BME VIK - Rádiófrekvenciás jelenségek és eszközök modellezése

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Bilicz Sándor,

4. A tantárgy előadója Dr. Bilicz Sándor, docens, HVT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Jelek és rendszerek, Elektromágneses terek alapjai

7. A tantárgy célkitűzése A rádiófrekvenciás tartományban jellemző zavarási és zavartatási jelenségek, valamint a vonatkozó méréstechnikában alkalmazott elvek és megvalósítások fizikai hátterének és elektromágneses modellezésének bemutatása. Az elektromágneses jelenségek numerikus szimulációs lehetőségeinek áttekintése, az e célra elterjedten alkalmazott szoftverek bemutatásával együtt.

8. A tantárgy részletes tematikája Előadás

Bevezetés
1. előadás: Elektromágneses spektrum, rádiófrekvencia. Sztatikus, stacionárius, kvázistacionárius (EQS, MQS, EMQS) közelítések, elektromágneses hullámok és e közelítések szerepe elektromágneses kompatibilitási kérdésekben.

Elektromágneses mező és villamos hálózat kapcsolata
2. előadás: Térelméleti jelenségek hálózati ekvivalensei. A koncentrált paraméterű modell érvényességi köre. Parazita elemek értelmezése és szerepe az EMC-ben.
3. előadás: Szinuszos áramú kétkapuk, hullám- és szórási paraméterek. Átnormálás.
4. előadás: Szórási paraméterek alkalmazása, teljesítményviszonyok. Reflexiós és beiktatási csillapítás.

Vezetett hullámok
5. előadás: A távvezeték-modell érvényességi köre és alkalmazása vezetett EMC zavarok modellezésére. Távvezeték-rezgőkör. Távvezeték-tranziensek.
6. előadás: Hullámterjedés csőtápvonalban. Határhullámhossz, diszperzió. Ekvivalens feszültség és áramerősség értelmezése, teljesítményáramlás.
7. előadás: A háromféle hullámimpedancia (közeg, hullámvezető és távvezeték). Effektív permittivitás. Többvezetős rendszerek, közös és differenciális módus, móduskonverzió.

Sugárzott hullámok
8. előadás: Elemi árameloszlások elektromágneses tere. Retardált potenciálok. Általánosított Biot-Savart-törvény. Antenna bemeneti impedancia, energiamérleg antennára.
9. előadás: Antenna elektromágneses terének felosztása. Közeltér, távoltér. A síkhullám-közelítés alkalmazhatósága és szerepe az EMC-ben.

Numerikus mezőszimuláció
10. előadás: Peremérték-feladat kitűzése. A potenciálok szerepe. Mértékválasztás.
11. előadás: A momentum módszer (MoM).
12. előadás: A végeselem módszer (FEM) és az időbeli véges differenciák módszer (FDTD) alapelve.

Kitekintés
13. előadás: Periodikus struktúrák, szűrők.

Gyakorlat

1. gyakorlat: Kisfrekvenciás terek. Elemi elrendezések elektromos és mágneses tere időben állandó töltés- és árameloszlás esetén. Kapacitív és induktív együtthatók, részkapacitás, kölcsönös induktivitás, áramköri helyettesítőképek meghatározása.
2. gyakorlat: Közös módusú fojtó analízise. 3D végeselem módszer alkalmazása, parazita jelenéségek, komplex anyagjellemzők (esettanulmány, demonstráció).
3. gyakorlat: Árnyékolás, reflexiómentesítés. Síkhullám reflexiója és transzmissziója vékony fémlemezen; árnyékolás. Koaxiális kábel alsó határfrekvenciája. Reflexiómentes bevonat tervezése. Numerikus optimalizálás Matlab/Octave alkalmazásával.
4. és 5. gyakorlat: Hullámvezetők. A távvezeték-modell alkalmazása; többvezetős távvezetékrendszer közös és differenciális módusú analízise, reflexiók, móduskonverzió számítása. Hullámvezetők analízise. Kvázi-TEM módus mikroszalag-tápvonalon, csatolás többvezetős rendszerben. Csőtápvonalak módusanalízise, diszkontinuitások hatása, szórási paraméterek értelmezése és számítása végeselem módszerrel.
6. gyakorlat: Két vezetőhurok csatolása. Vizsgálat széles frekvenciatartományban: stacionárius közelítés, elektro-magneto kvázistacionárius közelítés, hullámtani modell – szimuláció az integrálegyenletek módszerével. A hullámtér közel- és távoltéri tulajdonságai.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 2 óra/hét előadás. Az elméleti tananyag tábla-kréta módszerrel való előadása, számítógépes bemutatókkal kísérve. A gyakorlati alkalmazások megvilágítása.
1 óra/hét gyakorlat. A gyakorlatban előforduló jellemző alkalmazások részletesebb vizsgálata részben számpéldákon keresztül, részben számítógépes bemutatók segítségével. Az elterjedten alkalmazott térszámítási szoftverek (pl. CST Studio Suite, COMSOL Multiphysics, Ansys HFSS)kezelőfelületének bemutatása.

10. Követelmények A szorgalmi időszakban: Egy személyre szabott térszámítási feladat megoldása. A feladatbeadása egyéni beszámoló során történik. A beszámolóra a hallgatók érdemjegyet kapnak. Az aláírás megszerzésének feltétele a legalább elégséges beszámoló jegy.
A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.

11. Pótlási lehetőségek A sikertelen beszámolót a pótlási héten lehet megismételni.

12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján (vagy külön egyeztett időpontban), a vizsgaidőszakban előre kijelölt napokon lehet konzultálni.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Simonyi Károly, Zombory László: Elméleti villamosságtan, Műszaki Könyvkiadó, 2000.
David M. Pozar: Microwave Engineering (4th ed.), Wiley, 2012.
Jian-Ming Jin: Theory and Computation of Electromagnetic Fields, Wiley, 2010.
Tanszéki oktatók által írott egyetemi jegyzetek, segédanyagok (tanulmányi portálon elérhetők).

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	42
Félévközi készülés órákra	13
Felkészülés zárthelyire	0
Házi feladat elkészítése	25
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	20
Vizsgafelkészülés	50
Összesen	150

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Bilicz Sándor, docens, HVT