О радиотехнических дисциплинах

Анотація

(К вопросу об учебных планах для подготовки радиоинженеров)

Введение

Учебные планы подготовки радиоинженеров в настоящее время существенно, отстали от современного состояния радиоэлектроники. Некоторые важнейшие дисциплины, оформившиеся сравнительно недавно и уже получившие или получающие фундаментальное значение для всей области радиоэлектроники, не представлены или недостаточно представлены в учебных планах. В то же время учебные планы страдают многопредметностью и сильно перегружены многими традиционными курсами, которые могут быть либо объединены, либо вообще исключены из плана.

Первой причиной такого положения вещей является то, что радиофакультеты исторически выделились из электротехнических факультетов, которые, в свою очередь, еще ранее выделились из факультетов, готовивших инженеров-механиков. Застывшие следы этого исторического процесса накладывают до сих пор значительный отпечаток на состав дисциплин учебного плана подготовки радиоинженеров.

Второй причиной является быстрое развитие самой радиоэлектроники и притом не только в областях ее непосредственных технических применений, но и в области ее научного фундамента.

К настоящему времени возникло такое отставание учебных планов от современного уровня развития радиоэлектроники, которое уже не может быть радикально исправлено простым добавлением новых дисциплин, но требует значительно более глубоких изменений, затрагивающих весь учебный план в целом. Поэтому мы считаем своевременной постановку ряда вопросов, рассматриваемых ниже.

Обсуждение вопросов о пересмотре номенклатуры, объема и содержания дисциплин учебного плана часто вызывает большие споры и упорное сопротивление, т. к. изменение учебных планов нарушает исторически сложившееся положение, а также установившиеся специализации кафедр и отдельных преподавателей. Кроме того, т. к. радиофакультеты в большинстве случаев входят в состав тех или иных политехнических. энергетических, авиационных, электротехнических и других вузов, то при обсуждении учебных планов приходится иногда сталкиваться с недостаточным пониманием специальных вопросов радиоэлектроники со стороны общетехнических кафедр, кафедр других факультетов и т. д., члены которых составляют большинство ученых советов соответствующих институтов.

Далее, переход к новым планам требует выполнения серьезной подготовительной работы по переработке материалов для лекций по новым курсам, установлению программ, подбору преподавателей и т. п. Однако все это не может служить препятствием к постановке назревших вопросов.

Общие вопросы

Задачей радиотехнических факультетов является подготовка радиоинженеров широкого профиля, хорошо знакомых с основами всей современной радиоэлектроники и способных не только использовать на любом участке своей работы современный высокий научный уровень ее развития, но и следить за ее дальнейшим быстрым прогрессом и активно в нем участвовать.

Введение узких специальностей при подготовке радиоинженеров крайне нежелательно по двум основным причинам:

1) как показывает опыт, узкие специальности не могут быть практически соблюдены даже при первоначальном распределении и трудоустройстве молодых специалистов;

2) все отрасли радиоэлектроники продолжают развиваться настолько взаимосвязано и оказывают друг на друга такое глубокое влияние, что узкий специалист через несколько лет оказывается часто неполноценным даже в своей узкой области.

Вышесказанное не исключает проведения в необходимых случаях небольшой специализации, не затрагивающей, однако, изучения основных радиотехнических дисциплин учебного плана.

С другой стороны, необходимо решительно ограждать учебные планы радиоинженеров от попыток чрезмерного их расширения с целью одновременной подготовки студентов, как инженеров-механиков, инженеров-электриков и т. п. Это неизбежно наносит серьезный ущерб основной радиотехнической подготовке.

Жизнь давно определила пути использования специалистов на заводах и в НИИ радиотехнического профиля. В настоящее время представление о необходимости выпускать специалистов, предназначенных в одиночку разрешать все вопросы разработки или производства радиоаппаратуры, давно устарело. Над этими сложными вопросами в наших НИИ и на наших заводах, как правило, работают не одиночки, а коллективы. При этом имеет место сотрудничество между радиоинженерами, инженерами-механиками, инженерами-химиками, инженерами-электриками, инженерами технологами и т. д., каждый из которых хорошо подготовлен и следит за литературой в своей области.

Такие коллективные работы давно уже стали правилом на наших предприятиях, и только они обеспечивают быстрое и высококачественное разрешение сложных инженерных задач на современном, очень высоком уровне науки и техники.

При рассмотрении дисциплин учебного плана мы не будем обсуждать общих дисциплин, вводимых при подготовке студентов всех специальностей, таких как общественно-политические дисциплины, иностранный язык, физическая подготовка, экономика и организация производства, а также вопросов практической работы студентов на производстве и в лабораториях промышленности.

Обращаясь к той части учебного плана, которая направлена на теоретическую подготовку специально радиоинженеров, необходимо отметить, что объем информации, соответствующий даже только существенным вопросам современной радиоэлектроники, чрезвычайно велик. Совершенно безнадежны попытки втиснуть его целиком в учебные планы. Поэтому в перечень дисциплин и в состав учебных программ должно включаться только то, что является фундаментальным для радиоэлектроники, а число курсов должно быть сведено до минимума, несмотря на часто возникающие здесь возражения.

Только такой подход может позволить без увеличения нагрузки студентов по теоретическим вопросам, я может быть и с некоторым се сокращением, освободить место для тех дисциплин, которые пока изучаются недостаточно или совсем не изучаются, но имеют решающее значение для доведения подготовки до современного уровня радиоэлектроники.

Поэтому нам необходимо рассмотреть не только вопросы расширения некоторых дисциплин и введения новых, но и вопросы об исключении или объединении многих старых традиционных дисциплин, перегружающих в настоящее время учебные планы.

Замечания по отдельным дисциплинам

Обратимся к рассмотрению значения и содержания отдельных дисциплин учебного плана.

Не подлежит сомнению необходимость чтения серьезных курсов математики и общей физики, составляющих основу большинства дальнейших теоретических и радиотехнических курсов. Особенно велико, значение курса математики, в который желательно включение разделов: 1) введение в анализ, 2) дифференциальное и интегральное исчисления и обыкновенные дифференциальные уравнения, 3) аналитическая геометрия и дифференциальная геометрия, 4) векторный анализ и матричное исчисление, 5) дифференциальные уравнения в частных производных и интегральные уравнения (включая сведения о специальных функциях), 6) теория вероятностей и случайных процессов, 7) ряды и интегралы Фурье и некоторые другие.

Наоборот, чтение отдельного, курса теоретической механики для подготовки радиоинженеров в настоящее время, необязательно, а следовательно, и нецелесообразно. Необходимые сведения из этого курса, объем которых сравнительно невелик, можно включить в программу курса общей физики, куда также должны входить необходимые вопросы теплопередачи, вопросы физики полупроводников, краткое изложение пьезоэлектрических явлений и т.д.

Чтение. традиционного отдельного курса химии также вполне может быть исключено с изложением в курсе радиоматериалов тех сравнительно очень небольших сведений по химии, которые в нем используются, но не входят в программу средней школы.

Далее, исторически сложившееся чтение отдельных курсов теоретических основ электротехники и теоретических основ радиотехники также в настоящее время является нецелесообразным, т. к. они дублируют друг друга и некоторые другие курсы. Вместо этих двух курсов правильнее читать один большой курс теории электромагнитных цепей, включающий теорию цепей с сосредоточенными и распределенными постоянными и теорию переходных процессов, а также читать расширенный курс теорий электромагнитного поля с упором на вопросы сверхвысоких частот.

В настоящее время в курсе теоретических основ радиотехники очень кратко затрагиваются также вопросы усиления и детектирования, модуляции и автогенерации. Однако вопросы усиления слабых сигналов и детектирования целесообразнее излагать в курсе приемно-усилительных устройств, вопросы мощного усиления, модуляции и гармонической автогенерации — в курсе радиопередающих устройств, вопросы релаксационной автогенерации — в курсе импульсных устройств, и. наконец, общие вопросы автогенерации, устойчивости и прерывности, а также вопросы помехоустойчивости — в двух новых теоретических курсах, о которых будет сказано ниже.

Читаемый в настоящее время курс электронных и ионных приборов целесообразнее заменить курсом вакуумной электроники. Он должен включать, кроме вопросов более старой электроники высоких частот (катоды, лучевые методы, сеточное управление и т. д.), также большой раздел по вопросам электроники сверхвысоких частот (электронные пушки, вопросы фокусировки электронных пучков, модуляция по скорости, группировка электронов, взаимодействие электронных пучков с полями и волнами и т. д.) и некоторые вопросы ионных явлений и приборов.

Этот курс должен быть в основном теоретическим (например, по разделу сверхвысоких частот в духе книги В. Н. Шевчика «Основы электроники сверхвысоких частот», Советское радио,1959 г.). Конкретные конструкции электронных и ионных приборов могут в нем подробно не излагаться, т. к. генераторные лампы лучше подробнее рассматривать в курсе радиопередающих устройств, приемно-усилительные — в курсе приемно-усилительных устройств, электронно-лучевые и лампы памяти — в курсе импульсных устройств и т.д., в тесной связи с их конкретными применениями.

Кроме курса вакуумной электроники в, учебные планы необходимо ввести новый курс электроники твердого тела (или шире — квантовой электроники). Этот курс очень важен уже в настоящее время и в будущем его значение будет еще более возрастать; он должен включать вопросы о полупроводниковых приборах, о ферритах, парамагнитном резонансе и его использовании, о мазерах и т. д.

Далее, в настоящее, время необходимо введение в список теоретических дисциплин двух отдельных курсов: «Теория сигналов» и «Теория автоматических процессов». Эти два курса должны излагать (применительно к радиоэлектронике и с приложениями в этой области) тот круг вопросов, который в настоящее время объединяется под названием кибернетики.

Курс теории сигналов должен охватывать вопросы теории сигнальных цепей, включая вопросы теории информации, теории помехоустойчивости, теории кодов, теории различимости сигналов и т. д. В курсе «Теория автоматических процессов» должны излагаться с единой точки зрения явления в системах, содержащих управляющие кольцевые цепи взаимодействий (обратную связь). Сюда относится изложение вопросов авторегулирования, устойчивости и неустойчивости, общих вопросов автогенерации, прерывных систем и т. д. Эти две дисциплины являются важнейшей базой для изучения специальных радиотехнических курсов.

Обратимся теперь к рассмотрению общеинженерных и специальных радиотехнических дисциплин.

Вместо читаемых иногда отдельно курсов сопротивления материалов, деталей машин и допусков и посадок целесообразно иметь один большой курс технической механики, объединяющей необходимые вопросы этих курсов в единое целое.

Далее, чтение отдельного курса технологии металлов также нецелесообразно и необходимые сведения из него должны быть введены в состав курса «Технология радиоаппаратуры».

Обращаясь к курсу радиоматериалов, следует отметить, что, как показывает опыт, отдельно читаемый курс радиоматериалов оказывается описательным, очень сухим, малоинтересным и труднозапоминаемым для студентов. Гораздо лучшие результаты получаются при объединенном изложении вопросов проектирования и расчета радиодеталей и свойств применяемых в них материалов в тесной связи с техническими применениями последних. Поэтому эти курсы целесообразно объединить в общий курс радиодеталей и материалов.

Далее, неоправданным является чтение в настоящее время отдельных курсов электрических измерений, электрических машин, электропитания радиоустройств и т. д. Вместо них следует иметь единый курс электротехнических устройств радиосистем, в который должны входить все вопросы электропитания радиоустройств вместе с вопросами электро-измерений, а также вопросы расчета трансформаторов, включая импульсные и звуковой частоты, дросселей с магнитными сердечниками. магнитных усилителей и т.п.

Переходя к специальным радиотехническим курсам, следует подчеркнуть необходимость сохранения и некоторого расширения объема курсов радиопередающих устройств, приемно-усилительных устройств, антенно-фидерных устройств и импульсных устройств. Особенно значительного расширения требует курс антенно-фидерных устройств, который читается в настоящее время в явно недостаточном для современной радиоэлектроники объеме. В этом курсе наибольшего увеличения объема требуют разделы по волноводным и фидерным системам, связанные с очень широким кругом радиоустройств.

Наоборот, сохранение читаемых в настоящее время курса радиоизмерений и курса распространения радиоволн представляется, по нашему мнению, нецелесообразным.

В самом деле, методы радиотехнических измерений охватывают и используют почти все явления и почти все типы устройств радиоэлектроники. Поэтому курс радиоизмерений по необходимости в очень значительной мере повторяет материал, относящийся к предметам всех остальных радиотехнических дисциплин, что ведет к неизбежному дублированию. Таким образом, представляется целесообразным исключить этот курс, распределив необходимые сведения по другим курсам как в их лекционной, так и в лабораторной части (например, вопросы антенных измерений излагать в курсе антенно-фидерных устройств и т. д.).

Далее, традиционный курс распространения радиоволн также представляется целесообразным исключить, как отдельную дисциплину. Он включает в себя, с одной стороны, общие вопросы распространения радиоволн, которые удобнее читать в курсе теории электромагнитного поля, и общие вопросы распространения радиоволн в ионизированных средах, которые, естественно, относятся к курсу вакуумной электроники.

С другой стороны, курс распространения радиоволн включает ряд специальных вопросов, которые правильнее изучать в курсе теории радиосистем, где они могут быть тесно связаны с техническим учетом и использованием соответствующих явлений.

На вопросе о курсе теории радиосистем необходимо остановиться несколько подробнее.

Под теорией радиосистем мы понимаем дисциплину, дающую и обосновывающую методы расчета или выбора оптимального построения функциональной схемы и параметров элементов радиосистемы, предназначенной для выполнения той или иной задачи радиолокационного, радионавигационного, радиометрического или другого аналогичного характера. При этом под элементами радиосистемы понимаются передатчики, антенны, приемники, устройства для обработки информации и другие устройства, входящие в функциональную схему.

Задачей теории радиосистем является обоснование выбора необходимого объема информации в единицу времени, необходимого потенциала системы, оптимальных длин волн, методов кодирования, методов модуляции и демодуляции, мощностей и чувствительностей, направленностей антенн и поляризации волн, методов интегрирования сигналов и т. д. и т. п. При этом также должны серьезно учитываться вопросы надежности, оперативности, точности, помехоустойчивости, подвижности, стоимости и проч.

Эти вопросы имеют важнейшее значение для современной радиоэлектроники, особенно в связи с развитием систем радиосвязи, радиоуправления, радионавигации, радиолокации и т.д. С этими вопросами вплотную сталкиваются не только инженеры, занимающиеся проектированием радиосистем в целом, но и инженеры, разрабатывающие устройства, входящие в системы, как их элементы.

В настоящее время теория радиосистем еще не вполне оформилась и не читается, как отдельная дисциплина. Однако, если вместо этого общего курса читать отдельные курсы основ радиолокации, основ радионавигации и т. д., то последние по необходимости будут страдать недостаточной глубиной и общностью исходной точки зрения, разрозненностью и несистематичностью изложений и параллелизмом.

Поэтому настоятельной задачей является систематизация имеющихся здесь материалов и рассмотрение их с единой и достаточно глубокой точки зрения, опирающейся, в частности, на общую теорию сигналов (теорию информации, теорию различимости сигналов и т. д.). Введение в учебные планы курса теории радиосистем явится, в свою очередь, серьезным стимулом для ускорения этой работы.

Учебный план радиотехнических дисциплин целесообразно завершать чтением нескольких небольших семестровых или даже, полусеместровых курсов, перечень которых может назначаться и изменяться каждым из радио факультетов. В этих курсах могут, освещаться те или иные новые вопросы, важные для данного вуза или факультета, а также вопросы узкой специализации.

Перечень дисциплин

Исходя из соображений, приведенных выше, мы приходим к следующему ориентировочному перечню дисциплин учебного плана для подготовки радиоинженеров (за исключением общих дисциплин, перечисленных ранее):

№№

п/п

Объем в условных единицах

Теоретические дисциплины

1. Математика

2. Общая физика

3. Теория электромагнитных цепей

4. Теория электромагнитного поля

5. Вакуумная электроника

6. Электроника твердого тела

7. Теория сигналов

8. Теория автоматических процессов

Общеинженерные и радиотехнические дисциплины

9. Черчение и техническое рисование

10. Техническая механика

11. Технология радиоаппаратуры

12. Радиодетали и материалы

13. Электротехнические устройства радиосистем

14. Радиопередающие устройства

15. Приемно-усилительные устройства

16. Антенно-фидерные устройства

17. Импульсные устройства

18. Теория радиосистем

19. Курсы по специализации и по новым вопросам

Цифры, стоящие в графе «Объем в условных единицах», отмечают ориентировочный относительный объем лекций, лабораторий и упражнений. Они могут также рассматриваться как ориентировочное число экзаменов по данному курсу (за исключением тех случаев, когда предусматривается не экзамен, а зачет, например, по курсу черчения и по некоторым курсам узкой специализации) и как ориентировочное число семестров чтения лекций (за исключением математики, чтение которой целесообразнее концентрировать, предусматривая по 2 или 3 экзамена на первых семестрах).

В приведенном перечне не отмечены курсовые проекты, которые могут дополнительно предусматриваться по некоторым из курсов №№ 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17 общим количеством 4–5, причем не более, чем по одному курсовому проекту в каждом семестре.

Следует подчеркнуть, что порядок следования дисциплин в перечне не соответствует их наиболее целесообразной последовательности по семестрам. В рассмотрение этих вопросов мы здесь входить не можем.

Заметим еще, что объем учебных лабораторных занятий целесообразно строго ограничивать, т. к. в настоящее время наблюдается чрезмерное увеличение постановкой слишком большого количества сравнительно однообразных учебных лабораторных работ, выполнение которых перегружает студентов и отвлекает их внимание от глубокой проработки основных вопросов.

Заключение

Мы имели возможность только очень кратко остановиться на каждом из сложных и многочисленных вопросов, возникающих при попытке рассмотреть задачу о приведении учебных планов в соответствие с современным уровнем развития радиотехники. В частности, поэтому может быть не все из сказанного будет понято полностью и воспринято, как с неизбежностью вытекающее из современного состояния научного фундамента этой области, техники, а также тенденций его дальнейшего развития. Вероятно, потребуются дополнительные обсуждения и уточнения, которые, конечно, должны исходить не из субъективных соображений и интересов, особенно в вопросах устранения из учебных планов тех или иных традиционных дисциплин, вопросах, всегда болезненных и деликатных.

Несомненной, однако, является необходимость работы над перестройкой учебных планов и введением ряда серьезных изменений, которые затрагивают не только последние, но и первые годы, обучения и некоторые из которых могут, на первый взгляд, показаться спорными в силу своей новизны и непривычности.

В настоящее время создалось такое положение, когда требуются уже не добавления и исправления учебного плана, а его коренной пересмотр.