Программа дисциплины «Компьютерное моделирование радиотехнических и свч устройств и систем»

для направления 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи», профили

«Радиотехника, в т.ч. системы и устройства телевидения»,

«Системы, сети и устройства телекоммуникаций»,

«Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектах»

подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре

Авторы программы:

Хриткин С.А., доцент, [email protected]

Одобрена на заседании Академического совета аспирантской школы по техническим наукам

Москва - 2014

1.Область применения и нормативные ссылки

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину и аспирантов направления 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи», профили «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», «Радиотехника, в т.ч. системы и устройства телевидения», «Системы, сети и устройства телекоммуникаций».

• 
  Образовательным стандартом НИУ ВШЭ;
  
• 
  Образовательной программой направления 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи» подготовки аспиранта.
  
• 
  Учебным планом подготовки аспирантов по направлению 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи», профили «Антенны, СВЧ устройства и их технологии», «Радиотехника, в т.ч. системы и устройства телевидения», «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», утвержденные в 2014 г.
  

2.Цели освоения дисциплины

3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

4.Место дисциплины в структуре образовательной программы

Для освоения учебной дисциплины, аспиранты должны владеть следующими знаниями и компетенциями:

• 
  Способностью использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы для решения задач моделирования конструкций и технологических процессов разработки электронных средств.
  
• 
  Способностью понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения.
  
• 
  Способностью самостоятельно осуществлять разработку физических и математических моделей исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере деятельности.
  
• 
  Готовностью оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы.
  

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:

• 
  Научно-исследовательская практика.
  

5.Тематический план учебной дисциплины

6.Формы контроля знаний студентов

7.Критерии оценки знаний, навыков

Аспирант на текущем контроле должен продемонстрировать основные навыки моделирования радиотехнических и СВЧ устройств и систем, умение пользоваться современными программными средствами математического моделирования и специализированными пакетами программ моделирования. При этом аспиранту необходимо проявить способности самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности.

При текущем контроле используются следующие критерии:

• 
  Владение изученным материалом;
  
• 
  Активность работы на аудиторных занятиях и при выполнении самостоятельной работы;
  
• 
  Посещаемость занятий;
  

Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.

При промежуточном контроле используются следующие критерии:

• 
  Выполнение критериев оценки знаний на этапе текущего контроля
  
• 
  Точность и полнота ответов на тестовые вопросы
  

1. 
   Оценки за экзамен.
   

8.Порядок формирования оценок по дисциплине

На пересдаче студенту не предоставляется возможность получить дополнительный балл для компенсации оценки за текущий контроль.

На экзамене студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который оценивается в 1 балл.

В диплом выставляет результирующая оценка по учебной дисциплине, которая формируется по следующей формуле:

О_{результ} = 0,5·О_накопл + 0,5·О_{итоговый}

Способ округления результирующей оценки по учебной дисциплине: в пользу студента.

Оценка за итоговый контроль блокирующая, при неудовлетворительной итоговой оценке она равна результирующей.
Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по текущему контролю следующим образом:

Накопленная оценка за текущий контроль учитывает результаты студента по текущему контролю следующим образом:

О_{накопленная}= 0,5 О_{текущий} + 0,5 О_ауд,

где О_{текущий} – соответствует оценке за выполнение домашнего задания, О_ауд – оценке за контрольную работу

Способ округления накопленной оценки текущего контроля – в пользу студента

9.Содержание дисциплины

Тема1. Предмет, цель и содержание дисциплины. Основные приемы работы в Microwave Office

Литература: [1-4, 14]

Составление и решение схемы. Подсхемы, порты и соединения. Примеры создания и моделирования схем. Вывод линейных характеристик. Примеры моделирования и проектирования фильтра нижних частот на сосредоточенных элементах, микрополоскового заграждающего фильтра, микрополосковых аттенюаторов на резисторах и на диодах, усилителя, описанного четырехполюсником.

Методы анализа нелинейных схем. Метод гармонического баланса. Выбор значимых частот, скорость и сходимость метода. Примеры расчета. Моделирование приборов с нелинейностью. Анализ методом рядов Вольтерра. Примеры моделирования усилителя мощности и балансного смесителя на диодах.

Электромагнитное моделирование с использованием модулей EMSight и AXIEM и их особенности. Формулировка электромагнитной задачи. Метод моментов. Создание геометрии электромагнитной структуры. Граничные условия. Примеры электромагнитного моделирования с использованием EMSight и AXIEM. Трехмерное электромагнитное моделирование с помощью специализированных программных средств (CST Studio Suite, ISFEL3D, Ansys HFSS и др.)

10.Образовательные технологии

На лекциях и на семинарских занятиях проводится разбор практических задач.

11.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Базовый учебник

1. 
   Дмитриев Е.Е. Основы моделирования в Microwave Office 2009 (на примерах). http://www.eurointech.ru/products/AWR/Dmitriev_mwo_2009_1.pdf
   
2. 
   Applied Wave Research, Inc. Microwave Office/Analog Office User Guide. Version 7.5, July. – 2007. – 354 p.
   
3. 
   Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. – М.: СОЛОН-Пресс. – 2003, – 496 с.
   
4. 
   Фриск В.В. Основы теории цепей. Использование пакета Microwave Office для моделирования электрических цепей на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-Пресс. – 2004, – 160 с.
   
5. 
   Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. – М.: Радио и связь. – 1987. – 430 с.
   
6. 
   Влах И., Сингхал К.. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем. – М.: Радио и связь. – 1988 г.
   
7. 
   Крушин А.А. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave Studio 2010 М.: МЭИ. 2010
   

8. 
   1. Григорьев А.Д. Электродинамика и микроволновая техника. – М.: Лань. – 2007 г.
   
9. 
   Петров Б.М. Электродинамика и распространение радиоволн: учебник для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком. – 2003.
   
10. 
    Гридин В.Н., Нефедов Е.И., Черникова Т.Ю. Электродинамика структур крайне высоких частот. – М. – 2003.
    
11. 
    Филиппов В.С. Введение в классическую электродинамику. – М.: Сайнс пресс. – 2002.
    
12. 
    Кугушев А.М., Голубева Н.С., Митрохин В.Н. Основы радиоэлектроники. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2001.
    
13. 
    Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ.– М.: Наука. – 1985. – 256 с.
    
14. 
    Петров М.Н. Моделирование компонентов и элементов интегральных схем. Уч. пособие для вузов / М.Н. Петров, Г.В. Гудков. – СПб. М.: Краснодар: Лань. – 2011. – 462 с.
    
15. 
    Галеев Э. М., Тихомиров В. М. Оптимизация: теория, примеры, задачи. – М.: «Эдиториал УРСС». – 2000, – 320 с.
    
16. 
    Бутковский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами. – М.: Наука. – 1965
    

Программные средства

• 
  CST Studio Suite
  
• 
  Ansys HFSS
  
• 
  AWR Design Environment
  
• 
  ISFEL3D
  

12.Вопросы для оценки качества освоения дисциплины

1. 
   Формулировка задач моделирования;
   
2. 
   Требования, предъявляемые к математическим моделям;
   
3. 
   Классификация математических моделей;
   
4. 
   Метод конечных разностей;
   
5. 
   Метод конечных элементов;
   
6. 
   Метод интегральных тождеств;
   
7. 
   Метод моментов;
   
8. 
   Методы оптимизации;
   
9. 
   Назначение и основные возможности среды проектирования AWR Design Environment и входящих в ее состав компонентных модулей;
   
10. 
    Моделирование и проектирование линейных схем. Подсхемы, порты и соединения;
    
11. 
    Моделирование фильтра нижних частот на сосредоточенных элементах в среде Microwave Office;
    
12. 
    Моделирование микрополоскового заграждающего фильтра;
    
13. 
    Моделирование микрополоскового аттенюатора на резисторах;
    
14. 
    Моделирование микрополоскового аттенюатора на диодах;
    
15. 
    Моделирование усилителя, описанного четырехполюсником;
    
16. 
    Методы анализа нелинейных схем.
    
17. 
    Метод гармонического баланса. Выбор значимых частот, скорость и сходимость метода;
    
18. 
    Моделирование приборов с нелинейностью. Метод рядов Вольтерра;
    
19. 
    Моделирование усилителя мощности;
    
20. 
    Моделирование балансного смесителя на диодах;
    
21. 
    Электромагнитное моделирование с использованием модулей EMSight и AXIEM;
    
22. 
    Формулировка электромагнитной задачи;
    
23. 
    Граничные условия при моделировании электромагнитных задач;
    
24. 
    Трехмерное электромагнитное моделирование с помощью специализированных программных средств (CST Studio Suite, ISFEL3D, Ansys HFSS и др.)
    
25. 
    Решение задачи на собственные значения при моделировании электродинамических систем резонаторного типа;
    
26. 
    Моделирование спиральной замедляющей системы;
    
27. 
    Электромагнитное моделирование резонаторных замедляющих систем;
    
28. 
    Моделирование электродинамических систем в частотной области;
    
29. 
    Моделирование электродинамических систем во временной области;
    
30. 
    Оптимизация параметров при электромагнитном моделировании;
    

Варианты домашних заданий выдаются преподавателем индивидуально.

13.Материально-техническое обеспечение дисциплины