Nagyfrekvenciás elektromágneses eszközök számítógépes modellezése
Tartalomjegyzék
Tantárgyi leírás, kedvcsináló
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. Számos hazai és külföldi vállalat keres és alkalmaz mikrohullámú áramkörismerettel és nagyfrekvenciás rendszerszemlélettel rendelkező mérnököket. Így a tantárgyat elvégző hallgatók az iparban magasra értékelt tudásra tesznek szert, mely önmagában biztosítja a munkaerőpiacon való helytállásukat. 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 a Bosch EMC csoport mérnökei által kerül előadásra, valós szimulációs feladatok bemutatásával és megoldásával.
Előadók
- Dr. Nagy Lajos - Antennák, EMC és hullámterjedés labor (HVT)
- Szalay Zoltán Attila - Antennák, EMC és hullámterjedés labor (HVT)
Részletes tárgy tematika
- 1. hét - Elmélet - Végeselem módszer (FEM): A módszer elméleti alapjai, Galjorkin módszer, előfeldolgozás-megoldás-utófeldolgozás.
- 1. hét - Gyakorlat - Zárt eszköz modellezése és gerjesztése.
- 2. hét - Elmélet - Hálógenerálás: Delanuay-háló, adaptív hálógenerálás, iteratív megoldó.
- 2. hét - Gyakorlat - A rezonátor modellezése, sajátérték megoldó.
- 3. hét - Elmélet - Szélessávú szimulációk a frekvencia tartományban: adaptív frekvenciatartománybeli mintavétel.
- 3. hét - Gyakorlat - Nyitott problémák modellezése, coplanar struktúrák.
- 4. hét - Elmélet - Közel-távoltér transzformáció és szórási keresztmetszet (RCS), Szimmetria peremfeltétel, periodikus peremfeltétel, Impedancia peremfeltétel, (homogenizálás)
- 4. hét - Gyakorlat - Az antenna szimulálása, iránykarakterisztikák.
- 5. hét - Elmélet - Anyagmodellek: Debye model és Drude-model.
- 5. hét - 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.
- 6. hét - Gyakorlat - Zavarok csatolódása nyomtatott áramkörön.
- 7. hét - Elmélet - Peremfeltételek és stabilitás: Courant szám, elnyelő peremfeltétel (PML), gyakori gerjesztő jelalakok.
- 7. hét - Gyakorlat - Antenna tömb modellezése.
- 8. hét - Elmélet - Idő-frekvenciatartománybeli transzformáció: FFT algoritmus.
- 8. hét - Gyakorlat - Árnyékolt és reflexiómentesített mérőszobák modellezése.
- 9. hét - Elmélet - Momentum módszer: A módszer elméleti alapjai, a feladat megfogalmazása integrálegyenlettel, a modell diszkretizálása, Pocklington egyenletet.
- 9. hét - Gyakorlat - Tekercsek modellezése.
- 10. hét - Elmélet - Momentum módszer: bázis illetve súlyfüggvények választása, kiértékelése, skaláris szorzat értelmezése, lineáris egyenletrendszer elemeinek kiértékelése egy dipólus esetén.
- 10. hét - Gyakorlat - Az anyagparaméterek megadása, árnyékolások vizsgálata
- 11. hét - Elmélet - Sugárkövetés módszere: SBR algoritmus és reflexiók leírása.
- 11. hét - 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).
- 12. hét - Gyakorlat - DC-DC konverterek modellezése.
- 13. hét - Elmélet - Házi feladatként megoldandó problémák ismertetése (EMC).
- 13. hét - Gyakorlat - PCB importálása, 3D és áramköri együtt szimuláció felépítése.
- 14. hét - Elmélet - Házi feladatként megoldandó problémák ismertetése (antennás).
- 14. hét - Gyakorlat - Motor modellezése.
Évközi követelmények
Évközben egy ZH leglább elégséges szintre történő teljesítése elvárt az aláírás megszerzéséhez.
Ajánlott kiegészítő tárgy
A tárgyat jól kiegészíti, a szintén ezen a tanszéken, tavaszi félévben futó Mikrohullámú áramkörök tervezése és szimulációja tárgy, amely szorosan kapcsolódik ehhez a tématerülethez. Egyik tárgy sem előfeltétele/előkövetelménye a másiknak, a két tárgy egymástól függetlenül felvehető! További információkért érdemes felkeresni a másik tárgy lapját: Mikrohullámú áramkörök tervezése és szimulációja
Segédanyagok
A tantárgy részletes időbeosztása, és az összes segédanyag megtalálható a HVT új tanulmányi portálján, ahová a BME-címtár azonosítóval léphetnek be a kurzust hallgatók. A tanulmányi portálon mindig megtalálhatóak az aktuális információk a tárggyal kapcsolatban. További információkért, és demonstrációs videókért érdemes felkeresni a HVT honlapot is!
