Primijenjeni elektromagnetizam

Opis predmeta

Obrađuju se osnovni fenomeni promjenjivih elektromagnetskih polja, širenja elektromagnetskih vala prijenosnom strukturom i slobodnim prostorom i osnove zračenja. Pored teorijskih osnova daje se fizikalna interpretacija svih obrađenih fenomena i primjeri u praktičnim inženjerskim sustavima u komikacijama, elektronici i računarstvu.

Opće kompetencije

Naglasak predmeta je na fizikalnom razumjevanje osnovnih fenomena vezanih uz generiranje i širenje vođenog i slobodnog elektromagnetskog vala uz odgovarajuću matematičku podlogu koja omugaćava njihov proračun. Studenti će biti sposobni primjeniti ovo znanje za razumjevanje rada i rješavanje praktičnih problema u svim inženjerskih sustavima koji koriste vremenski promjenjiva polja a ne mogu se analizirati i projektirati samo teorijom električnih krugova (radijski i optički komunikacijski i telemetrijski sustavi, analogni visokofrekvencijski i mikrovalni sustavi, brzi digitalni i procesorski sustavi).

Ishodi učenja

  1. Objasniti fizikalnu sliku rasprostiranja EM vala u slobodnom prostoru, u neograničenom dielketriku sa i bez gubitaka i na prijenosnim strukturama
  2. Objasniti fizikalnu sliku Maxwelllvih jednadžbi u integralnom i diferencijalnom obliku, vektorske valne jednadžbe i njenih rješenja za putujući val, stojni val i evanascenenti val
  3. Objasniti fizikalnu sliku zračenja elektromagentskog vala elementarnog električnog dipola i jednostavnog antenskog niza s dva elementa
  4. Izračunati osnovne parametre (karakterističnu impedanciju i konstantu rasprostitanja) jednostavnih struktura za vođenje EM energije : TEM prijenosne linije, dielektričnog i pravokutnog valovoda
  5. Izračunati sve parametre potrebne za prilagođenje tereta proizvoljne impedancije na generator pomoću linije i jednog staba
  6. Izračunati raspodjelu električnog i magnetskog polja kod okomitog i kosog upada EM vala na granicu između zraka i jednoslojnog i vešeslojnog dielektrik sa i bez gubitaka
  7. Prepoznati elektromagentske dijelove za zračenje i vođenje EM vala u praktičnim inženjerskim sustavima u komunikacijama, elektronici i objasniti pripadne fizikalne zakonitosti koje oni koriste

Oblici nastave

Predavanja

Na predavanjima se svaka cjelina obrađuje teorijski. Također se pomoću pokaznih eksperimenta i računalnih simulacija objašnjava fizikalna pozadina svakog fenomena.

Provjere znanja

Kratki konceptualni zadatci i numerički zadatci.

Auditorne vježbe

Numerički se riješavaju primjeri stvarnih praktičnih elektromagnetskih probema koji se javljaju u inženjerskoj praksi.

Laboratorijske vježbe

Izvode se tri bloka laboratorijskih vježbi u grupama po 4 studenta.

Pokusi na predavanjima

Izvodi se 10 pokaznih eksperimenata koji obuhvaćaju cijelokupno gradivo. Svaki pokus se snima kamerom i projecira na platno kako bi svi studenti mogli pratiti tijek eksperimenta. Za svaki pokus načinjena je i odgovrajuća računalna simulacija koja se također projicira pa je moguće komentirati i objasniti razlike.

Konzultacije

Termini za konzultacije s profesorom i asistentom postoji u svakom tjednu, a potrebi se ponekad organiziraju i grupne konzultacije da se bolje objasni pojedina cijelina.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 0 % 10 % 0 % 10 %
Domaće zadaće 0 % 5 % 0 % 5 %
Kratke provjere znanja 0 % 3 % 0 % 3 %
Sudjelovanje u nastavi 0 % 3 % 0 % 3 %
Prisutnost 0 % 1 % 0 % 1 %
Međuispit: Pismeni 0 % 10 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 18 %
Završni ispit: Usmeni 50 %
Ispit: Pismeni 0 % 28 %
Ispit: Usmeni 50 %

Tjedni plan nastave

  1. Uvod - pregled primjene elektromagnetizma u komunikacijama, elektronici i računarstvu Raspodijeljeni parametri, općenita jednadžbe prijenosnih linija i njena rješenja.
  2. Raspodijeljeni parametri, općenita jednadžbe prijenosnih linija i njena rješenja. Fizikalna interpretacija rasprostiranja ne prijenosnoj liniji: refleksija, stojni val, prilagođenje.
  3. Smithov dijagram. Praktični problem prilagođenja antene na ulaz prijemnika ili izlaz odašiljača. Laboratorijski blok 1- širenje EM val na TEM liniji i prilagođenje
  4. Maxwellove jednadžbe, valna jednadžba Osnovna rješenja valne jednadžbe i odgovarajuća fizikalna interpretacija : putujući planarni elektromagnetski val, evanascenti val, stojni val.
  5. Grupna brzina, tok elektromagnetske energije, Poyntingov vektor. Širenje planarnog vala u homogenom neograničenom prostoru sa i bez gubitaka
  6. Okomiti upad elektromagnetskog vala na homogeni dielektrični poluprostor i na višeslojnu višeslojnu homogenu dielektričnu struktura sa i bez gubitaka.
  7. Kosi upad elektromagnetskog vala na homogeni dielektrični poluprostor i na višeslojnu višeslojnu hoomogenu dielektričnu struktura sa i bez gubitaka. Laboratorijski blok 2 - osnovna svojstva EM vala u slobodnom prostoru
  8. Provjera znanja
  9. Širenje vođenog elektromagnetskog vala uzduž općenite uniformne strukture. Valovod sa paralelnim pločama
  10. Pravokutni valovod, TE i TM modovi širenja
  11. Kružni valovod, elektromagnetski rezonatori
  12. Širenje vala u dielektričnoj ploči, dielektrični valovod.
  13. Osnove zračenja, vektorski potencijal, elementarni električni dipol.
  14. Osnovni parametri antena, dijagram zračenja, otpor zračenja, dobitak. Jednostavna žičana antena, princip antenskog niza, jednostavni antenski niz sa dva elementa. Laboratorijski blok 3 - valovodi i zračenje EM valova
  15. Provjera znanja

Studijski programi

Sveučilišni preddiplomski
Elektronika (modul)
Obvezni predmeti modula - po izboru (5. semestar)
Radiokomunikacijske tehnologije (modul)
(5. semestar)

Za upis predmeta treba položiti predmete

Literatura

Z. Smrkić (1986.), Mikrovalna elektronika, Školska Knjiga
Staelin, Morgenthaler, Kong (1994.), Electromagnetic Waves, Prentice Hall
C.Balanis (1989.), Advanced Engineering Electromagnetics, John Willey
F. Ulaby (.), Fundamentals of Applied Electromagentics,

Izvedba

ID 86507
  Zimski semestar
4 ECTS
R2 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
9 Auditorne vježbe
15 Laboratorijske vježbe

Ocjenjivanje

90 izvrstan
80 vrlo dobar
60 dobar
50 dovoljan