Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Projektowanie układów mikrofalowych

Koordynator przedmiotu:

dr inż. Wojciech Wojtasiak

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia II stopnia

Program:

Telekomunikacja

Grupa przedmiotów:

Przedmioty techniczne - zaawansowane

Kod przedmiotu:

PUM

Semestr nominalny:

4 / rok ak. 2015/2016

Liczba punktów ECTS:

5

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

- udział w wykładach: 15 x 3 godz. = 45 godz., - przygotowanie do kolejnych wykładów (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, próba rozwiązania miniproblemów sformułowanych na wykładzie): 20 godz. - udział w konsultacjach 3 godz. (zakładamy, że student korzysta z konsultacji dotyczących wykładu 3 razy w semestrze), - udział w zajęciach laboratoryjnych 5 x 3 godz. = 15 godz. - przygotowanie do kolejnych laboratoriów (przejrzenie materiałów do laboratorium, rozwiązanie miniproblemów sformułowanych w materiałach przygotowujących do laboratorium, udział w konsultacjach przedlabolatoryjnych): 5 x 2 + 4= 14 godz. - przygotowanie do kolokwiów (rozwiązanie zadań przedkolokwialnych, udział w konsultacjach przedkolokwialnych): 3 x 8 godz. + 5 godz. = 28 godz. Łączny nakład pracy studenta wynosi zatem: 45 + 20 + 3 + 14 + 15 + 28 = 125 godz., co odpowiada ok. 5 punktom ECTS.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

- udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz. - udział w konsultacjach 3 godz. (zakładamy, że student korzysta z konsultacji dotyczących wykładu 3 razy w semestrze) - udział w zajęciach laboratoryjnych 5 x 3 godz. = 15 godz. - przygotowanie do kolokwiów (udział w konsultacjach przedkolokwialnych): 5 godz. Razem: 30+3+15+5= 53 godz. co odpowiada ok. 2 punktom ECTS

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

- udział w zajęciach laboratoryjnych 5 x 3 godz. = 15 godz. - przygotowanie do kolejnych laboratoriów (rozwiązanie miniproblemów sformułowanych w materiałach przygotowujących do laboratorium) 5 x 2+4 = 14 godz. Razem: 15+14= 29 godz. co odpowiada ok. 1 punktowi ECTS

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład45h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium15h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Wymagane przedmioty poprzedzające: TMO, MR, SYGM, PR Zalecane przedmioty poprzedzające: SRKO, PRAD, PRIR

Limit liczby studentów:

40

Cel przedmiotu:

- zapoznanie studentów z zasadą działania oraz z konstrukcją, technologią, metodyką projektowania głównych podzespołów mikrofalowych bloków radiowych nowoczesnych systemów radiokomunikacyjnych, radionawigacyjnych i przemysłowych; - ukształtowanie umiejętności analizy i projektowania wybranych pasywnych oraz półprzewodnikowych i lampowych układów mikrofalowych bloków radiowych; - nabycie umiejętności korzystania z danych katalogowych i not aplikacyjnych podzespołów mikrofalowych oraz formułowania warunków technicznych; - opanowanie umiejętności posługiwania się zaawansowaną mikrofalową aparaturą pomiarową i oprogramowaniem wspomagającym projektowania układów i bloków funkcjonalnych.

Treści kształcenia:

Wykład: - Warunki zaliczenia. Architektura bloków radiowych w powszechnie stosowanych systemach telekomunikacyjnych, radionawigacyjnych i radiolokacyjnych. Podstawowe bloki funkcjonalne mikrofalowych torów nadawczych i odbiorczych. Idea programowalnego systemu radiowego SDR. - 2 godz. - Opis układów mikrofalowych. Obwodowe i falowe formy opisu układów radioelektronicznych o parametrach skupionych i rozłożonych. Opis obwodowy i falowy obwodów mikrofalowych. Transformacja impedancji przez odcinek jednorodnej i niejednorodnej linii długiej. - Prowadnice falowe. Falowody prostokątny i kołowy, linia współosiowa, linie paskowe: symetryczne i niesymetryczne linie paskowe i falowód koplanarny. Linie paskowe sprzężone. Metody wyznaczania parametrów konstrukcyjnych linii transmisyjnych o zadanej impedancji falowej lub charakterystycznej. - Metody analizy i syntezy mikrofalowych układów pasywnych. Metoda pobudzeń w fazie i w przeciwfazie. Analiza układów mikrofalowych metodą kolejnych dekompozycji. Podstawowe tożsamości obwodowe. Zagadnienie dopasowania impedancji za pomocą współmiernych i niewspółmiernych transformatorów schodkowych. Przykłady zastosowań. - Podstawowe pasywne podzespoły bloków radiowych. Obciążenia dopasowane, tłumiki, sprzęgacze kierunkowe, dzielniki mocy, filtry, zwrotnice – dupleksery, przyrządy nieodwracalne (cyrkulatory ferrytowe). - Teoria filtrów. Funkcje specjalne: Butterworth'a, Czebyszewa i całki eliptyczne. Metody projektowanie współosiowych, paskowych i falowodowych filtrów i zwrotnic mikrofalowych. Przełączane filtry kierunkowe. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych filtrów stosowanych w urządzeniach nadawczych i odbiorczych. - Dzielniki sygnałów i sprzęgacze kierunkowe. Projektowanie sprzęgaczy zbliżeniowych, typu Lange'a, gałęziowych i pierścieniowych. Algorytmy projektowania wielosekcyjnych dzielników typu Wilkinson'a i 3dB dzielnika dużej mocy Gysel'a. Przykłady zastosowań dzielników i sprzęgaczy w torach nadawczo-odbiorczych i w wieloelementowych szykach antenowych. - Mikrofalowe przyrządy półprzewodnikowe i lampowe. Materiały półprzewodnikowe stosowane w technologii mikrofalowych diod i tranzystorów mikrofalowych. Budowa i właściwości diod (Schottky, PIN, waraktor, Gunna, lawinowa i ładunkowa) i tranzystorów (Si-BJT, MESFET, HEMT, HBT, LDMOSFET). Konstrukcja, zasada działania i zastosowania lamp mikrofalowych – magnetron, LFB, amplitron. - Symulacje elementów aktywnych. Symulator obwodów mikrofalowych. Modelowanie wybranych elementów aktywnych (PIN, waraktor, tranzystor MESFET, HEMT) z uwzględnieniem zagadnienia termicznego. - Detektor, mieszacz, ogranicznik i przełącznik. Konstrukcja i charakterystyki układów detekcji, przemiany częstotliwości, zabezpieczania i kontroli, stosowanych w blokach radiowych. - Generacja sygnałów mikrofalowych. Generatory VCO i CCO – quasi-liniowy model dwójnikowy, algorytm projektowania. Wysokostabilne, programowalne źródła sygnałów mikrofalowych (PLL/DDS). Projekt syntezera z mikrokontrolerem. - Wzmacnianie sygnałów mikrofalowych. Konstrukcje wzmacniaczy nadawczych i odbiorczych – struktury, parametry, analiza wymagań, wybór elementu aktywnego. Podejście małosygnałowe i z wykorzystaniem nieliniowego modelu tranzystora. - Techniki realizacji urządzeń nadawczych i odbiorczych. Montaż mikrofalowych elementów aktywnych. Technika falowodowa i hybrydowa.. Laboratorium: Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się równolegle z wykładem i służą pogłębieniu wiedzy przekazanej podczas wykładu oraz zdobyciu umiejętności praktycznych w obsłudze aparatury pomiarowej. W ramach przygotowania do laboratorium studenci wykonują zadania projektowe, które następnie realizują w trakcie ćwiczeń. Program ćwiczeń obejmuje 5 3-godzinnych ćwiczeń: 1. Pomiar macierzy rozproszenia [S] tranzystorów – w obudowach i chipów (on-wafer). Kalibracja wektorowego analizatora sieci. Samodzielne przygotowanie ćwiczenia: wyznaczenie parametrów kalibratorów TRL. 2. Modelowanie tranzystora z wykorzystaniem zmierzonych w poprzednim ćwiczeniu macierzy [S] przy pomocy symulatora ADS. Samodzielne przygotowanie plików z modelem tranzystora do implementacji w środowisku ADS. 3. Badania wzmacniaczy: niskoszumnego i nadawczego. Optymalizacja punktu pracy tranzystora i modyfikacja struktury badanych układów dla spełnienia założonych wymagań. W ramach przygotowania do ćwiczenia: analiza architektury wzmacniaczy. 4. Pomiary parametrów syntezera PLL/DDS. Projekt optymalnego filtru pętli PLL. 5. Badanie bloku radiowego systemu punkt-wielopunkt IRT2000, modułu N/O radaru APAR lub łącza zrealizowanego w technice SDR. W czasie przygotowania do ćwiczenia: zdefiniowanie założeń projektowych wybranych bloków funkcjonalnych dla zadanych parametrów torów radiowych badanych urządzeń.

Metody oceny:

1. Zaliczenie przedmiotu, to minimum 50% punktów z egzaminu i ocena minimum 3 z każdego z ćwiczeń laboratoryjnych. 2. Każde ćwiczenie rozpoczyna się sprawdzianem wstępnym. Na końcową ocenę składa się wynik kolokwium, stopień samodzielnego przygotowania materiałów do ćwiczenia oraz wykonanie zadań laboratorium 3. Udział laboratorium w końcowej ocenie wynosi 30%. 4. Pozostałe 70% przypada na wynik z egzaminu.

Egzamin:

tak

Literatura:

Literatura: 1. Rosłoniec S.: Liniowe obwody mikrofalowe - Metody analizy i syntezy, WKiŁ, Warszawa 1999 2. Galwas B.: Miernictwo mikrofalowe, WKiŁ, Warszawa 1985 3. Galwas B.: Mikrofalowe generatory i wzmacniacze tranzystorowe, WKiŁ, Warszawa 1991 4. Dobrowolski J.: Projektowanie mikrofalowych wzmacniaczy z tranzystorami MESFET, WNT, Warszawa 1991. 5. Matthaei G., Young L., Jones E.: Microwave filters, impedance - matching networks and coupling structures, Mc Graw Hill, NY 1994

Witryna www przedmiotu:

www.elka.pw.edu.pl

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt W1

posiada wiedzę nt. obwodowego i falowego opisu układów mikrofalowych w dziedzinie częstotliwości dla pobudzenia sinusoidalnego;
Weryfikacja: kolokwium1
Powiązane efekty kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W04, K_W06, K_W09, K_W10
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W01, T2A_W01, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04

Efekt W2

zna budowę, zasadę działania i podstawowe charakterystyki mikrofalowych tranzystorów Si-BJT, MESFET, HEMT, HBT, LDMOSFET, diod oraz wybranych lamp
Weryfikacja: Kolokwium 1
Powiązane efekty kierunkowe: K_W04, K_W06, K_W07, K_W09, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07

Efekt W3

zna konstrukcję, zasadę działania i główne parametry takich układów funkcjonalnych jak sprzęgacz, dzielnik mocy, tłumik, filtr, cyrkulator, wzmacniacz, generator, syntezer, detektor, przełącznik, ogranicznik;
Weryfikacja: kolokwium 1
Powiązane efekty kierunkowe: K_W04, K_W06, K_W07, K_W09, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07

Efekt W4

wie jak zamodelować diodę i tranzystor mikrofalowy na podstawie macierzy rozproszenia [S] zmierzonych w odpowiednio wybranych punktach pracy w środowisku typowego symulatora obwodów b.w.cz.;
Weryfikacja: laboratorium nr 2, kolokwium 2
Powiązane efekty kierunkowe: K_W04, K_W06, K_W07, K_W09, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07

Efekt W5

zna schematy funkcjonalne bloków nadawczych i odbiorczych systemów TDD i FDD, potrafi zaproponować rozwiązania układowe i systemowe takich urządzeń
Weryfikacja: kolokwium 2, labolatorium5,
Powiązane efekty kierunkowe: K_W04, K_W06, K_W07, K_W09, K_W10, K_W14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt U1

posiada umiejętność posługiwania się mikrofalową aparaturą pomiarową - w zakresie zaawansowanym wektorowym analizatorem obwodów i analizatorem widma
Weryfikacja: kolokwium 1, laboratorium nr 1
Powiązane efekty kierunkowe: K_U07, K_U10, K_U13
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U15, T2A_U17, T2A_U18, T2A_U19

Efekt U2

rozróżnia pracę mało- i wielkosygnałową elementu aktywnego i zna metody analizy obu rodzajów pracy
Weryfikacja: Kolokwium 2
Powiązane efekty kierunkowe: K_U07, K_U10, K_U13
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U15, T2A_U17, T2A_U18, T2A_U19

Efekt U3

potrafi zaprojektować wybrane, prezentowane w trakcie wykładu, układy i urządzenia mikrofalowe wspomagając się odpowiednim oprogramowaniem
Weryfikacja: Kolokwium 2, laboratorium nr 3 i 4
Powiązane efekty kierunkowe: K_U09, K_U10, K_U13, K_U14
Powiązane efekty obszarowe: T2A_U05, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U07, T2A_U09, T2A_U15, T2A_U15, T2A_U17, T2A_U18, T2A_U19, T2A_U11

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt K1

student, który zaliczył przedmiot potrafi pracować indywidualnie i w zespole oraz określić priorytety niezbędne do realizacji postawionych przed nim i grupą zadań
Weryfikacja: labolatorium 1-5
Powiązane efekty kierunkowe:
Powiązane efekty obszarowe: