Course syllabus

Viktigt meddelande:

Vi räknar att undervisningen går på campusen som är bäst tjänar studenternas lärande. Men beroende på den faktiska situationen  reserverar vi en möjlighet att ändra undervisningen till Zoom läge. 

Kurs-PM

EEM021 EEM021 Högfrekvensteknik lp2 HT22 (7,5 hp)

Kursen ges av institutionen för Rymd-, geo- och miljövetenskap

kursPMet finns i form av som pdf fil vid denna länken

 

Kontaktuppgifter

• Kursansvarig och föreläsare:

Denis Meledin (denis.meledin @ chalmers.se), GARD, Rum: MC2-A628, Tel: 772 1842.

• Övningsledare:

Denis Meledin (denis.meledin @ chalmers.se), GARD, Rum: MC2-A628, Tel: 772 1842

• Föreläsare och labansvarig:

Mattias Thorsell (mattias.thorsell @ chalmers.se), MEL, Rum MC2-C611 Tel: 772 1896

• Föreläsare:

Magnus Karlsson (magnus.karlsson @ chalmers.se), Fotonik, Rum MC2-C430 Tel: 772 1590

 

Kursens syfte

Kursen avser att ge en bra grund för förståelse och beskrivning av högfrekventa elektromagnetiska fenomen och exemplifiera dessa inom områden som mikrovågsteknik, optisk fiberkommunikation, mikrovågselektronik och laserteknik. Det övergripande målet med kursen är att eleverna ska lära sig använda Maxwells teori för att lösa elektromagnetiska problem med nära anknytning till tillämpningar och forskning. Man får en utökad teoretisk grund som man senare kan specialisera i de olika masterprogrammen.

 

Schema

Schema är också tillgängligt med  följande linken to   TimeEdit

Dag	tid	Lärare	Ämne	typ av undervisning
31/Okt	08:00-09:45	Denis	Introduktion/repetition av Maxwell Ekv.	Föreläsning
31/Okt	10:00-11:45	Denis	Transmissionsledningar 1	Föreläsning
02/Nov	10:00-11:45	Denis	Transmissionsledningar 1	Räkneövningar
02/Nov	13:15-15:00	Denis	Transmissionsledningar 2	Föreläsning
02/Nov	15:15-17:00	Denis	Transmissionsledningar 2	Räkneövningar
07/Nov	08:00-09:45	Denis	Transmissionsledningar 3 (flipped-class)	Föreläsning
07/Nov	10:00-11:45	Denis	Transmissionsledningar 3a	Räkneövningar
09/Nov	10:00-11:45	Denis	Transmissionsledningar 3b	Räkneövningar
09/Nov	13:15-15:00	Denis	Transmissionsledningar 4	Föreläsning
09/Nov	15:15-17:00	Denis	Transmissionsledningar 4	Räkneövningar
14/Nov	08:00-9:45	Denis	Vågledare1	Föreläsning
14/Nov	10:00-11:45	Denis	Vågledare1	Räkneövningar
16/Nov	10:00-11:45	Denis	Vågledare2	Föreläsning
16/Nov	13:15-15:00	Denis	Vågledare2	Räkneövningar
16/Nov	15:15-17:00	Denis	Vågledare3	Föreläsning
21/Nov	08:00-09:45	Denis	Vågledare3	Räkneövningar
21/Nov	10:00-11:45	Magnus	Optiska fiber 1 (flipped-class)	Föreläsning
23/Nov	10:00-11:45	Magnus	Optiska fiber 2 (flipped-class)	Föreläsning
23/Nov	13:15-15:00	Mattias	Mikrovåg 1	Föreläsning
23/Nov	15:15-17:00		RESERV	RESERV
28/Nov	08:30-11:30		DUGGA	DUGGA
30/Nov	10:00-11:45	Mattias	Mikrovåg 2	Föreläsning
30/Nov	13:15-15:00	Mattias	Mikrovåg 3	Föreläsning
30/Nov	15:15-17:00	Rohde&Schwarz	Mikrovågsmätningar	Gästföreläsning
05/Dec	08:00-09:45	Denis	Antenner 1	Föreläsning
05/Dec	10:00-11:45	Denis	Antenner 1	Räkneövningar
07/Dec	10:00-11:45	Denis	Antenner 2	Föreläsning
07/Dec	13:15-15:00	Denis	Antenner 2	Räkneövningar
07/Dec	15:15-17:00		RESERV	RESERV
12/Dec	08:00-09:45	Denis	Antenner 3	Föreläsning
12/Dec	10:00-11:45	Denis	Antenner 3	Räkneövningar
14/Dec	10:00-11:45		RESERV	RESERV
14/Dec	13:00-17:00(ca)	SAAB	SAAB studiebesök	Radar gästförelasning&rundvandring

Kurslitteratur

 

• Kursbok: David K Cheng: ”Field and Wave Electromagnetics”, 2014
• kompletterande material som laddas ner från kurshemsidan.

 

Kursens upplägg

Transmissionsledningar

• Karakteristiska egenskaper.
• Vågutbredning.
• Transienter
• Smithdiagrammet
• Anpassningsproblem (både analytiskt och med smithdiagram).

Vågledare och kaviteter

• Egenskaper hos TEM-, TE- och TM-moder.
• Beskrivning av elektromagnetiska fält i rektangulära, cirkulära och dielektriska vågledare.
• Effekttransport och förluster i en vågledare.
• Elektromagnetiska fält i resonanta kaviteter.
• Lagrad energi, förluster, kavitetens Q-faktor och resonansfrekvens.

Optisk fiberkommunikation

• • • Systemkomponenter: Sändare, fibrer, förstärkare, mottagare.
    • Fibertransmission: dispersiv pulsbreddning och intersymbolinterferens, dämpning, förstärkning, brus, signal-brusförhållande, bitfelssannolikhet.

 

Mikrovågselektronik

• Repetition av två-portbegreppet för transistorer.
• Spridningsparametrar för två-portar.
• Mikrovågskomponenter, speciellt högfrekvenstransistorer.
• Konstruktion av mikrovågsförstärkare m.h.a. smithdiagrammet.
• Mikrovågsmätningar.

Antenner

• • • Strålning (elektromagnetiska fält) från en given strömprofil.
    • Egenskaper hos en antenn: direktivitet, riktningsförstärkning, huvudlob, lobbredd, effektförstärkning, strålningsresistans, effektiv area och antennens verkningsgrad.
    • Strålning från en sprötantenn med olika strömprofiler och från homogen och binomialgrupper.
    • Radarekvationen och Friis ekvation.

Instuderingsfrågor ("review questions")

Det finns många fördelar med att förbereda sig inför föreläsningar: man hänger med bättre på vad som gås igenom på föreläsningen, och har lättare att ställa frågor, man kommer igång i tid etc. Ett bra sätt att göra det är att INNAN föreläsningen ta reda på vad vi ska gå igenom (via hemsidan), läsa materialet i boken och svara på de instuderingsfrågor som tillhör materialet.

Frivilliga testfrågor skall vara tillgängliga on-line på pingpong efter varje föreläsning. Dessa frågor är till för att studenterna ska kunna få direkt feedback på om budskapet under föreläsningarna har nått fram och på så vis underlätta inlärningen. Frågorna och svaren är endast till för självutvärdering av studenten och är ej betygsgrundande.

Rekommenderade räkneuppgifter

För att öka elevens förutsättningar att följa kursen , behöver man starta i god tid, läsa kursmaterialet och räkna de rekommenderade uppgifterna. De rekommenderade uppgifterna finns angivna på schemat som delas ut på första föreläsningen och finns dessutom på hemsidan.

Planerad undervisning: Laborationer

Lab-PM till laborationerna kommer att finnas att hämta på hemsidan. I laborationerna ingår hemuppgifter som ska vara gjorda innan laborationstillfället. Bokning av labbtider sker via kurshemsidan. Mattias Thorsell är labansvarig i kursen.

• Laboration 1 heter ”Smithdiagrammet och TDR”. Labblokalen är i MC2-husets plan 5. Labben innehåller 2 delar. Första handlar om mätningar av impedanser med slotted transmissionsledningen. I andra delen ska studenter göra transient (tisdomän) mätningar. 

  TA: Aniss Mebarki (aniss@chalmers.se), SEE-GARD, Rum MC2-A627 

• Laboration 2 heter ”Pulse propagation in optical fibers”. Labblokalen är i MC2-huset plan 4. I labbet kommer ni att studera hur dispersion påverkar pulsdynamiken och också observera olinjära optiska fenomen med hög pulseffekt.

  TAs: Yi Sun (yisun@chalmers.se), MC2-Fotonik, Rum MC2-B414

           Yan Gao (yanga@chalmers.se), MC2-Fotonik, Rum MC2-B415

• Laboration 3 heter ”En studie av två vanliga mikrovågs-komponenter”. Labblokalen är i MC2-husets plan 5. Labben handlar om praktisk kunskap om hur transistorer och förstärkare fungerar vid mikrovågsfrekvenser och hur man kan mäta dem, särskilt med hjälp av en nätverksanalysator. Studenterna ska bygga och karakterisera en mikrovåg förstärkare.

      TA:  Roger Argaez Ramirez (roger.argaez.ramirez@chalmers.se), MC2-MEL, våning 6

Om ni har frågor om labbens innehåll eller hemuppgifterna, eller vill ha andra labbtider än de som finns att tillgå, kontakta i första hand de olika labbansvariga.

 

Förändringar sedan förra kurstillfället

Baserat på protokoll från kursnämndsmötet följande förändringar har gjords sedan förra kurstillfället:

• extra föreläsningen samt räkneövningen om antenner lagts till för att balansera kursmaterialet
• fotonik delen kommer innan mikrovågselectronik delen, så blandar vi upp strukturen lite.
• tidsuplägg för dugga förkortades till 2 timmar för att matcha tentamens tidsvillkor.
• labb 2 och 3 kan börja tidigare för att underlätta hanteringen av labbgrupper.
• eventuellt tentakrock för studenter från Teknisk Fysik (TIF101 kursen) togs bort.

Lärandemål

Efter fullgjord kurs ska studenten kunna:
•    Skriva olika typer av transmissionsledningar och deras karakteristiska storheter, förstå vågutbredning i transmissionsledningar, och kunna använda smithdiagrammet för att lösa transmissionsledningsproblem.
•    Beskriva elektromagnetiska fält i vågledare och kaviteter och använda dessa för att beräkna effekttransport och förluster.
•    Förstå byggblocken i optiska fiberkommunikationssystem, samt de begränsningar som finns med avseende på dispersion och dämpning i sådana system.
•    Få en övergripande förståelse för mikrovågskomponenter (speciellt högfrekvenstransistorer) och olika praktiska tillämpningar av mikrovågsteknik.
•    Härleda strålning från en given strömprofil, kunna definiera och använda karakteristiska egenskaper hos en antenn, samt förstå och kunna använda radarekvationen.
 

Examination

•    Ordinarie tentamenstillfälle är 2023-01-09 i Johanneberg campus. Tentamen består av räkneuppgifter och teori på totalt 60 poäng. 
•    En frivillig dugga kommer att hållas under läsvecka 5. Duggan består av uppgifter på totalt 30 poäng. Duggans resultat jämförs med summan av motsvarandeuppgifter på ordinarie tentan och högsta summan gäller.
•    Tillåtna hjälpmedel vid tentamen: BETA, Physics Handbook, formelsamling i elektromagnetisk fältteori, valfri kalkylator, egna anteckningar i formelsamlingen, dock inte lösningar på uppgifter.
•    För godkänt på kursen som helhet krävs: 
o    Godkänt deltagande i de tre laborationer.
o    Närvaro under båda gästföreläsningar från industrin.
o    Godkänt inlämning av labbrapporten för laboration om optiska fibrer.
o    Godkänt på tentamen, d.v.s. minst 24p samt minst 30% av antalet möjliga poäng för varje kursdel.

Slutbetyget bestäms huvudsakligen av betyget på tentamen. De som har gjort duggan kommer att kunna ersätta resultatet på vissa uppgifter (motsvarande 27p) med duggans resultat, och detta förfarande kan naturligtvis höja betyget. Betygsgränserna är 24 p för 3, 36 p för 4 och 48 p för 5. Bonuspoäng från tidigare år kan ej tillgodoräknas på tentamen.

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan