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