- Nazwa przedmiotu:
- Podstawy techniki w.cz.
- Koordynator przedmiotu:
- dr inż. Daniel GRYGLEWSKI
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Elektronika i Telekomunikacja
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty podstawowe
- Kod przedmiotu:
- PTWM
- Semestr nominalny:
- 3 / rok ak. 2017/2018
- Liczba punktów ECTS:
- 6
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 30 h - udział w wykładach
15 h - udział w ćwiczeniach
25 h - przygotowanie do kolejnych wykładów (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, próba rozwiązania miniproblemów sformułowanych na wykładzie)
15 h - przygotowanie do ćwiczeń (przejrzenie materiałów z wykładu i dodatkowej literatury, próba rozwiązania przykładowych zadań)
3 h - udział w konsultacjach 3 godz. (zakładamy, że student korzysta z konsultacji dotyczących wykładu 3 razy w semestrze)
12 h - udział w zajęciach laboratoryjnych
20 h - przygotowanie do kolejnych laboratoriów (przejrzenie materiałów do laboratorium, rozwiązanie miniproblemów sformułowanych w materiałach przygotowujących do laboratorium, udział w konsultacjach )
30 h - przygotowanie do kolokwium i egzaminu (rozwiązanie zadań przygotowawczych, udział w konsultacjach)
ŁĄCZNIE 150 h
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 3
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 3
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia15h
- Laboratorium15h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Sygnały, modulacje i systemy
Analiza Matematyczna
Pola i fale (E)
Teoria obwodów
- Limit liczby studentów:
- 30
- Cel przedmiotu:
- - zapoznanie studentów ze specyfiką opisu, projektowania i realizacji powszechnie stosowanych układów i urządzeń mikrofalowych w systemach łączności bezprzewodowej, radarowych i grzania mikrofalowego;
- ukształtowanie umiejętności analizy i projektowania wybranych pasywnych i aktywnych układów mikrofalowych;
- nabycie umiejętności korzystania z danych katalogowych i not aplikacyjnych podzespołów mikrofalowych;
- opanowanie umiejętności posługiwania się podstawową aparaturą pomiarową wykorzystywaną w pasmie mikrofal
- Treści kształcenia:
- Wykład:
- Warunki zaliczenia. Mikrofale - zdefiniowanie pojęć, podział na pasma i przykłady zastosowań (m.in. kuchenka mikrofalowa) - 1 h
- Obwodowy 1-wymiarowy model linii długiej w dziedzinie czasu i częstotliwości - pojęcie napięcia, prądu i mocy fali w linii długiej, rozwiązanie równań Telegrafistów dla pobudzenia sinusoidalnego. Rozkład amplitud. Współczynnik odbicia i fali stojącej. Transformacja impedancji - 1 h
- Wykres Smitha. Zagadnienie dopasowania, warunek dopasowania energetycznego i sposoby dopasowania zespolonej impedancji - 2 h
- Macierzowy opis liniowych N-wrotników mikrofalowych. Zespolone amplitudy napięcia fal padających i odbitych. Definicja macierzy rozproszenia [S] i transmisyjnej [T]. Klasyfikacja układów mikrofalowych (odwracalność, symetria stratność). Przykłady macierzy [S] prostych 2-wrotników. Graf przepływu sygnału - 2 h
- Podstawowe prowadnice falowe - konstrukcja, parametry, zastosowania: linie TEM (współosiowa), niesymetryczna linia paskowa, falowód koplanarny, falowody o metalowych ściankach (prostokątny i cylindryczny), rodzaje złącz i gniazd mikrofalowych - 2 h
- Metody pomiaru mocy mikrofalowej. Dioda Schottky’ego, detektor i mieszacz. Pomiar długości fali, częstotliwości modułu współczynnika odbicia i fali stojącej (WFS) oraz impedancji - linia pomiarowa ze szczeliną. - 2 h
- Pomiar wyrazów macierzy rozproszenia [S] - reflektometr, mostek kierunkowy, wektorowy analizator obwodów. Zagadnienie kalibracji analizatora obwodów. Analizator widma - zasada działania, budowa - 2 h
- Skupione elementy bierne RLC (SMD) i podzespoły pasywne - dopasowane obciążenia, tłumiki, dzielniki mocy, sprzęgacze kierunkowe. Metoda pobudzeń w fazie i w przeciwfazie w projektowaniu wybranych dwuwrotowych układów pasywnych. Zagadnienie zasilania DC mikrofalowych elementów aktywnych.- 2 h
- Dioda PIN, waraktor i układy przełączane. Modulatory amplitudy i fazy - analogowe i cyfrowe - 1 h
- Pojęcie szumu. Rodzaje szumów. Współczynnik i temperatura szumów. Czułość odbiornika - 1 h
- Tranzystory mikrofalowe (Si-BJT, MESFET, LDMOSFET, HBT, HEMT) – technologia, parametry i zastosowania. Punkt pracy. Model małosygnałowy. Analiza danych katalogowych tranzystorów - 2 h
- Wzmacniacze niskoszumne i nadawcze. Parametry i przegląd metod projektowania. Procedury projektowe obwodów wzmacniaczy ze względu na minimum szumów lub maksimum mocy wyjściowej - 1 h
- Warunki generacji. Przykłady konstrukcji generatorów mikrofalowych. Stabilność długo- i krótko terminowa. Pomiar poziomu szumów fazowych. Pętla fazowa PLL. Syntezer częstotliwości - 1 h
Ćwiczenia:
Ćwiczenia odbywają się naprzemiennie z wykładem, po omówieniu istotnej części materiału. Przewiduje 4 terminy cwiczeń:
1. Po omówieniu rozkładu napięć i prądów w jednowymiarowym modelu linii długiej – 2 h
2. Zagadnienie dopasowania, wykres Smitha, macierz rozproszenia, grafy – 4 h
3. Projektowanie sprzęgaczy kierunkowych, dzielników mocy, polaryzatorów, detektora diodowego – 3 h.
4. Obliczanie optymalnej rezystancji obciążenia tranzystora ze względu na maksymalna moc w wzmacniaczu klasy A i maksymalnej mocy. Obliczanie współczynnika szumów kaskady elementów. Szacowanie poziomu szumów fazowych na podstawie pomiarów uzyskanych z analizatora widma- 3 h
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 4 3-godzinnych ćwiczeń:
1. Podstawowe pomiary mikrofalowe w linii szczelinowej. Pomiar długości fali i nieznanej impedancji obciążenia.
2. Pomiar mocy i detekcja sygnału mikrofalowego. Pomiar produktów przemiany mieszacza. Praca z analizatorem obwodów mikrofalowych oraz proces kalibracji i analizatorem widma. Zadanie w ramach przygotowania do ćwiczenia: projekt układu do pomiaru reflektancji lub strat odbicia dysponując sprzęgaczem reflektometrycznym, woltomierzem wektorowym lub dwoma miernika mocy oraz generatorem.
3. Pomiar podstawowych parametrów diod PIN i waraktorów. Wyznaczyć małosygnałowy model zmierzonych diod. Przygotowanie do ćwiczenia obejmuje projekt jednodiodowego klucza – cyfrowego modulatora amplitudy o zadanej maksymalnej częstotliwości przełączania.
4. Małosygnałowe pomiary tranzystorów i wzmacniaczy mikrofalowych. Zadanie do samodzielnego rozwiązania: Na podstawie danych katalogowych tranzystora wyznaczyć prostą obciążenia optymalną dla maksymalnej mocy wyjściowej w warunkach pracy w klasie A.
- Metody oceny:
- Metody oceny:
1. Zaliczenie przedmiotu, to minimum 50% pkt z egzaminu i ocena minimum 3 z każdego z ćwiczeń laboratoryjnych i kolokwium
2. Udział kolokwium w końcowej ocenie wynosi 30%.
3. Udział laboratorium w końcowej ocenie wynosi 30%.
4. Pozostałe 40% przypada na wynik z egzaminu.
Skala ocen: procentowa według zasad obowiązujących na PW
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- Literatura podstawowa:
S. Rosłoniec "Liniowe obwody mikrofalowe - Metody analizy i syntezy", WKiŁ, Warszawa 1991.
B. Galwas "Miernictwo mikrofalowe", WKiŁ, Warszawa 1985.
"Mikrofalowe generatory i wzmacniacze tranzystorowe", WKiŁ, Warszawa 1991.
J. Dobrowolski "Projektowanie mikrofalowych wzmacniaczy z tranzystorami MESFET", WNT, Warszawa 1991.
Literatura uzupełniająca:
J. Dobrowolski "Mikrofale", Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1991.
- Witryna www przedmiotu:
- www.elka.pw.edu.pl
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka PTWM_W01
- student, który zaliczył przedmiot posiada wiedzę nt. obwodowego opisu linii długiej w dziedzinie częstotliwości dla pobudzenia sinusoidalnego i umie wyznaczyć współczynnik odbicia i fali stojącej dla zadanej impedancji obciążenia i odniesienia oraz wykreślić rozkład amplitud prądu i napięcia w prowadnicy falowej
Weryfikacja: kolokwium, egzamin,
laboratorium nr 1
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W01
- student, który zaliczył przedmiot posiada wiedzę nt. obwodowego opisu linii długiej w dziedzinie częstotliwości dla pobudzenia sinusoidalnego i umie wyznaczyć współczynnik odbicia i fali stojącej dla zadanej impedancji obciążenia i odniesienia oraz wykreślić rozkład amplitud prądu i napięcia w prowadnicy falowej
Weryfikacja: kolokwium, egzamin,
laboratorium nr 1
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W02
- student, który zaliczył przedmiot wie jak opisać liniowy dwuwrotnik przy pomocy macierzy rozproszenia [S] oraz sformułować i rozwiązać graf przepływu sygnału dwuwrotnika obciążonego jednowrotnikiem;
Weryfikacja: kolokwium,
egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W02
- student, który zaliczył przedmiot wie jak opisać liniowy dwuwrotnik przy pomocy macierzy rozproszenia [S] oraz sformułować i rozwiązać graf przepływu sygnału dwuwrotnika obciążonego jednowrotnikiem;
Weryfikacja: kolokwium,
egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W18
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W03
- student, który zaliczył przedmiot zna budowę, zasadę działania i główne parametry detektora, mieszacza i wybranych przyrządów pomiarowych;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W03
- student, który zaliczył przedmiot zna budowę, zasadę działania i główne parametry detektora, mieszacza i wybranych przyrządów pomiarowych;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W14
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W03
- student, który zaliczył przedmiot zna budowę, zasadę działania i główne parametry detektora, mieszacza i wybranych przyrządów pomiarowych;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W04
- student, który zaliczył przedmiot zna konstrukcję, istotne parametry i technikę realizacji typowych, mikrofalowych układów pasywnych takich jak: tłumiki stałe, dopasowane obciążenia, sprzęgacze (gałęziowy, pierścieniowy, z liniami sprzężonymi, reflektometryczny), dzielniki i sumatory mocy (3dB/kwadraturowy, Wilkinsona, 3dB/antyfazowy)
Weryfikacja:
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W04
- student, który zaliczył przedmiot zna konstrukcję, istotne parametry i technikę realizacji typowych, mikrofalowych układów pasywnych takich jak: tłumiki stałe, dopasowane obciążenia, sprzęgacze (gałęziowy, pierścieniowy, z liniami sprzężonymi, reflektometryczny), dzielniki i sumatory mocy (3dB/kwadraturowy, Wilkinsona, 3dB/antyfazowy)
Weryfikacja:
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W05
- student, który zaliczył przedmiot nabył podstawową wiedzę o materiałach półprzewodnikowych stosowanych w technologii mikrofalowych przyrządów aktywnych, zna budowę, zasadę działania, ważne parametry i przeznaczenie takich elementów aktywnych jak: dioda Schottky’ego, PIN, waraktor, tranzystory – Si-BJT, MESFET, HEMT, HBT;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 3 i 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W05
- student, który zaliczył przedmiot nabył podstawową wiedzę o materiałach półprzewodnikowych stosowanych w technologii mikrofalowych przyrządów aktywnych, zna budowę, zasadę działania, ważne parametry i przeznaczenie takich elementów aktywnych jak: dioda Schottky’ego, PIN, waraktor, tranzystory – Si-BJT, MESFET, HEMT, HBT;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 3 i 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_W05
- student, który zaliczył przedmiot nabył podstawową wiedzę o materiałach półprzewodnikowych stosowanych w technologii mikrofalowych przyrządów aktywnych, zna budowę, zasadę działania, ważne parametry i przeznaczenie takich elementów aktywnych jak: dioda Schottky’ego, PIN, waraktor, tranzystory – Si-BJT, MESFET, HEMT, HBT;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 3 i 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka PTWM_U01
- student, który zaliczył przedmiot potrafi zaprojektować obwód dopasowujący daną impedancję do impedancji linii odniesienia metodą graficzną z wykorzystaniem wykresu Smitha oraz obwód zasilania DC (polaryzator) elementu aktywnego
Weryfikacja: kolokwium,
egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U01
- student, który zaliczył przedmiot potrafi zaprojektować obwód dopasowujący daną impedancję do impedancji linii odniesienia metodą graficzną z wykorzystaniem wykresu Smitha oraz obwód zasilania DC (polaryzator) elementu aktywnego
Weryfikacja: kolokwium,
egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U02
- student, który zaliczył przedmiot posiada umiejętność posługiwania się miernikami mocy oraz w zakresie podstawowym wektorowym analizatorem obwodów i analizatorem widma;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2 i 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U02
- student, który zaliczył przedmiot posiada umiejętność posługiwania się miernikami mocy oraz w zakresie podstawowym wektorowym analizatorem obwodów i analizatorem widma;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2 i 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U17
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U02
- student, który zaliczył przedmiot posiada umiejętność posługiwania się miernikami mocy oraz w zakresie podstawowym wektorowym analizatorem obwodów i analizatorem widma;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2 i 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U02
- student, który zaliczył przedmiot posiada umiejętność posługiwania się miernikami mocy oraz w zakresie podstawowym wektorowym analizatorem obwodów i analizatorem widma;
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 2 i 3
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U21
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U03
- student, który zaliczył przedmiot potrafi podać podstawowe struktury wzmacniaczy i generatorów mikrofalowych, opisać zasadę działania i parametry takich układów oraz zna procedury projektowe wzmacniaczy niskoszumnych i nadawczych oraz generatorów z wykorzystaniem podejścia małosygnałowego.
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U03
- student, który zaliczył przedmiot potrafi podać podstawowe struktury wzmacniaczy i generatorów mikrofalowych, opisać zasadę działania i parametry takich układów oraz zna procedury projektowe wzmacniaczy niskoszumnych i nadawczych oraz generatorów z wykorzystaniem podejścia małosygnałowego.
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U17
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_U03
- student, który zaliczył przedmiot potrafi podać podstawowe struktury wzmacniaczy i generatorów mikrofalowych, opisać zasadę działania i parametry takich układów oraz zna procedury projektowe wzmacniaczy niskoszumnych i nadawczych oraz generatorów z wykorzystaniem podejścia małosygnałowego.
Weryfikacja: egzamin, laboratorium nr 4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U18
Powiązane charakterystyki obszarowe:
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka PTWM_K01
- student, który zaliczył przedmiot potrafi pracować indywidualnie i w zespole oraz określić priorytety niezbędne do realizacji postawionych przed nim i grupą zadań
Weryfikacja: laboratoria 1-4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
- Charakterystyka PTWM_K01
- student, który zaliczył przedmiot potrafi pracować indywidualnie i w zespole oraz określić priorytety niezbędne do realizacji postawionych przed nim i grupą zadań
Weryfikacja: laboratoria 1-4
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: