J., Piotrowski J., Skulski J., Szymańska A., Techniki transmisji sygnałów, materiały opublikowane w Internecie.
3. Rosłoniec S., Liniowe obwody mikrofalowe. Metody analizy i syntezy, WKŁ, Warszawa, 1999.
4. Collin R. E., Foundations for Microwave Engineering, IEEE Comp. Soc. Press, 2001.
5. J. F. White: High frequency techniques: an introduction to RF and microwave engineering, Wiley, 2003.
Literatura uzupełniająca do pracowni problemowej
1. Aniserowicz K., Linie długie w stanie ustalonym - zbiór zadań, Oficyna Wydawnicza PB, Białystok, 2012.
2. Dobrowolski J., Technika wielkich częstotliwości. Zadania, skrypt Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2001.
3. Morawski T., Zborowska A., Pola i fale elektromagnetyczne. Zbiór zadań, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2005.