Nagyfrekvenciás elektromágneses eszközök számítógépes modellezése

A tantárgy angol neve: Computer Aided Modelling of Electromagnetic Devices

Adatlap utolsó módosítása: 2016. november 2.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki Szak
Műszaki Informatika Szak

Szabadon választható tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVAV10   2/0/2/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Nagy Lajos, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
4. A tantárgy előadója

 Dr. Nagy Lajos Egyetemi Docens HVT

Szalay Zoltán Attila Egyetemi Tanársegéd HVT

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Elektromágneses alapfogalmak
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
-
7. A tantárgy célkitűzése

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.

8. A tantárgy részletes tematikája

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.

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Hetente két óra előadás és két óra számítógépes laboratóriumi gyakorlat.

10. 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.

11. Pótlási lehetőségek

A sikertelen zárthelyi a pótlási héten javítható.

Igény esetén a vizsgaidőszakban egyeztetett időpontban pót-pót zárthelyi megírását biztosítjuk a TVSZ szabályai szerint.

12. Konzultációs lehetőségek

A tantárgy oktatói minden héten egy alkalommal adott időben személyesen konzultálnak azokkal, akik erre igényt tartanak.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

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

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra20
Felkészülés zárthelyire10
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés34
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Zombory László

Professor Emeritus

HVT

Dr. Nagy Lajos

Egyetemi Docens

HVT

Dr. Bánky Tamás

EMC laboratórium csoportvezető

Bosch

Szalay Zoltán Attila

Egyetemi Tanársegéd

HVT