SNOV PREDMETA ELEKTRODINAMIKA V ZIMSKEM SEMESTRU 2016/17 -------------------------------------------------------- 3.10.2016 predavanja ELEKTRODINAMIKA ------------------------------------ 1. Osnove elektrotehnike: sila med dvema elektrinama. 2. Elektrostatika: električno polje, pretok, Gaussov zakon. 3. Električna napetost, kapac. kondenzatorja in energija. 4. Snov: rel. dielektričnost in prevodnost, prevodniški tok. 5. Električna prevodnost in upornost, moč na uporu. 6. Magnetostatika: Amper-ov zakon, vprašanje smeri polja. 7. Magnetna poljska jakost in gostota magnetnega pretoka. 8. Faraday-ev zakon indukcije, induktivnost in magnetna energija. 9. Gradniki električnih vezij, nič-dimenzijska (0-D) naloga. 10. Energetika: počasna, elektronika: majhna, obravnava z vezji je OK. 11. Kapacitivnost in induktivnost trakstega dvovoda, zanemaritve stresanja. 12. Kapacitivnost in induktivnost koaksialnega kabla, kožni pojav. 13. Dvovod, naloga s porazdeljenimi gradniki, količina računanja? 14. Nadomestno vezje resničnega dvovoda/kabla z izgubami. 15. Nadomestno vezje z mnogimi odseki za porazdeljene veličine. 16. Enačbi za tok in napestost na kratkem brezizgubnem odseku. 17. Limitiranje dolžine odseka, razlike I in U v odvode. 18. Zapis enačb z delnimi odvodi po z in po t. 19. Telegrafski enačbi izgubnega voda v časovnem prostoru. 20. Poenostavitev: telegrafski enačbi brezizgubnega voda. 21. Izločanje spremenljivk, valovni enačbi za u(z,t) in i(z,t). 22. Ugibanje rešitve valovne enačbe: u(t+/-z/v) in i(t+/-z/v). 23. Zgled rešitve za odbiti val, zaporedje slikic v času. 24. Zgled rešitve za napredujoči val, zaporedje slikic v času. 25. Določanje konst. v za trakasti dvovod in koaksialni kabel. 26. Hitrost svetlobe v praznem prostoru, definicija metra. 27. Definicije merskih enot MKSA, izbira c0 in u0, izračun e0. 28. Povezava med tokom in napetostjo za napred. in odbiti val. 29. Definicija in merske enote karakteristične upornosti. 30. Valovna impedanca praznega prostora in računanje z njo. 31. Karakteristični upornosti trakastega in koaksa iz valovne impedance in er. 32. Zgled karakteristične upornosti trakstega dvovoda. 33. Zgled karakteristične upornosti koaksialnega kabla. 34. E in H v trakastem dvovodu, TEM pravokotnost E,H,v, razmerje Zo. 35. E in H v koaksialnem kablu, TEM pravokotnost E,H,v, razmerje Zo. 36. Neodvisnost rešitev za napredujoči/odbiti val, zaporedje slikic u in i! 37. Praktična uporaba neodvsnih rešitev v gigabitnem ethernetu. 10.10.2016 predavanja ELEKTRODINAMIKA ------------------------------------- 1. Ponovitev: telegrafska enačba, rešitev v časovnem prostoru, hitrost in karakteristična impedanca, napredujoči+odbiti val. 2. Energija in moč napredujočega in odbitega vala. 3. Enakost električne in magnetne energije samo napredujoči/samo odbiti. 4. Pretvorba energije ob trku napredujočega in odbitega vala. 5. Napredujoči in odbiti val za enosmerni vir in porabnik. 6. Definicija in izračun odbojnosti bremena Gama. 7. Lastnosti Gama: merske enote, različne veličine, velikost. 8. Omejitev velikosti odbojnosti za pasivno/aktivno breme. 9. Graf za Gama kot funkcija upornosti: kratek stik, prilagojeno breme in odprte sponke. 10. Polnjenje kondenzatorja z napetostnim virom: energija? 11. Prehodni pojav pri vklopu vira na odprti vod. 12. Zvonjenje digitalnega signala na nezaključenem vodu z risbami.. 13. Pehodni pojav pri polnjenju kondenzatorja preko induktivnosti. 14. Preprečevanje popačenja z zaprednim uporom v oddajniku (CMOS, USB). 15. Popačenje pri neidealnem Rg>Rk oziroma Rg0. 31. Valovna enačba za vektorski potencial z Lorentzovo izbiro. 32. Valovna enačba za skalarni potencial, Lorentzova izbira in 3.ME. 33. Razlaga pomena valovnih enačb za potenciale A(J) in V(ro). 34. Zgled: izvori in vrtinci potencialnega polja F(x,y,z)=1xCx2. 35. Zgled: izvori in vrtinci vrtinčnega polja F(x,y,z)1yCx2. 36. Zgled: izvori in vrtinci polja s singularnostjo F(ro,fi,z)=1fi.C/ro. 37. Razlaga singularnosti na osi z. 14.11.2016 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki, časovni in harmonski. 2. Ponovitev: definicija napetosti U, kdaj obstaja, rotE=o ali 1n.rotE=0? 3. Računanje polja, valovni enačbi za E in H uporabni samo za ro=0 in J=0. 4. Ponovitev: vektorski in skalarni potencial, valovni enačbi za A in V. 5. Izpeljava kontinuitete gostote toka iz div(1ME) in 3ME. 6. Zgled: kontinuiteta toka na žici, točkaste elektrine na konceh žice. 7. Reševanje valovnih enačb za vektorski/skalarni potencial. 8. Skalarni potencial točkaste elektrine v izhodišču, ugibanje rešitve. 9. Izračun gradienta in Laplaceja ugibane rešitve, valovna enačba brez izvorov. 10. Obravnava singularnosti v koordinatnem izhodišču, kjer DE ne velja. 11. Določitev konstante C v ugibani rešitvi, primerjava z OEI. 12. Posplošitev rezultata za poljubne koordinate elektrine r'. 13. Oznake koordinat virov, potencialov in polja, po katerih odvajamo? 14. Skalarni potencial skupine točkastih in zvezno porazdeljene elektrine. 15. Razvoj valovne enačbe za vektorski potencial v (x,y,z). 16. Uporaba rešitve skalarnega potenciala za komponente. 17. Zakasnjeni vektorski potencial v poljubnem KS. 18. Definicija gostote energije v elektrostatiki (E.D). 19. Elektrostatična energija iz skalarnega potenciala. 20. Definicija gostote energije v magentostatiki (H.B). 21. Magnetostatična energija iz vektorskega potenciala. 22. Poynting-ov izrek o prenosu moči v dinamiki. 23. Definicija Poynting-ovega vektorja in merske enote. 24. Zgled: Poynting-ov vektor Sonca in ogrevanje mačka. 25. Zgled: pretok moči v ploščatem dvovodu, izračun moči. 26. Zgled: dva dvovoda eden vrh drugega, nepotrebna kovina. 27. Zgled: pritok moči v telo valjastega upora zunaj/znotraj. 28. Poynitng-ov vektor za trenutne in harmonske veličine, efektivne enote. 29. *** 2. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE *** 21.11.2016 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki. 2. Ponovitev: vektorski potencial A in skalarni potencial V. 3. Ponovitev: izračun zakasnjenih potencialov A in V, kontinuiteta divJ+jwro=0. 4. Naloga: magnetno in električno polje električnega toka I v žici. 5. Poenostavitve: kratka žica glede na razdaljo in lambda. 6. Izračun vektorskega potenciala A kratke žice. 7. Pretvorba rezultata za A v krogelne koordinate. 8. Izračun magnetnega polja H preko definicije B=rotA. 9. Ponovitev: izračun rotA v krivočrtnih koordinatah. 10. Razlaga členov H: Biot-Savart in sevanje. 11. Zgled: k pri 50Hz, 900MHz in svetlobi, kje je r=1/k? 12. Pomen velikosti členov v nalogah elektrotehnike. 13. Kontinuiteta, elektrini +/-Q na obeh koncih žice, obstoj V. 14. Možne poti za izračun električnega polja E. 15. Točkasti električni dipol iz elektrin na konceh žice. 16. Izračun skalarnega potenciala V točkastega dipola Ql v dinamiki. 17. Dovoljene zanemaritve na velikih razdaljah. 18. Izračun električnega polja iz E=-jwA-gradV kot funkcija Ql. 19. Primerjava E s točkastim elektrostatičnim dipolom za w=0. 20. Velikost členov E na razdalji r=1m pri 50Hz, 900MHz in svetlobi. 21. Izračun Poynting-ovega vektorja S kratke žice. 22. Zapis Poynting-ovega vektorja S s tokom I, valovnim številom k in Zo. 23. Razlaga sevalnega člena Poynting-ovega vektorja, jalova in delovna moč. 24. Integracija sevane moči kratke žice po veliki krogli. 25. Nadomestno vezje kratke žice, zahteva za sevalno upornost. 26. Izračun sevalne upornosti kratke žice. 27. Zgled: izmere in frekvenca Teslovega transformatorja. 28. Izračun sevalne upornosti Teslovega transformatorja. 29. Ocena kapacitivnosti in izračun izgub Teslovega transformatorja. 30. Izračun sevalnega izkoristka Teslovega transformatorja. 31. Zahteve za učinkovito anteno: izmere primerljive z 1/k. 28.11.2016 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: tokovni element in električni dipol. 2. Ponovitev: točno E in H polje tokovnega elementa. 3. Poenostavitve odvodov za sevano polje pri r>>1/k. 4. Simbolični vektor nabla pri r>>1/k v krogelnih koordinatah. 5. Poenostavljen izračun sevanega H tokovnega elementa. 6. Poenostavljen izračun sevanega E tokovnega elementa. 7. Izračun H iz A na velikih razdaljah na poenostavljen način. 8. Izračun E neposredno iz A na velikih razdaljah, brez komponente r! 9. Lastnosti sevanega polja, nima vzdolžne komponente. 10. Razmerje in medsebojna faza E in H, TEM val, delovni Poynting S. 11. Iskanje podobnega polja, ponovitev: TEM val na trakastem vodu, Rb=Zk. 12. Poskus: kdaj dobimo odboj na odprtem koncu trakastega dvovoda?. 13. Razlaga poskusov z izmerami naprave, sredina ne ve o robovih. 14. TEM valovodni lijak kot učinkovita antena, Rs=Zk. 15. Ravni in stožčasti koaksialni kabel. 16. Stožčati dvovod: na isti strani in na različnih straneh. 17. Ugibanje rešitve za električno polje v (r,theta,fi). 18. Izračun H iz 2.ME, pravokotnost in Zo med E in H. 19. Preverjanje 1.ME, kar v praznem prostoru ni tokov J. 20. Preverjanje 3.ME, ker v praznem prostoru ni elektrin ro. 21. Izračun napetosti na bikoničnem dvovodu, obstaja pri r=konst. 22. Izračun toka na bikoničnem dvovodu, integral Hds. 23. Karakteristična impedanca bikoničnega dvovoda. 24. Izračun sevalne upornosti bikonične antene, Zk brez odbojev. 25. Zgled: sevalna upornost bikonične antene PI/3 do 2PI/3. 26. Povezava sevalne upornosti in karakteristične impedance. 27. Praktična izvedba discone antene, polni stožci in palčke. 28. Sevanje majhne tokovne zanke, zanemaritvi a<Alfa. 13. Definicija vdorne globine valovanja delta=1/alfa. 14. Izračun vdorne globine za dober prevodnik. 15. Zgled: slabljenje radijske zveze s podmornico na f=10kHz. 16. Preračun rezultata slabljenja iz Neprov v decibele. 17. Izračun tabele vdornih globin, različne frekvence, Cu/Fe. 18. Razlaga kožnega pojava na površini okroglega Cu vodnika. 19. Kapacitivnost in induktivnost kokasialnega kabla. 20. Razlaga kožnega pojava v koaksialnem kablu. 21. Integracija gostote toka v ploskovni tok na površini kovine. 22. Ploskovna impedanca in ploskovna upornost kovine. 23. Razlaga izgubne upornosti kot plast z enakomernim tokom. 24. Koaksialni kabel v dinamiki, porazdelitev I, kožni pojav. 25. Nadomestno vezje kokasialnega kabla s kožnim pojavom. 26. Karakt. impedanca in valovno število izgubnega kabla. 27. Izračun valovnega števila s približki, alfa slabljenja. 28. Izračun izgub koaksialnega kabla v decibelih na meter. 29. Optimizacija: penasti dielektrik. 30. Optimizacija: razmerje premerov oklopa/žile. 31. Zgled: izračun izgub na enoto dolžine koaksialnega kabla. 23.1.2017 - predavanja ELEKTRODINAMIKA -------------------------------------- 1. Električne lastnosti podlag za tiskana vezja: vitroplast FR4, teflonski laminati, keramika, s keramiko polnjen teflon, termoplastika, steklo. 2. Vodi na tiskanih vezjih: simetrični dvovod, mikrotrakasti vod, koplanarni vod, ozemljeni koplanarni vod, trakasti vod sendvič, okrogla žica nad tiskanim vezjem, režasti vod, SIW. 3. Zk mikrotrakstega voda brez stresanja, napaka računanja. 4. Približek razširitve h/2 za stresanje. 5. Stresana E in H, Zk mikrotrakstega voda po Wheelerju iz diagrama. 6. Zgled: Zk=? na FR4 na tri načine: brez, h/2 in Wheelerjev diagram. 7. Fazna hitrost in valovna dolžina v mikrotrakastem vodu. 8. Polje prvega višjega rodu v mikrotrakastem vodu. 9. Razlaga TEM približka, kdaj velja? 10. Hibridni rod mikrotrakastega voda, skrčene in zavite silnice. 11. Vzdolžne komponente E in H, nedefinirana U in Zk. 12. Porazdelitev toka na osamljenem trakstem vodniku. 13. Hrapavost bakra pri lepljenju na smolo, navidezno zmanjšanje prevodnosti. 14. Trije viri izgub v mikrostripu: koža, trak in hrapavost bakra. 15. Primerjava izgub v koaksu in v mikrostripu @1GHz. 16. Mikrotrakasti sklopnik, sosmerni sklop iz neuravnoteženih sklopov Cs/M. 17. *** 5. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. Zaporedje laboratorijskih vaj Elektrodinamika 2016/17: ------------------------------------------------------ 13.10.2016 Vaja 1: Zvonjenje signala na prenosnem vodu Vaja 2: Meritve z grid-dip metrom Vaja 3: Merjenje moèi Vaja 4: Frekvenèni števec Vaja 5: Spektralni analizator 27.10.2016 Vaja 6: Parica Vaja 7: Vektorski voltmeter Vaja 8: Merjenje odbojnosti z mostiènim reflektometrom Vaja 9: Stojni val na prenosnem vodu Vaja 10: Merjenje z Lecher-jevim vodom 10.11.2016 Praktična delavnica: FM oddajnik 24.11.2016 Vaja 11: Frekvenène lastnosti koaksialnega kabla Vaja 12: Koaksialni kabel kot rezonator Vaja 13: Sevanje izotropnega izvora Vaja 14: Bližnje in daljnje polje tokovne zankice Vaja 15: Merjenje odbojnosti TEM lijaka 8.12.2016 Vaja 16: Rodovi nihanja He-Ne laserja Vaja 17: Porazdelitev elektriènega toka na monopolu Vaja 18: Tuneliranje elektromagnetnega valovanja Vaja 19: Magnetno polje v pravokotnem valovodu Vaja 20: Smerni sklopnik 12.1.2017 Vaja 21: Stojni val v pravokotnem valovodu Vaja 22: Votlinski resonator Vaja 23: Kožni pojav Vaja 24: Kožni pojav v vodi Vaja 25: Vektorski analizator vezji