Nagyfrekvenciás elektromágneses eszközök számítógépes modellezése

Computer Aided Modelling of Electromagnetic Devices

A tantárgyleírás hatályossága

Hatályosság kezdete:

—

Hatályosság vége:

—

Tantárgy neve (magyarul, angolul)

Nagyfrekvenciás elektromágneses eszközök számítógépes modellezése

Computer Aided Modelling of Electromagnetic Devices

Tantárgykód

BMEVIHVAV10

Tantárgyjelleg

—

Képzési szint

—

Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves)

Kurzustípus	elmélet	gyakorlat	laboratóriumi gyakorlat
óraszám (heti)	2	0	2
jelleg (kapcsolt/önálló)	—	—	kapcsolt

Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa

vizsga

Tantárgy kreditértéke

Tantárgyfelelős

Dr. Nagy Lajos

beosztás: egyetemi docens

elérhetőség: nagy.lajos@vik.bme.hu

Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység

—

Kar

Tantárgy weboldala

—

Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege

—

Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény

nincs

Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel

nincs

Célkitűzés

Tantárgyprogram

1. hét: Elmélet: Végeselem módszer (FEM): A módszer elméleti alapjai, Galjorkin módszer, előfeldolgozás-megoldás-utófeldolgozás.

Számítógépes gyakorlat: zárt eszköz modellezése és gerjesztése.

2. hét: Elmélet: Hálógenerálás: Delanuay-háló, adaptív hálógenerálás, iteratív megoldó.

Számítógépes gyakorlat: rezonátor modellezése, sajátérték megoldó.

3. hét: Elmélet: Szélessávú szimulációk a frekvencia tartományban: adaptív frekvenciatartománybeli mintavétel.

Számítógépes gyakorlat: nyitott problémák modellezése, coplanar struktúrák.

4. hét: Elmélet: Közel-távoltér transzformáció és szórási keresztmetszet (RCS), Szimmetria peremfeltétel, periodikus peremfeltétel, Impedancia peremfeltétel, (homogenizálás)

Számítógépes gyakorlat: antenna szimulálása, iránykarakterisztikák.

5. hét: Elmélet: Anyagmodellek: Debye model és Drude-model.

Számítógépes gyakorlat: frekvencia szelektív felületek.

6. hét: Elmélet: Véges differenciák módszere (FDTD): A módszer elméleti alapjai, a Yee algoritmus, a térbeli és az időbeli felosztás összehangolása.

Számítógépes gyakorlat: Zavarok csatolódása nyomtatott áramkörön.

7. hét: Elmélet: Peremfeltételek és stabilitás: Courant szám, elnyelő peremfeltétel (PML), gyakori gerjesztő jelalakok.

Számítógépes gyakorlat: antenna tömb modellezése.

8. hét: Elmélet: Idő-frekvenciatartománybeli transzformáció: FFT algoritmus.

Számítógépes gyakorlat: Árnyékolt és reflexiómentesített mérőszobák modellezése.

9. hét: Elmélet: Momentum módszer: A módszer elméleti alapjai, a feladat megfogalmazása integrálegyenlettel, a modell diszkretizálása, Pocklington egyenletet.

Számítógépes gyakorlat: tekercsek modellezése.

10. hét: Elmélet: Momentum módszer: bázis illetve súlyfüggvények választása, kiértékelése, skaláris szorzat értelmezése, lineáris egyenletrendszer elemeinek kiértékelése egy dipólus esetén.

Számítógépes gyakorlat: anyagparaméterek megadása, árnyékolások vizsgálata

11. hét: Elmélet: Sugárkövetés módszere: SBR algoritmus és reflexiók leírása.

Számítógépes gyakorlat: sarokreflektor modellezése, szórási keresztmetszet.

12. hét: Elmélet: Diffrakció és diffrakciós modellek: geometriai-fizikai optika, Physical Theory of Diffraction (PTD), Shooting and Bouncing Rays (SBR).

Számítógépes gyakorlat: DC-DC konverterek modellezése.

13. hét: Elmélet: Házi feladatként megoldandó problémák ismertetése (EMC).

Számítógépes gyakorlat: PCB importálása, 3D és áramköri együttszimuláció felépítése.

14. hét: Elmélet: Házi feladatként megoldandó problémák ismertetése (antennás).

Számítógépes gyakorlat: motormodellezés.

A tantárgy célkitűzése, hogy a hallgatók a félév során elsajátítsák a nagyfrekvenciás elektromágneses eszközök tervezéséhez és modellezéséhez elengedhetetlen mérnöki szemléletet, megismerkedjenek a legfontosabb szimulációs módszerekkel. Az elektromágneses kompatibilitás (Electromagnetic Compatibility - EMC) néhány jellemző gyakorlati problémájának tárgyalásán keresztül bemutatjuk a CST Microwave Studio szimulációs szoftver helyes használatának - a modellalkotástól a számítás elvégzésén keresztül az eredmények értékeléséig terjedő - teljes folyamatát. A tantárgy gyakorlat orientált szemléletben került kialakításra a Bosch EMC laboratóriumával együttműködve. Ennek megfelelően a félév folyamán néhány óra mérnökei által kerül előadásra, valós szimulációs feladatok bemutatásával és megoldásával. Napjainkban az elektromos áramkörök és alkatrészek számának növekedésével és sűrűségük emelkedésével a berendezések „együttélése" fontos kutatási és tervezési kérdéssé vált. A szimuláció idő és költséghatékony módja a tervezésnek, a problémák feltárásának és egyre szélesebb körben alkalmazzák. Éppen ezért egy frissen végzett villamosmérnök számára elengedhetetlen a térszimulátorok felhasználói szintű ismerete.

Tanulmányi eredmények

Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:

Tudás

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Képességek

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Attitűd

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Autonómia és felelősség

Nincsenek rögzített tanulási eredmények.

Oktatási módszertan

Hetente két óra előadás és két óra számítógépes laboratóriumi gyakorlat.

Tanulástámogató anyagok

Online források

Jian-Ming; Jin: Finite element analysis of antennas and arrays, Wiley, 2009, ISBN:; 978-0-470-40128-6; Kuczmann; Miklós, Iványi Amália: The finite element method in magnetics, Akadémiai kiadó,; 2008,; ISBN: 978 963 05 8649 8

A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek

Tudás típusú kompetenciák

(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

Elektromágneses alapfogalmak

Képesség típusú kompetenciák

(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)

nincs

Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák

(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)

Elektromágneses alapfogalmak

Általános szabályok

Követelmények: a. A szorgalmi időszakban: Az aláírás megszerzésének feltétele az előadásokon és a laborgyakorlatokon való legalább 70 %-os részvétel, valamint egy darab zárthelyi dolgozat (ZH) legalább elégséges teljesítése. b. A vizsgaidőszakban: Szóbeli vizsga. A vizsga anyaga egy, a tanultakhoz kapcsolódó, a hallgatóval előre megbeszélt témakör feldolgozása és egy ehhez illeszkedő feladat önálló megoldása. A vizsga a kurzus többi résztvevője előtt tartott szemináriumi formában történő előadás, amely keretében a hallgató beszámol az önállóan végzett munka eredményeiről. c. Elővizsga: Igény szerint. Pótlási lehetőségek: A sikertelen zárthelyi a pótlási héten javítható. Igény esetén a vizsgaidőszakban egyeztetett időpontban pót-pót zárthelyi megírását biztosítjuk a TVSZ szabályai szerint.

Teljesítményértékelési módszerek

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya

Nincs megadva részarány.

Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása

Nincs megadva részletes értékelés.

Vizsgarészek részaránya

Nincs megadva részarány.

Érdemjegy megállapítása

Nincs megadva érdemjegy határ.

Jelenléti és részvételi követelmények

Nincs megadva jelenléti követelmény.

Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai

Nincs megadva.

Rövid leírás

Nincs megadva.

Részletes leírás

Nincs megadva.

Ajánlott tantárgyak

A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka

Nincs megadva munkaidő bontás.

Tantárgykövetelmények hatályossága

Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:

—

Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:

—

Tantervi elhelyezés

Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.