Document 235670

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физико-технический институт
Кафедра радиофизики
Гармонов А.А.
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 03.03.03 Радиофизика,
очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2015 г.
Гармонов А.А. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 03.03.03 «Радиофизика», форма обучения очная. Тюмень, 2015, 22 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с
учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины «Радиотехнические цепи и сигналы» опубликована на сайте ТюмГУ: «Радиотехнические цепи и сигналы» [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3plus.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой радиофизики. Утверждено директором
Физико-технического института.
Ответственный редактор: заведующий кафедрой радиофизики, к.ф.-м.н.,
доцент Михеев В.А.
1.
Пояснительная записка
Дисциплина «Радиотехнические цепи и сигналы» в соответствии с ФГОС ВО по
направлению подготовки 03.03.03 Радиофизика является дисциплиной профессионального
цикла ОП подготовки бакалавра. Учитывая, что объектами профессиональной деятельности
бакалавров являются все виды наблюдающихся в природе физических явлений и объектов,
обладающих волновой или колебательной природой, а также алгоритмы, приборы и
устройства, использующиеся при передаче, приеме и обработке информации, владение приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей дисциплины « Радиотехнические цепи и сигналы» позволяет успешно решать поставленные задачи. Дисциплина
«Радиотехнические цепи и сигналы» - это теория сигналов и их преобразований в телекоммуникационных цепях и устройствах.
1.1. Цели и задачи дисциплины
Целью данной дисциплины является формирование у студентов навыков применения
теоретического анализа сигналов и знаний по преобразованию сигналов в радиотехнических
цепях. Дисциплина «Радиотехнические цепи и сигналы » - призвана дать знания студенту,
необходимые в его деятельности, как радиоинженера и помочь в освоении специальных дисциплин.
Задачами дисциплины «Радиотехнические цепи и сигналы» являются:

формирование навыков применения современного математического аппарата ( рядов Фурье, преобразований Фурье, преобразований Лапласа, Z- преобразований) для анализа
сигналов цепей и механизма преобразования сигналов с помощью радиотехнических цепей;

привитие навыков экспериментальной работы с приборами и простейшими устройствами.
1.2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Радиотехнические цепи и сигналы» является дисциплиной по выбору профессионального цикла для направления 03.03.03 Радиофизика.
Содержание курса «Радиотехнические цепи и сигналы» базируется на знаниях, приобретённых при изучении следующих дисциплин: раздела «Электричество и магнетизм» общей
физики, «Полупроводниковой электроники», « Электротехники», разделов математики:
«Математический анализ», «Теория функций комплексного переменного», «Дифференциальные уравнения», «Теория вероятностей и математическая статистика».
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
Таблица 1.
Наименование обеспечи№
ваемых (последующих)
п/п
дисциплин
1
Волоконно-оптические
1. системы передачи
2
Телекоммуникационные
2. системы SDH
3
Управление
телекомму3. никационными сетями
Темы дисциплины, необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
Х
1.3. Компетенции выпускника ОП бакалавриата, формируемые в результате
освоения данной дисциплины.
4
В соответствии с ФГОС ВО данная дисциплина направлена на формирование следующих компетенций.
Способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных
наук, их использованию в профессиональной деятельности (ОПК-1);
Способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и оптической аппаратуры и оборудования (ПК-1).
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине:
В результате освоения дисциплины и успешного и грамотного решения инженерных
задач студент должен:
Знать:

формы аналитического представления управляющих сигналов, радиосигналов,
случайных сигналов и особенности их спектральных характеристик;

частотные и временные характеристики типовых линейных звеньев первого и
второго порядка; свойства, характеристики и параметры нелинейных и параметрических цепей;

методы анализа прохождения сигналов через линейные цепи: спектральный и
временной;

методы анализа прохождения гармонических сигналов через нелинейные и параметрические цепи;

основные виды искажений типовых управляющих сигналов и радиосигналов в
линейных цепях;

основные законы преобразования спектра сигнала в нелинейных и параметрических цепях;

основные принципы работы устройств цифровой обработки сигналов.
Уметь:

проводить спектральный анализ периодических и непериодических управляющих
сигналов, осуществлять разложение сигналов в ряд Котельникова и восстановление сигналов, находить спектры радиосигналов при амплитудной модуляции для произвольного
управляющего сигнала, моменты случайных стационарных сигналов, их энергетические
спектры и функции корреляции;

определять частотные и временные характеристики линейных звеньев первого и
второго порядка;

проводить аппроксимацию статических характеристик нелинейных элементов методом полиномиальной и кусочно-линейной аппроксимации;

определять отклики линейных звеньев первого и второго порядка на воздействия
произвольной формы, определять характеристики случайных сигналов на выходе линейных
цепей при воздействии случайных стационарных сигналов.
Владеть:

приемами и навыками решения конкретных задач из разных областей дисциплины « Радиотехнические цепи и сигналы»;

основами анализа сигналов и знаниями процессов преобразования сигналов.
2.
Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр - 7. Форма промежуточной аттестации - экзамен. Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётные единицы (з.е.), 108 часов, из них 58,65 часов, выделенных на
контактную работу с преподавателем, 49,35 часов, выделенных на самостоятельную работу.
5
3.
Тематический план дисциплины
1
1
2
3
4
5
6
7
9
2
Модуль 1
Введение. Характеристики детерминированных управляющих сигналов
Модулированные колебания
Прохождение детерминированных сигналов через линейные цепи.
Всего
Модуль 2
Основные характеристики случайных
сигналов .
Воздействие случайных колебаний на
линейные цепи
Цифровая обработка сигналов
Всего
Модуль 3
Нелинейные цепи и нелинейные преобразования сигналов
8
Параметрические цепи.
3
6
Всего
Итого (часов, баллов)
Итого
количество баллов
6
7
8
10
16
32
6
0-15
5
10
4
0-5
6
12
24
5
0-10
17
16
33
66
15
0-30
2
2
4
8
3
0-15
2
2
4
2
0-10
6
10
6
12
12
24
5
10
0-15
0-40
6
6
12
5
0-15
2
2
4
2
0-10
1
1
2
2
0-5
9
54
18
108
9
34
24
0-30
0-100
* - в том числе иные контактные виды работ.
6
Из них в интерактивной форме
5
6
9
36
6
Из них часов в интерактивной форме
Итого
часов по теме
4
5
Воздействие случайных колебаний на
нелинейные и параметрические цепи
Самостоятельная
работа студента*
Наименование темы
Семинарские занятия
Лекции
Таблица 3
2
18
18
Таблица 4.
4.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Модуль 1
1. Введение. Характеристики детерминированных управляющих сигналов.
2.Модулированные колебания
3.Прохождение детерминированных сигналов
через линейные цепи.
Всего
Модуль 2
4. Основные характеристики случайных сигналов .
5.Воздействие случайных колебаний на линейные цепи
6.Цифровая обработка
сигналов
Всего
Модуль 3
7.Нелинейные цепи и
нелинейные преобразования
8. Параметрические цепи.
9.Воздействие случайных колебаний на нелинейные и параметрические цепи
Всего
Итого
0-10
Итого
кол-во баллов
0-15
0-5
0-5
0-5
0-5
Другие виды
работ
Рефераты
Тестирование
контр. работа
Отчет по заданиям СРС
Домашние задания для сем. занятий
п. № темы
Коллоквиумы
Формы текущего контроля
0-10
0-5
0-30
0-5
0-10
0-5
0-5
0-5
0-5
0-15
0-10
0-15
0-5
0-40
0-5
0-10
0-2
0-3
0-5
0-2
0-3
0-15
0-10
0-5
0-30
0-100
7
5.
Содержание дисциплины.
Модуль 1.
Раздел 1.
Введение. Назначение и содержание курса “Радиотехнические цепи и сигналы”, его связь
с другими дисциплинами. Роль дисциплины “Радиотехнические цепи и сигналы” в подготовке современного радиоинженера. Классификация радиоэлектронных цепей и устройств. Линейные цепи с постоянными параметрами, нелинейные цепи, параметрические цепи и их основные свойства.
Блок-схема канала связи и основные виды преобразования сигналов в радиотехнических
цепях. Проблема помехоустойчивости канала связи и основные пути их решения. Информационно-статистический подход к задачам радиотехники.
Понятие сигнала в радиотехнике. Классификация сигналов. Случайное колебание как
сигнал или как помеха. Детерминированный сигнал – полностью известное колебание.
Управляющий и модулированный сигналы. Виды сигналов: аналоговый, дискретный, цифровой. Периодический и непериодический детерминированные сигналы.
Характеристики детерминированных управляющих сигналов.
Тема 1. Гармонический анализ периодических сигналов.
Основные способы аналитического описания свойств сигналов: временная функция;
спектр – характеристика сигнала в частотной области.
Ряд Фурье и его свойства. Комплексная и тригонометрическая формы записи ряда. Особенности спектра периодического сигнала. Примеры спектров периодических сигналов: последовательности прямоугольных импульсов, треугольных, пилообразных.
Тема 2 . Спектральный анализ непериодических сигналов.
Интеграл Фурье. Спектральная плотность как характеристика непериодического сигнала
в частотной области.
Связь между спектрами одиночного импульса и периодической последовательности таких импульсов.
Свойства преобразования Фурье (теоремы о спектрах): линейность, запаздывание, изменение масштаба по времени, дифференцирование и интегрирование по времени, произведение временных функций и их свертка. Примеры спектров непериодических сигналов: прямоугольного импульса, радиоимпульса с прямоугольной огибающей. Спектры испытательных
сигналов: единичного импульса (δ-функции), единичного скачка. Распространение понятия
спектральная плотность на гармоническое колебание.
Понятие активной длительности и активной ширины спектра сигнала. Связь длительности сигнала и ширины его спектра.
Тема 3.Преобразование Лапласа.
Корреляционный анализ детерминированных сигналов. Соотношение между корреляционной функцией и спектральной характеристикой сигнала. Когерентные колебания.
Тема 4. Структура спектра дискретизированного колебания.
Теорема Котельникова. Ряд Котельникова. Теорема отсчетов в частотной области.
Раздел 2. Модулированные колебания.
Тема 1. Сигналы с амплитудной модуляцией.
Колебания с АМ. АМ - колебания во временной области. Спектр АМ - колебания при
модуляции периодическим и непериодическим сигналом. Векторные представления АМ колебания при модуляции периодическим сигналом.
Тема 2. Сигналы с частотной и фазовой модуляцией.
Колебания с угловой модуляцией. Фаза и мгновенная частота колебания. Колебания с
частотной и с фазовой модуляцией - общие моменты и отличия. Спектр колебания с тональной угловой модуляцией. Общая характеристика спектра сигнала с угловой модуляцией для
произвольного модулирующего сигнала.
Спектр радиоимпульса с линейной частотной модуляцией.
8
Требования к спектрам модулированных колебаний, обусловленные проблемой электромагнитной совместимости.
Тема 3. Аналитический сигнал.
Аналитический сигнал, его спектральная и временная характеристики. Характеристики
колебания, сопряженного по Гильберту с заданным физическим колебанием. Понятие "комплексная огибающая" узкополосного сигнала и его значение для представления модулированных колебаний.
Раздел 3. Прохождение детерминированных сигналов через линейные цепи.
Тема 1. Спектральный (операторный) и временной методы анализа передачи детерминированных сигналов через линейные цепи.
Дифференцирующая и интегрирующая цепи - как модели линейных широкополосных
звеньев первого порядка. Искажения прямоугольных импульсов при передаче через линейные широкополосные звенья. Искажение прямоугольного импульса в апериодическом усилителе.
Тема 2. Прохождение модулированных колебаний через узкополосные избирательные
цепи.
Избирательный усилитель - как модель линейной частотно - избирательной цепи. Искажения колебаний с непрерывной тональной амплитудной модуляцией в избирательном усилителе. Искажение радиоимпульса с прямоугольной огибающей в избирательном усилителе.
Приближенный метод интеграла наложения (метод комплексной огибающей).
Модуль 2.
Раздел 4. Основные характеристики случайных сигналов.
Тема 1.Случайное колебание как полезный сигнал или как помеха
Одномерный и многомерный законы распределения случайных процессов. Моментные
функции. Автокорреляционная функция. Её свойства. Стационарные и нестационарные процессы. Эргодическое свойство; определение параметров и характеристик процесса путем
усреднения во времени.
Радиотехническая интерпретация таких понятий, как математическое ожидание, среднее
значение, средний квадрат, дисперсия, автокорреляционная функция случайного процесса.
Тема 2.Примеры случайных процессов с различными законами распределения.
Гармоническое колебание со случайной амплитудой и случайной фазой; нормальный
случайный процесс.
Тема 3. Энергетический спектр случайного процесса Связь спектра с моментами второго порядка. Теорема Винера-Хинчина. Примеры случайных процессов с различными спектральными характеристиками: "белый шум", широкополосный шум, узкополосный случайный процесс.
Раздел 5. Воздействие случайных колебаний на линейные цепи.
Тема 1. Энергетический спектр и автокорреляционная функция стационарного случайного процесса на выходе линейной цепи в установившемся режиме.
Средняя мощность колебания на выходе. Нормализация случайного процесса в узкополосной цепи. Характеристики собственных шумов в радиоэлектронных цепях. Примеры:
собственный шум апериодического усилителя и избирательного усилителя.
Раздел 6. Цифровая обработка сигналов.
Тема 1.Основы аналитического описания дискретных сигналов.
Дискретное преобразование Лапласа. Z-преобразование и его свойства. Дискретное преобразование Фурье. Алгоритм быстрого преобразования Фурье.
Тема 2.Структурная схема системы цифровой обработки аналоговых сигналов
Дискретизация сигналов. Квантование сигналов и связанные с ним погрешности. Достоинства и недостатки систем цифровой обработки сигналов.
Тема 3.Основные характеристики цифровых фильтров.
9
Системная функция, импульсная характеристика, частотная характеристика, взаимосвязь
между ними. Алгоритм работы и структурная схема процессора цифрового фильтра. Рекурсивные и нерекурсивные цифровые фильтры. Преобразование аналог-цифра и шум квантования.
Модуль 3.
Раздел 7. Нелинейные цепи и нелинейные преобразования сигналов.
Тема 1.Обобщенный нелинейный элемент.
Статическая характеристика; статические, дифференциальные, средние параметры и области их применения. Нелинейное активное сопротивление. Нелинейная индуктивность. Нелинейная емкость.
Тема 2. Виды аппроксимации статических характеристик нелинейных активных сопротивлений: полиномиальная и кусочно-линейная.
Нелинейное активное сопротивление при гармоническом воздействии с малой амплитудой и большой амплитудой. Образование комбинационных частот в нелинейной цепи.
Тема 3.Основные виды нелинейных преобразований сигналов в радиотехническом тракте. Нелинейное резонансное усиление, умножение частоты сигнала, резонансное амплитудное ограничение, нелинейная цепь с фильтрацией постоянного тока (выпрямитель), детектирование амплитудно-модулированных, фазомодулированных и частотно-модулированных
колебаний, преобразование частоты сигнала (смеситель), синхронное детектирование, получение амплитудно-модулированных колебаний.
Раздел 8. Параметрические цепи.
Тема 1.Параметрические элементы. Основные свойства и методы реализации параметрических активных и реактивных элементов.
Тема 2. Энергетические соотношения в цепи с параметрическим реактивным элементом.
Понятие о вносимом отрицательном сопротивлении.
Тема 3. Принципы усиления сигналов и возбуждения колебаний в параметрических цепях. Одноконтурный и двухконтурный параметрические усилители.
Параметрические генераторы. Модуляция как параметрический процесс.
Раздел 9. Воздействие случайных колебаний на нелинейные и параметрические
цепи.
Тема 1.Преобразование закона распределения и энергетического спектра случайного
процесса в безынерционной нелинейной цепи.
Тема 2.Преобразование случайных процессов в линейных цепях с переменными параметрами.
Тема 3. Оптимальная фильтрация сигнала. Передаточная функция оптимального фильтра. Импульсная характеристика согласованного фильтра. Сигнал и помеха на выходе согласованного фильтра. Оптимальная фильтрация случайного сигнала.
6.
Планы семинарских занятий.
Модуль 1.
Раздел 1. -10 часов.
Тема 1. Гармонический анализ периодических сигналов.
Тема 2 . Спектральный анализ непериодических сигналов.
Тема 3.Преобразование Лапласа.
Раздел 3. -6 часов.
Тема 1. Спектральный (операторный) и временной методы анализа передачи детерминированных сигналов через линейные цепи.
Тема 2. Прохождение модулированных колебаний через узкополосные избирательные
цепи. Характеристики радиосигналов.
Модуль 2.
Раздел 4.-2 часа
10
Тема 1.Случайное колебание как полезный сигнал или как помеха. Характеристики случайных сигналов.
7.
Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Учебным планом ООП не предусмотрен.
8.
Примерная тематика курсовых работ.
Учебным планом ООП курсовые работы не предусмотрены.
2 Модулированные колебания
3 Прохождение детерминированных сигналов через линейные цепи.
Всего по модулю 1:
Модуль 2
4 Основные характеристики
случайных сигналов .
5 Воздействие случайных колебаний на линейные цепи
6 Цифровая обработка сигналов
Кол-во
баллов
Модуль 1
1 Введение. Характеристики
детерминированных управляющих сигналов.
Объем часов
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Таблица 5.
Виды СРС
обязательные
Доп.
№
Модули и темы
Неделя
семестра
9.
16
15
5
5
12
10
33
30
4
15
2
10
6
15
12
30
6
15
1-5
Работа с учебной литературой. Выполнение задания.
Работа с учебной литературой. Проработка лекций
Работа с учебной литературой. Выполнение задания.
6 - 12
Решение задач. Выполнение задания. Проработка
лекций
Работа с учебной литературой. Проработка лекций
Работа с учебной литературой. Подготовка к коллоквиуму. Проработка
лекций
Всего по модулю 2:
Модуль 3
Работа с учебной литера7 Нелинейные цепи и нелинейтурой. Подготовка к теные преобразования
стированию.
Выполнение задания.
8 Параметрические цепи.
Написание реферата.
Проработка лекций
9 Воздействие случайных ко- Выполнение задания.
лебаний на нелинейные и пара- Подготовка к тестироваметрические цепи
нию. Проработка лекций
Всего по модулю 3:
ИТОГО:
13 - 18
2
10
1
5
9
54
30
100
10.
Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
11
10.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
Способность к овладению базовыми знаниями в области математики и естественных
наук, их использованию в профессиональной деятельности
ОПК-1
Б1.Б.11
Экология (3 семестр)
Б1.Б.12.1
Математический анализ (1,2,3 семестр)
Б1.Б.12.2
Аналитическая геометрия (1 семестр)
Б1.Б.12.3
Линейная алгебра (2 семестр)
Б1.Б.12.4
Векторный и тензорный анализ (3 семестр)
Б1.Б.12.5
Дифференциальные уравнения (3 семестр)
Б1.Б.12.6
Теория вероятностей и математическая статистика (4 семестр)
Б1.Б.13.1
Механика (1 семестр)
Б1.Б.13.2
Молекулярная физика (2 семестр)
Б1.Б.13.3
Электричество и магнетизм (3 семестр)
Б1.Б.13.4
Оптика (4 семестр)
Б1.Б.13.5
Физика атома, ядра и элементарных частиц (5 семестр)
Б1.Б.14.1
Практикум по механике (1 семестр)
Б1.Б.14.2
Практикум по молекулярной физике (2 семестр)
Б1.Б.14.3
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Б1.Б.14.4
Практикум по оптике (4 семестр)
Б1.Б.14.5
Практикум по атомной и ядерной физике ( 5 семестр)
Б1.Б.15.1
Линейные и нелинейные уравнения физики (5 семестр)
Б1.Б.16.1
Теория колебаний (3 семестр)
Б1.Б.16.2
Физика сплошных сред (4 семестр)
Б1.Б.16.3
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Б1.Б.16.4
Статистическая радиофизика (8семестр)
Б1.Б.16.5
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Б1.Б.17.1
Электротехника (5 семестр)
Б1.Б.17.2
Микропроцессоры (6 семестр)
Б1.Б.17.3
Радиоэлектроника (6 семестр)
Б1.Б.17.4
Физическая электроника (7 семестр)
Б1.Б.17.5
Полупроводниковая электроника (7 семестр)
Б1.Б.17.6
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Б1.Б.19.1
Методы модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Б1.Б.19.2
Атомная спектроскопия (7 семестр)
Б1.Б.19.3
Основы молекулярной спектроскопии (8 семестр)
Б1.Б.19.4
Мультисервисные сети ( 8 семестр)
Б1.В.ОД.1.1
Теоретическая механика (4 семестр)
Б1.В.ОД.1.2
Электродинамика (5 семестр)
Б1.В.ОД.1.3
Квантовая механика ( 6 семестр)
Б1.В.ОД.1.4
Термодинамика (7 семестр)
Б1.В.ОД.1.5
Статистическая физика. Физическая кинетика (8 семестр)
Б1.В.ДВ.3.1
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Б1.В.ДВ.3.2
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Б1.В.ДВ.4.1
Объектно-ориентированное программирование (3 семестр)
Б1.В.ДВ.4.2
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Б1.В.ДВ.5.1
Теория функций комплексного переменного ( 4 семестр)
Б1.В.ДВ.5.2
Интегральные уравнения и вариационное исчисление (4 семестр)
Б1.В.ДВ.6.1
Технические средства и методы защиты информации (4 семестр)
12
Б1.В.ДВ.6.2
Электронные методы защиты информации (4 семестр)
Б1.В.ДВ.7.1
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Б1.В.ДВ.7.2
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Б1.В.ДВ.8.1
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Б1.В.ДВ.8.2
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Б1.В.ДВ.9.1
Астрофизика (7 семестр)
Б1.В.ДВ.9.2
Астрономия (7 семестр)
Б1.В.ДВ.10.1
Нелинейная оптика (7 семестр)
Б1.В.ДВ.10.2
Теория оптических приборов (7 семестр)
Б1.В.ДВ.11.1
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Б1.В.ДВ.11.2
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Б1.В.ДВ.13.1
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Б1.В.ДВ.13.2
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
ИГА
Итоговая государственная аттестация ( 8 семестр)
Способность понимать принципы работы и методы эксплуатации современной радиоэлектронной и
оптической аппаратуры и оборудования
ПК-1
Б1.Б.14.3
Практикум по электричеству и магнетизму (3 семестр)
Б1.Б.14.4
Практикум по оптике (4 семестр)
Б1.Б.16.3
Распространение электромагнитных волн (6 семестр)
Б1.Б.16.4
Статистическая радиофизика (7 семестр)
Б1.Б.16.5
Физика и техника СВЧ (6 семестр)
Б1.Б.17.1
Электротехника (5 семестр)
Б1.Б.17.2
Микропроцессоры (6 семестр)
Б1.Б.17.3
Радиоэлектроника (6 семестр)
Б1.Б.17.4
Физическая электроника (7 семестр)
Б1.Б.17.5
Полупроводниковая электроника (7 семестр)
Б1.Б.17.6
Квантовая радиофизика (8 семестр)
Б1.Б.18.1
Практикум по электротехнике (5 семестр)
Б1.Б.18.2
Практикум по электронике и схемотехнике (6 семестр)
Б1.Б.18.3
Практикум по СВЧ (6 семестр)
Б1.Б.18.4
Практикум по методам модуляции и приема электромагнитных излучений (7 семестр)
Б1.Б.18.5
Практикум по квантовой радиофизике (8 семестр)
Б1.В.ДВ.3.1
Основы построения систем передачи (2 семестр)
Б1.В.ДВ.3.2
Цифровые системы передачи (2 семестр)
Б1.В.ДВ.4.2
Радиофизические методы исследования вещества (3 семестр)
Б1.В.ДВ.7.1
Основы сетевых технологий (часть 1) (5 семестр)
Б1.В.ДВ.7.2
Фотомикрофлюидика (часть 1) (5 семестр)
Б1.В.ДВ.8.1
Основы сетевых технологий (часть 2) (6 семестр)
Б1.В.ДВ.8.2
Фотомикрофлюидика (часть 2) (6 семестр)
Б1.В.ДВ.10.1
Нелинейная оптика (7 семестр)
Б1.В.ДВ.10.2
Теория оптических приборов (7 семестр)
Б1.В.ДВ.11.1
Радиотехнические цепи и сигналы (7 семестр)
Б1.В.ДВ.11.2
Теория обработки сигналов и сообщений (7 семестр)
Б1.В.ДВ.13.1
Управление телекоммуникационными сетями (8 семестр)
Б1.В.ДВ.13.2
Волоконно-оптические системы передачи (8 семестр)
Б2.У.1
Учебная практика (2 семестр)
Б2.П.1
Производственная практика (4 семестр)
Б2.П.2
Производственная практика (6 семестр)
Б2.П.3
Преддипломная практика (8 семестр)
Б2.Н.1
Курсовая работа (5 семестр)
13
Б2.Н.2
Курсовая работа (6семестр)
ИГА
Итоговая государственная аттестация (8 семестр)
10.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных
этапах их формирования, описание шкал оценивания:
Таблица 6.
Повышенный (отл.)
61-75 баллов
Знает: отдельные
формулы математики,
структуру линейных,
нелинейных и параметрических цепей и
принципы передачи
сигналов, основные
законы преобразования спектра сигнала,
отдельные принципы
работы устройств
цифровой обработки
сигналов.
76-90 баллов
основные формулы
математики, структуру линейных, нелинейных и параметрических цепей и
принципы передачи
сигналов, основные
законы преобразования спектра сигнала,
основные принципы
работы устройств
цифровой обработки
сигналов, их прикладное значение и
экспериментальное
обоснование.
Умеет: применять
отдельные законы и
формулы математики и физики, при
решении типовых
задач по расчёту радиотехнических цепей и сигналов.
проводить
спектральный анализ и
находить
спектры
радиосигналов, осуществлять разложение сигналов в ряд
Котельникова; определять частотные и
временные характеристики линейных
звеньев первого и
второго
порядка;
проводить аппроксимацию
статических характеристик
нелинейных элементов; определять отклики
линейных
91-100 баллов
основные формулы математики, структуру
линейных, нелинейных
и параметрических цепей и принципы передачи сигналов, основные законы преобразования спектра сигнала,
основные принципы
работы устройств цифровой обработки сигналов, теоретические выводы важнейших результатов, их прикладное значение и экспериментальное обоснование и применение.
проводить спектральный анализ периодических и непериодических управляющих
сигналов, осуществлять
разложение сигналов в
ряд Котельникова и
восстановление сигналов, находить спектры
радиосигналов при амплитудной модуляции
для произвольного
управляющего сигнала,
моменты случайных
стационарных сигналов, их энергетические
спектры и функции
корреляции; определять
14
Оценочные
средства
базовый (хор.)
вопросы практических занятий; контрольные работы; экзаменационные вопросы.
Пороговый (удовл.)
Виды занятий
Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП
лекции, практические занятия, самостоятельная работа студентов.
ОПК-1
Коды компетенции
Карта критериев оценивания компетенций
математическим аппаратом и навыками
описания основных
преобразований сигналов по прохождению линейных и нелинейных цепей
Знает: основные виды радиотехнических
сигналов, их характеристики; основы теории дискретных сигналов; основные характеристики случайных радиотехнических сигналов и помех, методы анализа
прохождения радиотехнических сигналов
через линейные и
нелинейные цепи,
методы оптимальной
фильтрации сигналов
на фоне помех.
основные виды радиотехнических сигналов, их характеристики; основы теории
дискретных сигналов
основные характеристики случайных радиотехнических сигналов и помех, методы анализа прохождения радиотехнических сигналов через
линейные и нелинейные цепи, методы
оптимальной фильтрации сигналов на
фоне помех, их прикладное значение и
экспериментальное
15
вопросы практических занятий; контрольные работы; экзаменационные вопросы.
Владеет: математическим аппаратом и
навыками решения
типовых задач в области теории радиотехнических цепей
частотные и временные
характеристики линейных звеньев первого и
второго порядка; проводить аппроксимацию
статических характеристик нелинейных элементов методом полиномиальной и кусочнолинейной аппроксимации; определять отклики линейных звеньев
первого и второго порядка на воздействия
произвольной формы,
определять характеристики случайных сигналов на выходе линейных цепей при воздействии случайных
стационарных сигналов.
навыками описания основных преобразований
сигналов по прохождению линейных и нелинейных цепей, построения физикоматематических моделей линейных и нелинейных цепей и методами обработки сигналов
основные виды радиотехнических сигналов,
их характеристики; основы теории дискретных
сигналов основные характеристики случайных
радиотехнических сигналов и помех, методы
анализа прохождения
радиотехнических сигналов через линейные и
нелинейные цепи, методы оптимальной фильтрации сигналов на фоне
помех, теоретические
выводы важнейших результатов, их прикладное значение и экспериментальное обоснование
практические занятия, самостоятельная работа студентов.
ПК-1
звеньев первого и
второго порядка на
воздействия произвольной
формы,
определять характеристики случайных
сигналов на выходе
линейных цепей.
Умеет: применять
отдельные законы и
формулы математики при решении типовых задач по расчёту радиотехнических цепей и сигналов, решать отдельные прикладные задачи определения
характеристик детерминированных и
случайных сигналов
после прохождения
через линейные и
нелинейные радиотехнические цепи,
использовать отдельные стандартные пакеты прикладных программ
для решения профессиональных задач.
Владеет: отдельными методами математического описания сигналов, цепей,
случайных сигналов
и их характеристик;
отдельными математическими методами
анализа радиотехнических сигналов и их
преобразования в
радиотехнических
цепях; отдельными
методами анализа
прохождения радиотехнических сигналов через линейные
и нелинейные радиотехнические цепи,
отдельными методами оптимальной
фильтрации.
обоснование.
и применение.
применять основные применять основные
законы и формулы
законы и формулы маматематики и физитематики и физики при
ки при решении тирешении типовых задач
повых задач по распо расчёту радиотехничёту радиотехничеческих цепей и сигнаских цепей и сигналов, решать прикладлов, решать приные задачи определекладные задачи
ния характеристик деопределения характерминированных и
теристик детермини- случайных сигналов
рованных и случайпосле прохождения ченых сигналов после
рез линейные и нелипрохождения через
нейные радиотехничелинейные и нелиские цепи, использонейные радиотехни- вать стандартные пакеческие цепи, исполь- ты прикладных прозовать стандартные
грамм для решения
пакеты прикладных
профессиональных запрограмм для реше- дач.
ния профессиональных задач.
основными методами математического
описания сигналов,
цепей, случайных
сигналов и их характеристик в сочетании с пониманием
физических процессов и явлений; математическими методами анализа радиотехнических сигналов и их преобразованиям в радиотехнических цепях; методами анализа прохождения радиотехнических сигналов
через линейные и
нелинейные радиотехнические цепи,
методами оптимальной фильтрации.
16
современными методами математического
описания сигналов, цепей, случайных сигналов и их характеристик
в сочетании с пониманием физических процессов и явлений; математическими методами анализа радиотехнических сигналов и их
преобразованиям в радиотехнических цепях;
методами анализа прохождения радиотехнических сигналов через
линейные и нелинейные радиотехнические
цепи, методами оптимальной фильтрации.
10.3. Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки
знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
Примерные вопросы к коллоквиуму
1.Z-преобразование.
2. Виды цифровых фильтров.
3. Характеристики цифровых фильтров.
4.Нерекурсивные КИХ- фильтры.
5. Рекурсивные БИХ-фильтры.
6. Способы реализации цифровых фильтров.
Примерные задания для СРС.
1. Спектральный анализ периодических и непериодических сигналов.
2. Расчет отклика на выходе линейной цепи.
3. Расчет типовых параметров радиосигналов с амплитудной и угловой модуляциями .
4 .Расчет отклика на выходе избирательной цепи.
5 .Расчет характеристик преобразования по заданной модели статической проходной
вольтамперной характеристики безынерционного активного нелинейного элемента .
6 .Анализ взаимодействия двух гармонических колебаний в АНЭ на примере получения
амплитудно-модулированных сигналов.
7.Расчет параметров амплитудного детектора (АД), построение осциллограмм и спектров сигналов на входе и выходе АД.
Примерное расчетное задание
Спектральные представления сигналов.
1.
Записать математическую модель сигнала s(t), изображенного на рис. 1 (номер
сигнала и его параметры определяются в таблице заданий 1, U = 1 В).
2.
Получить выражение для спектральной плотности
импульса s(t). Построить график модуля спектральной плотности.
3.
Записать разложение в ряд Фурье периодической последовательности импульсов
заданной формы с периодом повторения Тповт (см. таблицу заданий 1). Найти соотношения
для расчета постоянной составляющей данной последовательности импульсов и амплитуд
гармоник ряда.
4.
Построить временные и спектральные диаграммы периодической последовательности импульсов заданной формы с периодом повторения Тповт.
Энергетические спектры сигналов. Принципы корреляционного анализа.
1.
Найти и построить автокорреляционную функцию сигнала s(t), изображенного на
рис. 1 (номер сигнала и его параметры определяются в таблице заданий 1, U = 1 В).
2.
Вычислить энергетический спектр импульса, построить график зависимости спектра от частоты. Определить эффективную ширину спектра сигнала.
Примерные домашние задания.
Задача 1.
ДАНО:
Однотональное ЧМ колебание:
Uчм(t)=10cos[2106t+0.1sin(2103t)]
ТРЕБУЕТСЯ:
1.Записать выражение для мгновенной частоты сигнала Uчм(t).
17
2.Определить девиацию () частоты и индекс фазовой модуляции ().
3.Изобразить спектр сигнала.
4.Определить практическую ширину спектра сигнала (f).
5.Рассчитать среднюю мощность сигнала (P).
Задача 2.
ДАНО:
1.Диодный детектор АМ-колебаний.
2. Uвх(t)= [1+0.5cos(2103t)]cos[2106t] [В]
3. Uвх<0,5[В]
4(Uвх-0,5)10-2[A]; Uвх>0,5[В]
5.Rф=3104[Ом]
ТРЕБУЕТСЯ:
1.Изобразить схему детектора и рассчитать Сф.
2.Определить угол отсечки и вычислить коэффициент передачи детектора К д.
3.Определить эквивалентное входное сопротивление детектора.
4.Рассчитать АЧХ детектора.
5.Вычислить постоянную составляющую напряжения на диоде.
Примерные темы рефератов.
1. Модуляция как параметрический процесс
2. Энергетические соотношения в цепи с нелинейным реактивным элементом при гармонических колебаниях
3. Схема замещения емкости или индуктивности, изменяющихся по гармоническому закону
4. Одноконтурный параметрический усилитель
5. Двухчастотный параметрический усилитель
6. Преобразование частоты с помощью нелинейного реактивного элемента
7. Свободные колебания в контуре с периодически изменяющейся емкостью
8. Параметрические генераторы
9. Синхронное детектирование
10.Нелинейное резонансное усиление.
11.Воздействие гармонических колебаний на цепи с безынерционными нелинейными элементами.
12. Преобразование частоты сигнала.
Примерные вопросы к экзамену.
1. Классификация сигналов.
2. Обобщенный ряд Фурье.
3. Гармонический анализ периодического сигнала.
4. Ряд Фурье.
5. Периодическая последовательность прямоугольного импульса.
6. Спектр Р0Л импульсов.
7. Спектр меандра.
8. Спектр пилообразного напряжения.
9. Спектр треугольных импульсов.
10. Мощность периодического сигнала.
11. Гармонический анализ непериодического сигнала.
12. Свойства преобразования Фурье.
13. Распространение энергии в спектре непериодического сигнала.
14. Спектр прямоугольного импульса.
18
15. Спектр Гауссова импульса.
16. Спектр импульса Sin (х)/х.
17. Дельта импульс.
18. Спектр единичного сигнала.
19. Спектр экспоненциального импульса.
20. Прохождение детерминированных сигналов через линейные цепи.
21. Метод огибающей.
22. Прохождение радиоимпульса через резонансный усилитель.
23. Искажение АМ колебания в резонансном усилителе.
24. Интегральные цепи.
25. Дифференциальные цепи.
26. Метод интегрального наложения.
27. Спектральный метод.
28. Применение ООС.
29. Обратная связь в усилителях.
30. Резонансный усилитель.
31. Каскадное соединение усилителей.
32. Частотные и временные характеристики.
33. Аналитический сигнал.
34. Огибающая, фаза и частота узкополосного сигнала.
35. Спектр колебания при смешанной АМ-ЧМ.
36. Спектр радиоимпульса с ЧМ заполнением.
37. Фазовая и частотная модуляция.
38. Спектр угловой модуляции.
39. Угловая модуляция.
40. Спектр амплитудной модуляции.
41. Амплитудная модуляция.
42. Модуляция.
43. Узкополосный сигнал.
44. Спектр колебания при угловой модуляции.
45. Спектр ЛЧМ сигнала.
46. Соотношение между длительностью сигнала и шириной спектра.
47. Классификация случайных процессов, стационарных СП, эргодическое свойство.
48. Законы распределений случайных процессов, их свойства, условия стационарности в широком и узком смысле.
49. Спектральная плотность мощности и корреляционная функция случайного процесса. Теорема Винера-Хинчина.
50. Моменты и моментные функции случайных процессов.
51. Модели случайных процессов, «белый шум» идеальный и реальный, нормальный широкополосный и узкополосный.
52. Независимость и некоррелируемость случайных процессов, разложение узкополосного нормального шума на квадратурные независимое составляющие.
53. Законы распределения огибающей фазы и частоты узкополостного нормального шума.
54. Преобразование спектральной плотности мощности и ковариационной функции в линейной
цепи. Воздействие «белого шума» на линейную цепь.
55. Распространение суммы независимых гармонических колебаний со случайными фазами.
60. Нормализация случайных процессов в линейных цепях (примеры). Денормализация (примеры).
61. Преобразование закона распределения случайного процесса в нелинейном безинерционном
элементе.
62. Методы отыскания энергетических характеристик СП на выходе нелинейной цепи.
63. Воздействие нормального узкополосного шума на линейный и квадратичный амплитудные
19
детекторы.
64. Воздействие суммы гармонического сигнала и нормального узкополосного шума на линейный амплитудный детектор. Распределение огибающей и его свойства. Отношение С/П при малом и большом сигнале.
65. Воздействие суммы гармонического сигнала и нормального узкополосного шума на квадратичный амплитудный детектор. Распределение огибающей и его свойства. Отношение С/П при
малом и большом сигнале.
66. Воздействие суммы гармонического сигнала и нормального узкополосного шума на частотный детектор. С/П на выходе (пример).
67. Понятие об основных задачах статической радиотехники на примере разложения систем.
68. Согласованная фильтрация заданного сигнала. Неравенство Шварца.
69. Частотная и импульсная характеристика согласованного с заданным сигналом фильтра.
Критерий Пэли-Винера.
70. Сигнал и шум на выходе согласованного фильтра. Форма полезного сигнала и корреляционная функция шума, понятие корреляционной функции детектированного сигнала.
71. Построение фильтров согласованных с одиночным прямоугольным импульсом и с пачкой
импульсов.
72. Согласованный фильтр для радиоимпульса с ЛЧМ.
73. Принцип формирования сигнала, согласованного с заданным фильтром. Согласованная
фильтрация при небелом шуме на входе.
11.
Образовательные технологии.
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки для реализации
компетентностного подхода предусматривается использование в учебном процессе следующих
активных и интерактивных форм образовательных технологий: лекционные чтения, проведение
семинарских занятий, разбор задач и внеаудиторная работа в учебно-научных лабораториях,
дискуссии.
12.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
Основная литература:
1.
Яковлев, А.Н. Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях :
учебное пособие / А.Н. Яковлев. - Новосибирск : НГТУ, 2010. - 190 с. - ISBN 978-5-7782-1374-6
; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=228891
Дополнительная литература:
1. Каганов, В. И. Радиотехнические цепи и сигналы: компьютеризированный курс : учеб.
пособие для студ. вузов, обуч. по спец. "Радиотехника"/ В. И. Каганов. - Москва: Форум: Инфра-М, 2010. - 432 с
2. Сигналы и их преобразования в линейных радиотехнических цепях. Лабораторный практикум : учебное пособие / В.Я. Баскей, В.М. Меренков, Д.О. Соколова, А.Н. Яковлев ; под ред.
А.Н. Яковлев. - Новосибирск : НГТУ, 2011. - 78 с. - ISBN 978-5-7782-1619-8 ; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=228992
3. Баскей, В.Я. Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях : учебное
пособие / В.Я. Баскей, А.Н. Яковлев ; под ред. А.Н. Яковлев. - Новосибирск : НГТУ, 2010. - 55
с.
ISBN
978-5-7782-1408-8
;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=228948
4. Зернов, Н.В. Теория радиотехнических цепей / Н.В. Зернов, В.Г. Карпов. - Москва ; Ленинград : Энергия, 1965. - 892 с. - ISBN 978-5-4458-4120-3 ; То же [Электронный ресурс]. URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=212712
5. Авдоченко, Б.И. Цифровые и аналоговые быстродействующие устройства : курс лекций /
Б.И. Авдоченко. - Томск : Томский государственный университет систем управления и радио20
электроники,
2007.
165
с.
;
То
же
[Электронный
ресурс].
URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208592
6. Першин, В.Т. Основы радиоэлектроники : учебное пособие / В.Т. Першин. - Минск :
Вышэйшая школа, 2006. - 436 с. - ISBN 985-06-1054-9 ; То же [Электронный ресурс]. URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=234977
1.
2.
3.
12.3. Интернет – ресурсы:
eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window.edu.ru/window/
Федеральный портал «Российское образование»: http://www.edu.ru/
13.
Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении
образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного
обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).
Не используются
14.
Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
(модуля).
Лекционная аудитория с доской и мелом, лекционная аудитория с мультимедийным
оборудованием, компьютерный класс для практических занятий.
15.
Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (моду-
ля).
Формирование у студентов способностей и умения самостоятельно добывать знания из различных источников, систематизировать полученную информацию и эффективно её использовать происходит в течение всего периода обучения через участие студентов в лекционных и
практических (семинарских) занятиях, причём самостоятельная работа студентов играет решающую роль в ходе всего учебного процесса.
Для понимания лекционного материала и качественного его усвоения студентам необходимо вести конспекты лекций. В течение лекции студент делает пометки по тем вопросам лекции,
которые требуют уточнений и дополнений. Вопросы, которые преподаватель не отразил в лекции, студент должен изучать самостоятельно.
При подготовке к семинарским занятиям следует использовать основную литературу из
представленного списка, а также руководствоваться приведенными указаниями и рекомендациями. Для наиболее глубокого освоения дисциплины рекомендуется изучать литературу, обозначенную как «Дополнительная» в представленном списке.
На семинарских занятиях рекомендуется принимать активное участие в обсуждении проблем, возникающих при решении учебных задач, развивать способность на основе полученных
знаний находить наиболее эффективные решения поставленных проблем по тематике семинарских занятий.
Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к семинарскому занятию:
 проработка конспекта лекций;
 чтение рекомендованной основной и дополнительной литературы по изучаемому разделу дисциплины;
 решение домашних задач. При выполнении упражнения или задачи нужно сначала понять, что требуется в задаче, какой теоретический материал нужно использовать, наметить план решения задачи.
 При возникновении затруднений следует сформулировать конкретные вопросы к преподавателю.
Подготовка к экзамену.
21
Требования к организации подготовки к экзаменам те же, что и при занятиях в течение семестра, но соблюдаться они должны более строго. При подготовке к экзаменам у студента должен быть хороший учебник или конспект литературы, прочитанной по указанию преподавателя
в течение семестра.
Вначале следует просмотреть весь материал по сдаваемой дисциплине, отметить для себя
трудные вопросы. Обязательно в них разобраться. В заключение еще раз целесообразно повторить основные положения, используя при этом опорные конспекты лекций.
Систематическая подготовка к занятиям в течение семестра позволит использовать время
экзаменационной сессии для систематизации знаний.
Если в процессе самостоятельной работы над изучением теоретического материала или при
решении задач у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается,
необходимо обратиться к преподавателю для получения у него разъяснений или указаний. В
своих вопросах студент должен четко выразить, в чем он испытывает затруднения, характер
этого затруднения. За консультацией следует обращаться и в случае, если возникнут сомнения в
правильности ответов на вопросы самопроверки.
22