BME VIK - Elektromágneses terek

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Gyimóthy Szabolcs,

4. A tantárgy előadója

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Veszely Gyula	egyetemi tanár	Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
Dr. Zombory László	egyetemi tanár
Dr. Magos András	docens
Dr. Pávó József	docens
Dr. Gyimóthy Szabolcs	docens
Reichardt András	tanársegéd

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Jelek és rendszerek 1-2.

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

((Alairas("BMETE90AX09", _)
VAGY
Alairas("BMETE922246", _))

ÉS

(Alairas("BMETE11AX02", _)
VAGY
Alairas("BMETE111821", _))

ÉS

(TárgyTeljesítve("BMEVIHVA109")
VAGY
TárgyTeljesítve("BMEVIEV1019")
VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIEV1014")
VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIEV1505")) )

VAGY

(Alairas()
VAGY
Alairas("BMEVIEV2018", _) )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
Ajánlott a Jelek és rendszerek 1. tárgyból a kredit, továbbá a Jelek és rendszerek 2. tárgyból legalább az aláírás megléte.

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja az elektromágneses teret leíró egyenletek áttekintése, néhány megoldási módszer ismertetése, viszonylag egyszerűen tárgyalható fontos feladatok megoldása, a megoldások értelmezése és alkalmazása.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. Alapmennyiségek, alapösszefüggések

Az elektromágneses tér forrásai, a teret leíró vektormezők, integrált mennyiségek.
Elektromágneses tér és közeg kölcsönhatása: a térvektorok kapcsolata, az anyag elektromágneses paraméterei.
A Maxwell-egyenletek integrális és differenciális alakja.
Az elektromágneses tér folytonossági feltételei anyaghatáron.
Az energiamérleg és a Poynting-vektor.
Erőhatások az elektromágneses térben: Coulomb-törvény, Lorentz-erő.
Az elektrodinamika felosztása.

2. Elektrosztatika

Az elektrosztatikus skalárpotenciál és a Laplace-Poisson egyenlet.
Elektródák: a kapacitás fogalma, részkapacitások.
Peremérték-feladatok, a Laplace-Poisson egyenlet egyértelmű megoldhatósága.
A helyettesítő töltések módszere, töltéstükrözés.

3. Elektromágneses terek numerikus számítása

A végesdifferencia módszer.
A Laplace-egyenlet variációs megfogalmazása, illetve gyenge alakja.
A végeselem-módszer alapjai.
Az integrálegyenletek módszere.

4. Stacionárius áramlási, és mágneses tér

Az áramlási tér alapegyenletei, elektrosztatikai analógia, az ellenállás fogalma.
A stacionárius mágneses tér alapegyenletei, mágneses vektorpotenciál, Coulomb mérték, vektoriális Poisson-egyenlet.
A Biot-Savart törvény.
Az ön-, és kölcsönös induktivitás fogalma.
Koncentrált paraméterű villamos hálózatok, Kirchhoff-egyenletek.

5. Indukálási jelenségek

Nyugalmi és mozgási indukció.

6. Távvezetékek

Elosztott paraméterű hálózatok, a távíró egyenlet.
A Helmholtz-egyenlet és általános megoldása, haladó hullám, terjedési együttható, hullámimpedancia, fázissebesség, csoportsebesség.
Lezárt távvezeték, reflexiós tényező, állóhullámarány.
A távvezeték mint kétkapu és mint kétpólus, bemeneti impedancia.
A távvezeték mint rezgőkör.

7. Elektromágneses hullámok.

Homogén hullámegyenlet, síkhullám megoldás, TEM módusú terjedés, a Poynting-vektor kifejezése, távvezeték analógia.
Síkhullámok polarizációja, visszaverődése és törése.
Síkhullám veszteséges szigetelőben, komplex permittivitás.
Síkhullám vezetőben, behatolási mélység, áramkiszorítás, örvényáramok.

8. Elektromágneses hullámok keltése

Inhomogén hullámegyenlet, a Lorentz-mérték, retardált potenciálok, kvázistacionárius közelítés.
A Hertz-dipólus: közel- és távoltér, teljesítményáramlás.
Sugárzási ellenállás és karakterisztika, az antenna irányhatása és nyeresége.

9. Hullámvezetők és rezonátorok

Csőtápvonal: TE és TM módusok, határfrekvencia, határhullámhossz, téglalap keresztmetszetű csőtápvonal módusai.
Nyitott hullámvezetők: mikroszalag-vonalak, dielektromos hullámvezetők.
Optikai hullámvezetők szakaszonként állandó, illetve változó törésmutatóval.
Üregrezonátorok: módusok, jósági tényező, energia ki- és becsatolása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

- 3 óra/hét előadás évfolyamcsoportonként,

- 1 óra/hét gyakorlat évfolyamcsoportonként,

- 4 óra/félév számítógépes bemutató az előadás keretében.

10. Követelmények

a) A félévközi ellenőrzés rendje:

A félév során két nagyzárthelyit íratunk, értékelésük 1-5 osztályzattal történik. Az aláírás megszerzésének feltétele, hogy a nagyzárthelyik átlaga legalább 2,00 legyen.

b) Vizsga:

A vizsga írásbeli és szóbeli részből áll. A szóbeli vizsgára bocsátás feltétele: az írásbelit legalább 45 %-ra eredményesen kell teljesíteni, ellenkező esetben a vizsga eredménye elégtelen.

11. Pótlási lehetőségek

Bármelyik meg nem írt vagy elégtelen eredményű nagyzárthelyi egy alkalommal pótolható, illetve javítható, ha eredménye elégtelentől különböző lett. Javítási kísérlet esetén a végleges osztályzatot minden esetben az utóbb megírt zárthelyi eredménye adja függetlenül attól, hogy az jobb vagy rosszabb lett, mint az eredetié. Aláíráspótlásra egyéb lehetőség nincs.

12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján, a vizsgaidőszakban előre kijelölt napokon lehet konzultálni. A fogadóóra időpontja illetve a konzultáció helye és ideje a tanszéki hirdetőtáblán található.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Kötelező:

Zombory László: Elektromágneses terek (elektronikus jegyzet).

Ajánlott:

Fodor György: Elektromágneses terek (jegyzet) 55019.
Simonyi Károly, Zombory László: Elméleti villamosságtan, Műszaki Könyvkiadó, 2000.
J. D. Jackson: Klasszikus elektrodinamika, Typotex Elektronikus Kiadó, 2004.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	20
Felkészülés zárthelyire	24
Vizsgafelkészülés	50
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Gyimóthy Szabolcs docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék