Радиотехника. Электроника

Изложены современные тенденции развития спутниковых сетей связи на базе геостационарных спутников-ретрансляторов с использованием технологии HTS. Проведен анализ основных путей и способов реализации спутниковых сетей связи с высокой пропускной способностью с использованием многолучевых приемо-передающих антенн, коммутации информационных потоков на борту. Рассмотрены методы уплотнения и разделения каналов, а также протоколы многостанционного доступа.

Изложены современные тенденции развития спутниковых сетей связи на базе негеостационарных спутников-ретрансляторов. Проведен анализ основных принципов построения сетей связи, их преимуществ и недостатков, параметров орбитальных группировок. Рассмотрены методы разделения и уплотнения каналов связи, управления информационными потоками, модуляции сигналов, экономного использования полосы частот и маршрутизации сообщений. Проведен анализ существующих и перспективных проектов спутниковых сетей связи с высокой пропускной способностью с использованием многолучевых приемо-передающих антенн, коммутации информационных потоков на борту.

Систематически и подробно рассмотрено решение уравнений электродинамики в дифференциальной форме как решение волнового уравнения или уравнения Гельмгольца для векторных потенциалов в задачах возбуждения электромагнитных полей различными источниками в неограниченном однородном пространстве. Подробно разобраны параметры полей сферической, цилиндрической и плоской волн, поверхностной волны. Изложены основные теоремы и принципы электродинамики; основы теории открытых и закрытых направляющих систем и объёмных резонаторов; рассмотрены электромагнитно-волновые явления, возникающие при отражении плоской волны от плоской поверхности раздела сред, и явления рассеяния и дифракции электромагнитного поля, соответствующие прикладным задачам радиотехники. Особое внимание уделено физической интерпретации явлений электромагнетизма. Все разделы книги снабжены контрольными вопросами.

Пособие содержит требования к выпускной квалификационной работе магистра, порядок ее подготовки, правила оформления и критерии оценивания, а также методические рекомендации по ее организации и выполнению, подготовленные с учетом предыдущих разработок авторов, а также их опыта практической работы с магистрантами в МТУСИ, ПГТУ и других вузах страны.

Представлены задания и приведены алгоритмы решения ряда типовых задач, решаемых в аппаратуре потребителя сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем (ГНСС): формирование псевдошумовых сигналов, траекторные определения навигационных космических аппаратов по данным оперативной и неоперативной информации, оценка геометрического фактора и доступности навигации, определение абсолютных координат приёмника ГНСС, а также оценка состояния измерительного процесса, осуществляемая при помощи Калмановского фильтра.

Проанализированы существующие системы инерциальной навигации и перспективы их развития. Приведены типы, состав и характеристики устройств и систем, содержащих интегрированную навигационно-спутниковую навигационную систему (ИНС/СНС). Описаны области применения ИНС/СНС в системах БПЛА, высокоточной аэрофотосъёмки, на автотранспорте, в системах управления ориентацией космических аппаратов. Рассмотрено решение задач навигации и ориентации автономными системами, определение координат транспортного средства по данным спутниковых измерений и измерений инерциального блока.

Рассмотрены вопросы метрологии и снижения уровня интермодуляционных искажений радиосигналов сверхвысокочастотного диапазона в усилителях их мощности, функционирующих с непостоянной огибающей с учетом эффекта памяти. Анализируются возможности достижения компромиссных решений между энергетической эффективностью, линейностью, расширением информационной полосы частот, требованиями электромагнитной совместимости и технико-экономическими показателями. Сопоставлены характеристики вакуумных и твердотельных активных элементов для бортового космического применения. Приведен обзор схем построения усилителей мощности с высокой линейностью и энергетической эффективностью, аналоговых, цифровых и алгоритмических технических решений по их линеаризации, включая адаптацию к изменению параметров окружающей среды. Рассмотрены причины появления, способы измерения и методы снижения пассивных интермодуляционных искажений сигналов в антенно-фидерных цепях и входных каскадах приемопередающих устройств, которые ранее считались линейными. Показаны пути и способы снижения их уровня до допустимого. Представлены результаты оригинальных исследований и научно-технических разработок.

Изложены основные разделы дисциплины «Электротехника, электроника и схемотехника». Приведено описание четырнадцати лабораторных работ. Каждая работа сопровождается теоретическим материалом в форме конспективного изложения основных разделов лекций, примерами расчетов и моделирования электрических цепей и электронных схем, расчетными домашними заданиями по обработке экспериментальных результатов. Компьютерный лабораторный практикум построен на базе новой облачной среды схемотехнического проектирования TINACloud компании DesignSoft, подключение пользователя к которой происходит через Интернет в любом месте и в любое время без установки программы на собственном устройстве с использованием как настольного компьютера, так и различных мобильных устройств (ноутбуков, планшетов, смартфонов) и предназначен для формирования навыков, умений и компетенций в расчетах и экспериментальных исследованиях электрических цепей и электронных схем. Пособие может быть использовано как при традиционных, так и дистанционных технологиях обучения студентов.

Изложены основные разделы дисциплины «Электроника». Рассмотрена элементная база современной электроники – полупроводниковые электронные приборы, операционные усилители, автогенераторы, цифровые микросхемы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, источники питания, микропроцессорные устройства и т.д. Помимо аналитических и графических методов расчёта представлена обширная информация по использованию бесплатной студенческой версии программы компьютерного моделирования электронных схем TINA-TI. Отличительной особенностью книги является то, что любую изучаемую схему можно загрузить в программу TINA-TI и испытать самостоятельно её работу. Знакомство с программой TINA-TI поможет студентам в будущем успешно применять профессиональные версии этой программы, а также аналогичные программы проектирования. Пособие содержит схемы для самостоятельного моделирования и экспериментального исследования электронных устройств.

Методические указания содержат лабораторные работы, которые выполняются на персональном компьютере с применением программы схемотехнического моделирования «Micro Сар 8». Работа с программой моделирования предполагает наличие у студентов навыков работы в операционной системе Windows 2000/ХР. Демонстрационную версию программы можно свободно получить по сети Internet, воспользовавшись сайтом фирмы разработчика, поэтому использование демо-версии этой программы моделирования в учебном процессе не нарушает авторских прав.

Рассмотрены способы поджига и стабилизации непрерывного оптического разряда во внутрикамерном пространстве оптического плазмотрона, проанализированы процессы взаимодействия потока рабочего газа с низкотемпературной плазмой, образованной этим разрядом, выполнен расчет теплового состояния узлов и деталей конструкции.

Освещаются вопросы построения радиотехнических, телекоммуникационных и телевизионных систем и устройств.

Изложены принципы построения и основы проектирования управляемых устройств СВЧ-радиосигналов, применяемых в телекоммуникационных системах. Рассматриваются вопросы схемотехники и конструкции управляемых устройств. Приводятся многочисленные результаты разработки и экспериментальных исследований управляемых устройств различных диапазонов длин волн. Учебное пособие написано на основе оригинальных работ авторов, опубликованных в научных журналах.

В монографии исследуются особенности проектирования интегральных компонентов для модулей питания беспроводных пассивных микроустройств, которые могут применяться в интернете вещей, сетях беспроводных датчиков, системах мониторинга состояния, приложениях радиочастотной идентификации и в других областях. Цель издания планируемой монографии заключается в предоставлении возможности ознакомления широкой аудитории с результатами научных исследований, в частности в рассмотрении оригинальных схем, конструкций, моделей, методик и рекомендаций по проектированию, которые могут найти применение на практике.

Основное внимание уделено главным аспектам нанотехнологий, среди которых: терминология, взаимосвязь размерных эффектов и области применимости нанотехнологий, классификация и основные группы данной отрасли деятельности, масштабирование процессов с целью промышленной реализации. Рассмотрен ряд нанотехнологий, промышленно освоенных в России.

Рассмотрен ряд аспектов исследования наноматериалов. Проанализированы размерные величины, используемые для характеристики крупнокристаллических и наноматериалов, подняты вопросы взаимосвязи средних величин между собой. Приведено развернутое описание новых методов исследования и обработки экспериментальных данных, разработанных на кафедре ФНСиВТМ НИТУ МИСИС.

Методические указания по дисциплине «Элементная база электроники» содержат лабораторные работы: «Изучение работы полупроводникового диода», «Изучение характеристик полупроводниковых транзисторов», «Изучение свойств полупроводниковых тиристоров», «Изучение свойств вакуумных приборов». Все лабораторные работы выполняются на персональном компьютере в программной среде Micro САР 8. Работа с программой моделирования предполагает наличие у студентов навыков работы в операционной системе Windows 2000 или выше.

Изложены положения теории надежности и даны рекомендации по решению прикладных задач определения количественных показателей надежности радиоэлектронной аппаратуры.

Учебное пособие состоит из четырёх частей. Рассмотрены методы анализа, описаны основные классы СВЧ-устройств и линий передачи УВЧ и СВЧ, приведены при-меры практических конструкций. Во второй части учебного пособия рассмотрены основные классы направляющих сред, применяемых в диапазонах УВЧ и СВЧ, и их элементы, проанализированы электромагнитные явления в направляющих средах.

Учебное пособие состоит из четырёх частей. Рассмотрены методы анализа, описаны основные классы СВЧ-устройств и линий передачи УВЧ и СВЧ, приведены примеры практических конструкций. В первой части рассмотрены матричные методы анализа линеаризованных СВЧ-устройств, приведены примеры анализа СВЧ-устройств с использованием различных методов, описаны матрицы рассеяния базовых элементов, а также разработанная под руководством автора программа для анализа линейных СВЧ-устройств «ПАПИРУС» и порядок работы с ней.

Пособие содержит материалы по основным вопросам функционирования и разработки микропроцессорных систем. В издание включены лабораторные работы, которые выполняются с использованием современных интегрированных систем разработки программного обеспечения для микроконтроллеров, а также расчетно-графическое задание по проектированию микропроцессорной системы.

Рассмотрена разработка программного обеспечения для современных многоразрядных микропроцессоров отечественного производства. Представлены практические работы по изучению архитектуры микропроцессора, применению его аппаратных модулей для решения различных задач, возникающих в приборостроении. Практические работы проводятся с использованием учебного микропроцессорного стенда.

Рассмотрены вопросы реализации базовых алгоритмов цифровой обработки сигналов на основе цифровых сигнальных процессоров отечественного производства. Представлены практические работы, позволяющие изучить преобразования сигналов с использованием аппаратных средств. Приведены типовые алгоритмы цифровой обработки сигналов и показана их реализация с учетом особенностей архитектуры микропроцессора.

Практикум посвящен исследованиям и анализу пассивных и активных электрических цепей в процессе изучения дисциплины «Основы теории радиотехнических цепей и сигналов» с помощью учебно-лабораторного комплекса (специализированного лабораторного стенда и осциллографа).

Учебное пособие состоит из двух частей. Часть 2 содержит материал, который читается студентам в течение восьми лекций во втором семестре по дисциплине «Системы связи специального назначения».

Рассмотрена работа с системами автоматизированного проектирования Altium Designer и SolidWorks. Приведен пример создания комплекта конструкторской документации на радиоэлектронную аппаратуру с помощью этих систем.

Представлены краткие сведения об устройстве и структуре микроконтроллера архитектуры AVR. Рассмотрены приемы работы в современных интегрированных средах программирования микроконтроллеров, подходы к отладке программного обеспечения с применением JTAG отладчика-программатора. Приведены алгоритмы разработки программного обеспечения для периферийных устройств. Каждый из разделов снабжен краткой теоретической справкой и индивидуальными заданиями для самостоятельного выполнения.

Рассмотрена работа биполярного транзистора и приведены эквивалентные схемы. Описан выбор режима работы биполярного транзистора по постоянному току на основе справочных данных. Приведены выражения для расчета базовых схем по переменному току. Представлен пример выполнения заданий в САПР Keysight ADS.

Учебное пособие предназначено для студентов, аспирантов и научных работников и содержит теоретические основы и рекомендации к выполнению научно-исследовательской работы по экспериментальному изучению параметров функциональных материалов с помощью волновода. В пособии содержится общая информация о волноводах, описаны методы измерения и расчетов электрических параметров различных материалов. В приложении описаны особенности методик измерений, основные результаты, полученные авторами за последние несколько лет.

Учебное пособие посвящено вопросам проектирования микрополосковых антенн, использующих технологию изготовления объемных интегральных микросхем (ОИС) СВЧ. Большинство вопросов, подробно рассмотренных в данном пособии, ранее в учебной литературе не рассматривались и освещались лишь в периодических изданиях и трудах научных конференций, которые были практически недоступны студентам. Целесообразность издания настоящего пособия, имеющего междисциплинарный характер, обусловлена необходимостью обеспечения учебного процесса по образовательным программам бакалавриата и специалитета по дисциплинам «Электроника» и «Специальные радиоэлектронные устройства».

В книге представлены результаты исследований бинарных систем твердых растворов на основе мультиферроиков феррита висмута, феррониобата свинца и манганита висмута. При помощи современных методов исследований получены данные о кристаллической и зеренной структуре, пиросегнетоэлектрических, диэлектрических, магнитных и магнитоэлектрических свойствах полученных соединений. Рассматриваются вопросы практического применения разработанных материалов.

В пособии рассмотрены основные понятия модели и моделирования, процесс имитационного моделирования систем массового обслуживания, прикладные аспекты имитационного моделирования в микроэлектронике, производственных процессах, бизнесе, логистике, а также современные средства моделирования и перспективы их развития.

Изложены принципы организации систем спутниковой связи и распространения радиоволн в этих системах. Приведены обширные сведения об антеннах земных и бортовых станций, методах расчёта их основных параметров. Рассмотрены используемые на практике распределение полос частот между службами и принципы организации зон территориального обслуживания спутниками связи. Особое внимание уделено особенностям конструкции и расчёту основных электрических параметров антенн, применяемых в спутниковых системах связи. Приведены алгоритмы расчёта некоторых энергетических соотношений на спутниковых линиях связи, а также основных параметров антенн. Реализованные на их основе программы расчета антенн и линий связи доступны для скачивания на сайте издательства.

Приведена классификация основных методов местоопределения в глобальных навигационных спутниковых системах. Рассмотрены абсолютные и относительные методы местоопределения различной точности и оперативности по измерениям систем ГЛОНАСС и GPS, в том числе с использованием систем широкозонной дифференциальной коррекции. Описано местоопределение как статического, так и динамического потребителя. Значительное внимание уделено высокоточному абсолютному местоопределению. Изложены теоретические и методические материалы к лабораторным работам по местоопределению потребителя в глобальных навигационных спутниковых системах.

Рассмотрены аппаратурные и геофизические эффекты, являющиеся источниками погрешностей навигационных измерений в глобальных навигационных спутниковых системах. Приведены подробные математические модели измерений ГЛОНАСС и GPS, а также их линейные комбинации, используемые в режиме высокоточного абсолютного местоопределения и в других режимах. Описаны методы компенсации соответствующих систематических смещений, приведены численные оценки и модели. Уделено внимание особенностям обработки высокоточных, но неоднозначных псевдофазовых измерений, использование которых является одним из ключевых факторов достижения сантиметровой точности определения координат потребителя.

Учебное пособие предназначено для освоения особенностей работы радиоэлектронных аэрокосмических комплексов управления и передачи информации летательных аппаратов различных типов. Книга состоит из шести разделов, в которых рассмотрены вопросы командно-корректирующего радиоуправления, радиотеленаведения, исследованы системы самонаведения и полуавтономного радиоуправления, проведен анализ минимального времени вхождения в синхронизм и спектральное моделирование инфокоммуникаций.

Изложена теория колебаний цифровых систем первого и второго порядков. Приведен математический аппарат, основанный на теории точечных отображений. Рассмотрены линейные и обусловленные переполнением и квантованием нелинейные свободные колебания и колебания при постоянном и гармоническом входных воздействиях. В третьем издании первый раздел дополнен разработанным автором методом анализа вынужденных колебаний в цифровых динамических системах при периодических входных воздействиях, а второй, четвертый и пятый разделы расширены вопросами, посвященными нелинейным искажениям гармонических сигналов в рекурсивных динамических системах с переполнением и квантованием. Результаты анализа проиллюстрированы траекториями движений, бифуркационными и вероятностными диаграммами.

Приведен математический аппарат для анализа сигналов и цепей дискретного времени. Изложены спектральная теория периодических и непериодических цифровых сигналов, теория цепей дискретного времени. Подробно рассмотрены частотные свойства и временные характеристики базовых нерекурсивных и рекурсивных линейных цепей (цифровых фильтров) первого и второго порядков. Изложены методы изменения частоты дискретизации цифровых сигналов: децимация и интерполяция, а также способы их реализации. Уделено внимание теории случайных сигналов и процессов дискретного времени, протекающих в цифровых цепях. Рассмотрены эффекты квантования в цифровых сигналах и цепях.

Книга посвящена истории детекторных радиоприемников, в которой центральной фигурой выступает наш соотечественник А. C. Попов – изобретатель первого в мире детекторного радиоприемника, запатентованного в России, Англии, Франции, Испании, Швейцарии и США. Рассмотрены исторические этапы развития детекторного приема – от бурного взлета в довоенный и послевоенный периоды, когда с появлением сети мощного радио- вещания, развитием радиоэлектроники и элементной базы детекторный приемник имел массовое распространение, до наших дней. Рассказывая об истории детекторных приемников, автор в первую очередь повествует о людях – ученых, конструкторах, радиоинженерах, организаторах производства, которые развивали эту технику и создавали радиоэлектронную отрасль страны. И, наконец, дается ответ на вопрос: каковы перспективы развития детекторного радиоприема в наши дни?

Рассмотрен способ разработки программируемых устройств, основанный на модельно-ориентированном проектировании. Приведены примеры использования данного способа при разработке типовых радиотехнических устройств на наиболее распространенных микроконтроллерах фирмы Atmel. Освоение модельно-ориентированного проектирования на бюджетных, массового применения платах Arduino обеспечивает готовность разработчиков к широкому и эффективному использованию программируемых микроконтроллеров, сигнальных процессоров и ПЛИС при разработке радиотехнических систем различного назначения.

В книге в популярном для учащихся старших классов форме излагаются основные понятия и задачи, которые решают современные радиолокация и радионавигация. В основе изложения лежат физические обоснования процессов, связанных с излучением, отражением и приемом электромагнитных волн. Отдельный раздел посвящен процессам распространения радиоволн различных диапазонов с учетом влияния земной поверхности, ионосферы и состояния атмосферы.

Настоящее учебное пособие представляет собой вторую часть рабочего материала, входящего в состав программы курса «Квантовая механика и статистическая физика», изучаемых в бакалаврских направлениях подготовки 11.00.00 «Электроника, радиотехника и системы связи». В пособии изложены разделы квантовой механики, посвященные внешним воздействиям температуры и магнитных полей, а также образованию поверхностных и объёмных дефектов и их учёту в рассмотрениях изменений энергетических состояний, которые влияют на свойства некоторых материалов радиоэлектроники. Подробно рассмотрены теория сверхпроводимости металлов, образование и взаимодействие ряда квазичастиц: поверхностных поляритонов, спиновых волн, плазмонов и магнонов при указанных внешних воздействиях. В учебном пособии также имеются контрольные вопросы для проверки уровня освоения материала.

Учебное пособие содержит полное и систематизированное изложение материала, включенного в учебную программу курсов: «Разработка микроконтроллерных устройств на базе Arduino», «Компьютерное управление исполнительными механизмами», «Проект 3-го курса». Пособие включает в себя введение в микроконтроллеры и их применение, основы использования этих устройств, начальные этапы работы с платами микроконтроллеров, инструменты моделирования. Включает упражнения и варианты для индивидуальных заданий.

В сжатой форме проанализированы принципы построения сообщений, формируемых протоколами транкинговых сетей радиосвязи на примере стандартов TETRA и APCO 25. Рассмотрены особенности протоколов кодирования, шифрования и модуляции в проекции взаимодействия логических и физических каналов транкинговой системы. Приведены примеры создания рассмотренных алгоритмов в приложениях LabVIEW.

В учебном пособии представлены материалы лекционных и практических занятий по следующим разделам дисциплины «Основы теории цепей»: «Цепи с взаимной индуктивностью»; «Связанные колебательные контуры»; «Методы формирования уравнений электрического равновесия сложных цепей»; «Основные теоремы теории цепей»; «Нелинейные резистивные цепи».

Изложены принципы построения и основы проектирования преобразователей частоты радиосигналов, применяемых в телекоммуникационных системах. Рассматриваются вопросы схемотехники и конструкции смесителей, умножителей частоты. Приводятся многочисленные результаты разработки и экспериментальных исследований преобразователей различных диапазонов длин волн. Учебное пособие написано на основе оригинальных работ авторов, опубликованных в научных журналах.

Пособие содержит материалы для подготовки к интернет-тестированию образовательных достижений студентов на различных этапах обучения по дисциплине Электротехника и электроника, касающихся раздела «Теория и методы анализа линейных цепей постоянного тока». Тематическая структура пособия определяется дидактическими единицами государственных образовательных стандартов, которые подразделяются на более узкие подразделы (темы) и образуют структуру педагогических измерительных материалов (ПИМ). Такая структура во многом определяет специфику проведения тестирования и независимую оценку результатов Федерального экзамена в сфере профессионального образования (ФЭПО) по дисциплинам основных образовательных программ. Материал пособия включает в себя краткие теоретические сведения, анализ решений тестовых заданий и заданий, вынесенных для самостоятельного решения, с ответами. Пособие будет полезно для самоконтроля усвоения знаний и умений в рамках образовательного процесса при подготовке к экзамену или зачету, к вступительным испытаниям в магистратуру и аспирантуру по дисциплинам: Электротехника и электроника (ЭиЭ), Теоретические основы электротехники (ТОЭ), Основы теории электрических цепей (ОТЭЦ), Общая электротехника (ОЭ).

В пособии изложены подходы и методы анализа электрических цепей, физические основы, принципы действия и характеристики полупроводниковых приборов; описаны типовые выпрямительные и усилительные устройства, выполненные на базе полупроводниковых приборов; разобраны примеры расчета электрических цепей постоянного и переменного тока; приводится задание на типовую расчетно-графическую работу. Предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника», а также всех желающих получить навыки исследования и расчета электрических цепей.

Рассматриваются принципы построения и свойства устройств на транзисторах и интегральных элементах, работающих в импульсном режиме; основы построения устройств комбинационной логики: шифраторов, мультиплексоров, триггеров, регистров, счетчиков, сумматоров. Излагаются основы построения и свойства таких базовых схем, как мультивибраторы, генераторы линейно изменяющегося напряжения, триггеры, блокинг-генераторы.

Рассмотрена совокупность вопросов, связанных с созданием многоуровневых систем металлизации интегральных микросхем по технологическим маршрутам, обобщенно называемым Back-End-Of-Line (BEOL). Охарактеризованы проблемы и решения создания проводящих и металлических тонких пленок, пленок диэлектрических материалов, проблемы и решения по планаризации поверхности интегральных микросхем. Рассмотрены вопросы получения конформных тонкопленочных покрытий на усложняющихся рельефах интегральных микросхем.