30035 Anvendt elektromagnetisme

2024/2025

Kursusinformation
Engineering Electromagnetics
Engelsk
10
Diplomingeniør
Kurset udbydes som enkeltfag
Obligatorisk kursus (B Eng), Elektroteknologi
E1A (man 8-12) og E5A (ons 8-12)
Campus Lyngby
Klasseundervisning, grupperegning og hjemmeopgaver
13-uger
E1A, F1A
Skriftlig eksamen
Der indgår 3 obligatoriske hjemmeopgaver i kurset. Det er en forudsætning, for at kunne deltage i eksamen, at alle hjemmeopgaver er bestået.
Skriftlig eksamen: 4 timer
Alle hjælpemidler - uden adgang til internettet
7-trins skala , intern bedømmelse
31035
10036.30400.62461.30400
0190101920300326273262735 , Basismat 1 - Indledende matematik for diplomingeniører, Basismat 2 - Videregående matematik for diplomingeniører, Elektroteknik, Analog elektronik, Videregående Matematik for Diplom Elektroteknologi
Samel Arslanagic , Lyngby Campus, Bygning 348, Tlf. (+45) 4525 3829 , sar@space.dtu.dk
Rasmus Elkjær Jacobsen (Primær kontaktperson) , Lyngby Campus, Bygning 348 , rajac@space.dtu.dk
30 Institut for Rumforskning og -teknologi
I studieplanlæggeren
Overordnede kursusmål
Formålet med kurset er at give en introduktion til elektromagnetisme, således at de grundlæggende love der i kurset anvendes på idealiserede specialtilfælde, kan benyttes til at estimere opførslen af mere realistiske systemer inden for elektroteknik. Udover den klassiske elektromagnetisme skal studerende kunne regne på simple transmissionslinjekredsløb, som er vigtige fx. indenfor højhastigheds digital elektronik og mikrobølgeteknik. Derudover trænes samspillet mellem teoretiske overvejelser, kvantitative udregninger vha. computer programmer såsom Matlab og måling i laboratoriet vha. standard instrumenter såsom fx oscilloskop, signalgenerator og netværksanalysator. Endelig tænkes kurset som det første af en række for studerende som planlægger en karriere fx inden for antenneteknik eller mikrobølgedesign.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • beskrive bølger og bølgeudbredelse matematisk i tidsdomænet såvel som med fasornotation, og oversætte mellem disse repræsentationer.
  • beregne udbredelses- og dæmpningskarakteristika i transmissionslinier ud fra fysiske parametre, såsom dimensioner og dielektricitetskonstanter.
  • bestemme spændinger, strømme, transmitteret effekt, osv. i kaskadekoblede transmissionsliniekredsløb med parallelbelastninger (fx stubbe), ved tidsharmoniske signaler.
  • give en matematisk beskrivelse af plane bølger i homogene medier og kende til begrebet polarisation.
  • bestemme refleksions- og transmissionskoefficienter for normalt og skråt indfald af plane bølger på plane, homogene ledere og dielektrika. Kende begreberne parallel og vinkelret polarisation ved skråt indfald og vælge relevante Fresnel refleksionskoefficient
  • forklare fundamentale antenneparametre som fx udstrålingsdiagram, forstærkning og direktivitet. Beregne indgangsimpedansen af grundlæggende antenner som fx Hertzdipol og halvbølgedipol.
  • forklare Friis’ transmissionsformel og beregne linkbudget for grundlæggende kommunikationssystemer.
  • kende feltstørrelserne der indgår i elektrostatik og de konstitutive parametre. Kende Coulumbs lov, Gauss’ lov og begreberne potential, kapacitans og polarisering.
  • benytte viden om det elektriske felts opførsel i ledere og dielektrika, og de tilsvarende grænsebetingelser til at udregne kapacitans i ideelle specialtilfælde.
  • kende feltstørrelserne der indgår i magnetostatik og de konstitutive parametre. Kende Biot-Savarts lov, Gauss’ lov for magnetisme og begrebet induktans.
  • benytte viden om det magnetiske felts opførsel omkring ledere og de tilsvarende grænsebetingelser til at udregne induktans i ideelle specialtilfælde.
  • benytte matematisk software fx Matlab til støtte ved beregninger. Anvende såvel dansk som engelsk elektroteknisk terminologi
Kursusindhold
- Maxwells ligninger
- Bølger og fasorer, frekvens, bølgetal, dæmpningskonstant, udbredelseskonstant.
- Transmissionslinier, transmissionslinie parametre (R’, L’, G’, C’), telegrafligningerne, karakteristisk impedans, refleksionskoefficient, transmissionskoefficient, standbølgeforhold, indgangsimpedans, effektflow, Smith kort, impedans tilpasning, kvartbølgetransformer, stubtilpasning.
- Koaksialkabel, to-tråds transmissionslinie, mikrostrip transmissionslinie.
- Plane bølger, intrinsisk impedans, udbredelseskonstant, linear, cirkulær, og elliptisk polarisation, refleksionskoefficient, parallel og vinkelret polarisation, Fresnel refleksionskoefficienter, Brewster vinkel, Poyntings vektor og power flow.
- Udstråling og antenner: udstrålingsdiagram, forstærkning, ledningsevne, indgangsimpedans, Hertzdipol, halvbølgedipol, Friis’ transmissionsformel, linkbudget
- Vektor analyse, gradient, divergens, rotation, cylinderkoordinater, kuglekoordinater.
- Elektrostatik, elektriske feltstørrelser, ladning og ladningstæthed, dielektricitetskonstant, Coulombs lov, Gauss’ lov, (elektrisk) potential, perfekte ledere, ledere med tab, isolatorer (dielektrika), polarisering, grænsebetingelser, kapacitans.
- Magnetostatik, magnetiske feltstørrelser, Biot-Savarts lov, Gauss lov for magnetiske felter, magnetiske materialer og permeabilitet, grænsebetingelser.
- Induktion, Faradays lov, Lenz’ lov, selvinduktans, gensidig induktans.
- Laboratoriemålinger, oscilloskop, signalgenerator, netværksanalysator.
- Matlab.
Litteraturhenvisninger
Fawwas T. Ulaby and Umberto Ravaioli, Fundamentals of Applied Electromagnetics, 7th Edition, Global Edition, ISBN-10 1-292-08244-5, ISBN-13 978-1-292-08244-8, Person Educational Limited, 2015.

Bemærk: brug af Matlab (og Maple) på egen PC vil være en fordel. Disse kan hentes via gbar.dtu.dk.
Bemærkninger
For studerende med studiestart i februar er den vejledende placering i 4. (og ikke i 3.) semester. Læringsmålet om anvendelsen af såvel dansk som engelsk elektrotekniske terminologi skyldes kursets centrale position i Elektroteknologi-uddannelsen. Dansktalende studerende skal tilegne sig såvel den danske som den engelske elektrotekniske terminologi, mens ikke-dansktalende studerende skal tilegne sig den engelske elektrotekniske terminologi.
E-learning anvendes i form af on-line quizz (home assignments), web-based tools og digital eksamen.
Dette kursus giver eleverne kompetencer, der er relevante for FN's Verdensmål, især #9 (Industri, innovation og infrastruktur) #12 (Ansvarligt forbrug og produktion), #13 (Klimaindsats), #14 (Livet i havet) og #15 (Livet på land).
Sidst opdateret
02. maj, 2024