Course syllabus

Kurs-PM

EEM021 High frequency electromagnetic waves lp2 HT19 (7,5 hp)

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

KursPMet i PDF format finns  här.

Kontaktuppgifter

• Kursansvarig och föreläsare:

Vincent Desmaris (vincent.desmaris @ chalmers.se), GARD, Rum: MC2-A617, Tel: 772 1846.

• Övningsledare och föreläsare:

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

• Föreläsare och labansvarig:

Omid habibpour (omid.habibpour @ chalmers.se), MEL, Rum MC2- B609, Tel: 772 1737

• Föreläsare:

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

Kursens syfte

Kursen avser att ge en nödvändig 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..

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.

Kursens innehåll

1. 1. Transmissionsledningar

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

1. 2. 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.

1. 3. Optisk fiberkommunikation

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

1. 4. Mikrovågselektronik

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

1. 5. 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.

Schema

shema i TimeEdit

Dag	tid	Lärare	Ämne	typ av undervisning	Rum
04/Nov	08-10	Vincent	Introduktion/repetition El-fäft	Föreläsning	Kollektorn
04/Nov	10-12	Vincent	Transmissionsledningar	Föreläsning	Kollektorn
06/Nov	10-12	Denis	Transmissionsledningar	räkneövningar	EL41
06/Nov	13-15	Vincent	Transmissionsledningar	Förefäsning	ML3
06/Nov	15-17	Denis	Transmissionsledningar	räkneövningar	ML3
11/Nov	08-10	Denis	Transmissionsledningar (flipped-class)	Föreläsning	Kollektorn
11/Nov	10-12	Denis	Transmissionsledningar	räkneövningar	Kollektorn
13/Nov	10-12	Denis	Transmissionsledningar	räkneövningarf	Kollektorn
13/Nov	13-15	Vincent	Transmissionsledningar	Föreläsning	EL43
13/Nov	15-17	Denis	Transmissionsledningar	räkneövningar	EL43
18/Nov	08-10	Vincent	Vågledare	föreläsning	Kollektorn
18/Nov	10-12	Denis	Vågledare	räkneövningar	Kollektorn
20/Nov	10-12	Vincent	Vågledare	föreläsning	Kollektorn
20/Nov	13-15	Denis	Vågledare	räkneövningar	Kollektorn
25/Nov	08-10	Vincent	Vågledare	föreläsning	EL41
25/Nov	10-12	Denis	Vågledare	räkneövningar	EL41
25/Nov	10-12	Omid	Mikrovåg 1	föreläsning	Kollektorn
27/Nov	13-15	Omid	Mikrovåg 2	föreläsning	Kollektorn
27/Nov	15-17		Reserv		Kollektorn
02/Dec	8:30-11:30			DUGGA
04/Dec	10-12	Omid	Mikrovåg 3	föreläsning	Kollektorn
04/Dec	13-15	Magnus	Optiska fiber	Föreläsning	kollektorn
09/Dec	10-12	Magnus	Optiska fiber	Föreläsning	kollektorn
11/Dec	10-12	Vincent	Antenner	föreläsning	Kollektorn
11/Dec	13-15	Vincent	Antenner	föreläsning	Kollketorn
11/Dec	15-17	Rohde&Schwarz	Mikrovågsmätningar	Gästföreläsning	kollektorn
16/Dec	8-10	Denis	Antenner	räkneövningar	EL41
16/Dec	10-12	Denis	Antenner	räkneövningar	EL41
18/Dec	10-12		reserv		EL41
18/Dec	13-17	SAAB	Radar	Gästföreläsning	SAAB

Kurslitteratur

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

Planerad undervisningLaborationer:

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.

1. Laboration 1 heter: ”Smithdiagrammet och TDR”. Labblokalen är i MC2-husets plan 5.
2. Laboration 2 heter ”En studie av två vanliga mikrovågs-komponenter”. Labblokalen är i MC2-husets plan 5
3. Laboration 3 heter ”Pulse propagation in optical fibres”. Labblokalen är i MC2-huset plan 4.

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 och i andra hand Omid habibpour.

Förändringar sedan förra kurstillfället

• Inkludera fullständiga lösningar till de övningsuppgifter som studenterna får som rekommenderade uppgifter för självstudier
• Föreläsningen om Smithdiagrammets körs enligt ”flipped class” konceptet..

Examination

• Ordinarie tentamenstillfälle är 2020-01-13 fm i J-salarna. 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:
  • Godkänt deltagande i de tre laborationer.
  • Närvaro under eventuella gästföreläsningar i eller från industrin.
  • Godkänt inlämning av labbrapporten för laboration om optiska fibrer.
  • 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