Predavanja ELEKTRODINAMIKA 2012/13 ---------------------------------- 8.10.2012 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 magn. energija. 9. Gradniki električnih vezij, nič-dimenzijska (0-D) naloga. 10. Trakasti dvovod in koaksialni kabel, zanemaritve stresanja. 11. Kapacitivnost in induktivnost trakstega dvovoda. 12. Kapacitivnost in induktivnost koaksialnega kabla. 13. Nadomestno vezje brezizgubnega dvovoda/kabla. 14. Nadomestno vezje resničnega dvovoda/kabla. 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 brezizgubnega voda v časovnem prostoru. 20. Telegrafski enačbi izgubnega voda v časovnem prostoru. 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. Določanje konst. v za trakasti dvovod in koaksialni kabel. 24. Hitrost svetlobe v praznem prostoru. 25. Definicije merskih enot MKSA, izbira c0 in u0, izračun e0. 26. Napredujoči in odbiti val na prenosnem vodu. 27. Zgled rešitve za napredujoči val, zaporedje slikic v času. 28. Zgled rešitve za odbiti val, zaporedje slikic v času. 29. Povezava med tokom in napetostjo za napred. in odbiti val. 30. Definicija in merske enote karakteristične impedance. 31. Zgled karakteristične impedance trakstega dvovoda. 32. Zgled karakteristične impedance koaksialnega kabla. 33. Valovna impedanca praznega prostora in računanje z njo. 15.10.2012 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. Napredujoči in odbiti val za enosmerni vir in porabnik. 4. Definicija in izračun odbojnosti bremena. 5. Zgledi Gama: prilagojeno breme, odprte sponke, kratek stik. 6. Zgledi Gama: večji upor in manjši upor, predznak Gama! 7. Omejitev velikosti odbojnosti za pasivno breme. 8. Polnjenje kondenzatorja z napetostnim virom: energija? 9. Napredujoči in odbiti val pri vklopu, breme odprte sponke. 10. Prehodni pojav pri vklopu vira na kapacitivno breme. 11. Zvonjenje: nizkoimpedančni TX, visokoimpedančni RX. 12. Popačenje digitalnega signala na nezaključenem vodu. 13. Preprečevanje popačenja z zaprednim uporom v oddajniku. 14. Preprečevanje popačenja z vzporednim uporom v sprejemniku. 15. Preprečevanje popačenja z zaključitvijo obeh strani. 16. Zgled: RS-232 visokoohmski TX, počasen stopničasti odziv. 17. Zgled: LPT vzporedni kabel, približevanje Zk. 18. Zgled: low-speed in full-speed USB: zaključitev oddajnika. 19. Zgled: Ethernet UTP: zaključitev na obeh straneh. 20. Zgled: gigabitni Ethernet z dvosmernim prenosom po parici. 21. Mostiček za merjenje Gama, neidealna izvor in V-meter. 22. Vozliščne enačbe mostička za računanje Uvoltmetra. 23. Reševanje vozliščnih enačb (preveč na hitro, samo omenjeno). 24. Rešitev: napetost sorazmerna odbojnosti: Uv=Ug/8*Gama. 25. Ponovitev: nadomestno vezje brezizgubnega/izgubnega voda. 26. Modeli izgub v žici (kovini) in dielektriku (izolatorju). 27. Težave enačb za izgubni vod v časovnem prostoru. 28. Zapis izmeničnih veličin s kazalci. 29. Brezizgubna telegrafska enačba v frekvenčnem prostoru. 30. Zapis rešitve s fazno konstanto oziroma valovnim številom. 31. Izgubna telegrafska enačba in kompleksno valovno število (preveč!). 32. Konstanta slabljenja Alfa, izgube v Neprih in v decibelih (preveč!). 33. Valovna dolžina in njena povezava z valovnim številom. 22.10.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: prehodni pojav vklopa nezaključenega voda. 2. Ponovitev: definicija odbojnosti in računanje z njo. 3. Ponovitev: resitev valovne enačbe v frekvenčnem prostoru. 4. Impedanca v frekvenčnem prostoru za pasivno/aktivno breme. 5. Odbojnost v frekvenčnem prostoru za pasivno/aktivno breme. 6. Smith-ov diagram odbojnosti za pasivno (in aktivno) breme. 7. Invertiranje v Smith-u, značilne točke v Smith-u. 8. Potek faze napredujočega in dobitega vala ter odbojnosti. 9. Preslikava Z bremena na vodu: vrtenje faze odbojnosti. 10. Neposreden izraz za izračun preslikave impedance bremena. 11. Razlaga napetostnega stojnega vala na vodu. 12. Definicija in izračun valovitosti iz odbojnosti bremena. 13. Razlaga tokovnega stojnega vala na vodu. 14. Zgledi stojnih valov za različna bremena. 15. Izračun delovne in jalove moči na prenosnem vodu. 16. Moči napredujočega vala, odbitega vala in bremena. 17. Vod z izgubami, model kovine in dielektrika. 18. Kompleksna karakteristična impedanca izgubnega voda. 19. Kompleksno valovno število izgubnega voda. 20. Zapis napredujočega in odbitega vala na izgubnem vodu. 21. Slabljenje izgubnega voda (prilagojeno breme) v dB. 22. Logaritemske merske enote za Gama, prilagoditev return loss. 23. Preslikava Gama na izgubnem vodu, spirala v Smithu. 24. Stojni val na izgubnem vodu, različni min/max, 25. Nedefinirana valovitost na izgubnem vodu. 26. Velikostni razred izgub kovinskih vodov in stekl. vlakna. 27. Praktična meja med bezizgubno in izgubno obravnavo. 28. Meritev odbojnosti z mostičkom, faza=vektorski voltmeter. 29. Koaksialni protismerni sklopnik, praktične izvedbe. 30. Merilni vod za stojni val na koaksialnem kablu. 29.10.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: fizikalne veličine v 3D: skalarji in vektorji. 2. Ponovitev: skalarni in vektorski produkt, fizikalnih zgledi. 3. Zahteve za koordinatni sistem: 3D, pravokotni, desnoročni. 4. Izračun skalarnega in vektorskega produkt v pravokotnem KS. 5. Kartezični KS, merske enote, obmocje koordinat, smerniki. 6. Zgled: koordinate in smerni vektorji zemljepisnega KS. 7. Težave pri izračunu razdalje in goriva v zemljepisnem KS. 8. Lame-jevi koeficienti za zemljepisno širino in dolžino. 9. Definicija Lame-jevih koeficientov v poljubnem KS. 10. Poljubni krivočrtni koordinatni sistem (q1,q2,q3). 11. Izračun Lame-jevih koeficientov v poljubnem KS. 12. Valjni KS, merske enote, območje koordinat, smerniki. 13. Povezava koodrinat med valjnim in kartezičnim KS. 14. Izpeljava Lame-jevih koeficientov v valjnem KS. 15. Krogelni KS, merske enote, območje koordinat, smerniki. 16. Povezava koordinat med krogelnim in kartezičnim KS. 17. Izpeljava Lame-jevih koeficientov v krogelnem KS. 18. Valjni eliptični KS: merske enote, območje k., smerniki. 19. Povezava k. med valjnim eliptičnim in kartezičnim KS. 20. Podolgovati krogelni eliptični (prolate) KS, k. osi. 21. Smerniki cigare in povezava koordinat s kartezičnim KS. 22. Sploščeni krogelni eliptični (oblate) KS, k. osi. 23. Smerniki polpeta in povezava koordinat s kartezičnim KS. 24. Skalarne in vektorske funkcije v 3D, različni zapisi. 25. Odvodi skalarnih in vektorskih funkcij v 3D. 26. Definicija smernega odvoda ali gradienta. 27. Računanje električnega polja iz potenciala v statiki. 28. Simbolični vektor Nabla in računanje gradienta z njim. 29. Računanje smernega odvoda v poljubnih koordinatah. 30. Zgled: gradient v valjnih koordinatah. 31. Zgled: gradient v krogelnih koordinatah. 32. *** 1. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. 5.11.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: koordinatni sistemi: 3D, pravokotni, desnoročni. 2. Ponovitev: izračun E iz V: smerni odvod v krivočrtnih koord. 3. Pretovorba Gauss-ovega zakona v diferencialno obliko. 4. Izračun izvornosti (divergence) v kartezičnih koordinatah. 5. Izvornost v poljubnih krivočrtnih koordinatah, razlaga. 6. Zgled: izvornost v valjnih in krogelnih koordinatah. 7. Pretvorba Amperovega zakona v diferencialno obliko. 8. Izračun vrtinčenja (rotorja) v kartezičnih koordinatah. 9. Ponovitev: Stokes-ov izrek. 10. Vrtinčenje v poljubnih koordinatah, razlaga. 11. Zgled: vrtinčenje v valjnih in krogelnih koordinatah. 12. Amperov zakon: prevodniški, konvektivni in poljski tok. 13. Faraday-ev zakon indukcije v elektrotehniki. 14. Zamenjava integrala in odvoda, nespremenljiva A in normala. 15. Faraday-ev zakon v diferencialni obliki. 16. Zapis treh Maxwell-ovih enačb v diferencialni obliki. 17. Zapis treh Maxwell-ovih enačb s harmonskimi veličinami. 18. Elektrotehnična naloga: izračun EM polja iz izvorov. 19. Sestavljenje diferencialne operacije, Laplace. 20. Izpeljava valovne enačbe za električno polje z izvori. 21. Izpeljava valovne enačbe za magnetno polje z izvori. 22. Ponovitev: skalarni električni potencial v elektrostatiki. 23. Ponovitev: skalarni magnetni potencial v magnetostatiki. 24. Uvedba nove veličine: vektorski potencial, izračun B in E. 25. Izpeljava valovne enačbe za vektorski potencial. 26. Columb-ova/Lorentz-ova izbira za divergenco vek.potenciala. 27. Valovna enačba za skalarni potencial za Lorentz-ovo izbiro. 28. Razlaga pomena valovnih enačb za potenciale. 29. Zgled: izvori in vrtinci potencialnega polja (x,y,z). 30. Zgled: izvori in vrtinci vrtinčnega polja (x,y,z). 31. Zgled: izvori in vrtinci polja s singularnostjo (ro,fi,z). 12.11.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki. 2. Ponovitev: valovni enačbi za E in H brez izvorov. 3. Ponovitev: vektorski in skalarni potencial. 4. Ponovitev: valovni enačbi za A in V z izvori. 5. Definicija energije v elektrostatiki (E.D). 6. Elektrostatična energija iz skalarnega potenciala. 7. Zgled: energija naelektrene krogle na oba načina. 8. Definicija energije v magentostatiki (H.B). 9. Magnetostatična energija iz vektorskega potenciala. 10. Poynting-ov izrek o prenosu moči v dinamiki. 11. Definicija Poynting-ovega vektorja in merske enote. 12. Zgled: Poynting-ov vektor Sonca in ogrevanje mačka. 13. Zgled: pritok moči v telo valjastega upora zunaj/znotraj. 14. Zgled: pretok moči v ploščatem dvovodu, izračun moči. 15. Zgled: dva dvovoda eden vrh drugega, nepotrebna kovina. 16. Poynitng-ov vektor za trenutne in harmonske veličine. 17. Reševanje valovnih enačb za vektorski/skalarni potencial. 18. Skalarni Green-ov izrek za funkciji U in V. 19. Ploskve in volumni v prostoru za Green-ov izrek. 20. Ugibanje Green-ove funkcije v elektrostatiki, Lapalce. 21. Gradient in Laplace Green-ove funkcije v statiki. 22. Integracija po neskončno veliki in majhni ploskvi. 23. Izraz za računanje skalarnega potenciala, zgled iz OE. 24. Ugibanje Green-ove funkcije v dinamiki, valovna enačba. 25. Gradient in Lapalce Green-ove funkcije v dinamiki. 26. Integracija po neskončno veliki in majhni ploskvi. 27. Izraz za računanje skalarnega potenciala v dinamiki. 28. Posplošitev rezultata za poljubne koordinate potenciala. 29. Razvoj valovne enačbe za vektorski potencial v (x,y,z). 30. Uporaba rešitve skalarnega potenciala za komponente. 31. Zakasnjeni vektorski potencial v poljubmem KS. 19.11.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki. 2. Ponovitev: vektorski in skalarni potencial. 3. Ponovitev: izraza za izračun zakasnjenih A in V. 4. Kontinuitetna enačba iz div(rotH=J+jweE). 5. Naloga: magnetno in električno polje kratke žice. 6. Poenostavitve: kratka žica glede na razdaljo in lambda. 7. Izrčun vektorskega potenciala A kratke žice. 8. Pretvorba rezultata v krogelne koordinate. 9. *** 2. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. 10. Izračun magnetnega polja H preko definicije B=rotA. 11. Ponovitev: izračun rotA v krivočrtnih koordinatah. 12. Razlaga členov H, Biot-Savart in sevanje. 13. Kontinuiteta, elektrine na obeh koncih žice. 14. Izračun električnega polja E preko ME. 15. Pretvorba rezultata za E v funkcijo elektrin Q. 16. Primerjava E s točkastim elektrostatičnim dipolom. 17. Razlaga členov E in H, meja med statiko in sevanjem. 18. Primerjava členov pri 50Hz, 900MHz in svetlobi pri r=1m. 19. Izračun razdalje, kjer so členi enako veliki. 20. Pomen velikosti členov v nalogah elektrotehnike. 21. Izračun Poynting-ovega vektorja kratke žice. 22. Razlaga sevalnega člena Poynting-ovega vektorja. 23. Nadomestno vezje kratke žice, zahteva za sevalno upornost. 24. Integracija sevane moči kratke žice po veliki krogli. 25. Izračun sevalne upornosti kratke žice, zapis z lambda. 26. Zgled: izmere in frekvenca Teslovega transformatorja. 27. Izračun izgubne upornosti in sevalne upornosti TT. 28. Izračun sevalnega izkoristka Teslovega transformatorja. 29. Zahteve za učinkovito anteno: izmere primerljive z lambda. 26.11.2012 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: tokovni element in električni dipol. 2. Ponovitev: točno E in H polje tokovnega elementa. 3. Ponovitev: sevalna upornost in nadomestno vezje TT. 4. Kje se nahaja sevalna upornost v črnem telesu in vesolju? 5. Poenostavitve odvodov za sevano polje pri r>>1/k. 6. Simbolični vektor nabla pri r>>1/k. 7. Poenostavljen izračun sevanega H tokovnega elementa. 8. Poenostavljen izračun sevanega E tokovnega elementa. 9. Izračun E neposredno iz A na velikih razdaljah. 10. Lastnosti sevanega polja, nima vzdolžne komponente. 11. Razmerje in medsebojna faza E in H, TEM val. 12. Ponovitev: TEM val na trakastem vodu, Rb=Zk. 13. Poskus: ni odboj na koncu zaporedne vezave trakstih dvovodov. 14. Poskus: ni odboja na koncu razširjenega voda v lijak. 15. Razlaga poskusov z izmerami naprave, sredina ne ve o robovih. 16. TEM valovodni lijak kot učinkovita antena, Rs=Zk. 17. Ravni in stožčasti koaksialni kabel. 18. Stožčati dvovod: na isti strani in na različnih straneh. 19. Ugibanje rešitve za električno polje v (r,theta,fi). 20. Preverjanje 3.ME, ker v praznem prostoru ni elektrin. 21. Izračun H iz 2.ME, pravokotnost in Zo med E in H. 22. Preverjanje 1.ME, kar v praznem prostoru ni tokov. 23. Izračun toka in napetosti na bikoničnem dvovodu. 24. Izračun sevalne upornosti bikonične antene. 25. Praktična izvedba in impedanca discone antene. 26. Sevanje majhne tokovne zanke, zanemaritvi a<Alfa. 11. Zgled: skica usihajočega napredujočega vala. 12. Definicija vdorne globine valovanja v dober prevodnik. 13. Izračun vdorne globine za dober prevodnik. 14. Zgled: slabljenje radijske zveze s podmornico na f=10kHz. 15. Izračun tabele vdornih globin, različne frekvence, Cu/Fe. 16. Razlaga kožnega pojava na površini okroglega Cu vodnika. 17. Koaksialni kabel v dinamiki, porazdelitev I, kožni pojav. 18. Integracija gostote toka v ploskovni tok. 19. Ploskovna impedanca in ploskovna upornost kovine. 20. Razlaga izgubne upornosti kot plast z enakomernim tokom. 21. Primerjava izgub vodnika krožnega prereza za enosmerno in izmenično. 22. Gradnja vodnikov za različne f, srebrenje, hrapavost. 23. Podaljšanje poti zaradi hrapavosti površine, zgled FR4. 24. Nadomestno vezje kokasialnega kabla s kožnim pojavom. 25. Karakt. impedanca in valovno število izgubnega kabla. 26. Izračun valovnega števila s približki, alfa slabljenja. 27. Izračun izgub koaksialnega kabla v decibelih. 28. Zmanjševanje izgub kabla: dielektrik in geometrija. 29. Iskanje minimuma izgub kot funkcija razmerja oklop/žila. 30. Zgled: izračun izgub na enoto dolžine koaksialnega kabla. 7.1.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA - obisk pospeševalnikov Elettra in Fermi v Bazovici pri Trstu 14.1.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA 1. Ponovitev: valovanje v dobrem prevodniku, vdorna globina. 2. Ponovitev: izriv toka na površino, R vodnika za = in izmen. 3. Kvaliteta tuljave za izmenično, frekvenčni potek. 4. Izvedba visokofrekvenčne pletenice in VF navitij. 5. Ponovitev: izgube v vodnikih koaksialnega kabla @500MHz. 6. Izbira geometrije koaksialnega kabla za min slabljenje. 7. Ponovitev: višji rodovi v koaksialnem kablu. 8. Druge vrste kovinskih vodov, simetrični dvovod. 9. Primerjava okrogli dvovod/koaks: upornost, Zk, izgube. 10. Tiskano vezje, električne lastnosti vitroplasta. 11. Mikrotrakasti, traksti, koplanarni in drugi vodi. 12. Zk mikrotrakstega voda brez stresanja, napaka računanja. 13. Zk mikrotrakstega voda po Wheeler-ju iz diagrama. 14. Zgledi za 50ohm na vitroplastu s pomočjo diagrama. 15. Poenostavitev za TEM osnovni rod v homogenem dielektriku. 16. Resnični hibridni rod, nagnjene silnice in vzdolžne komponente, nedefiniran Zk. 17. Porazdelitev toka na osamljenem trakstem vodniku. 18. Trije viri izgub v mikrostripu: koža, trak in hrapavost bakra. 19. Primerjava izgub v koaksu in v mikrostripu @500MHz. 20. Frekvenčni potek izgub v kovinskem vodu. 21. Fizikalna razlaga in frekvenčni potek dielektričnih izgub. 22. Načrtovanje preprostih vezij v mikrotrakasti tehniki. 23. Frekvenčna pasovna sita v mikrotraksti tehniki. 24. *** 5. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. Laboratorijske vaje ELEKTRODINAMIKA 2012/13 ------------------------------------------- 1. cikel (18.10.2012): 1. Zvonjenje signala na prenosnem vodu 2. Merjenje z "Grid-dip" metrom 3. Merjenje moči 4. Frekvenčni števec 5. Spektralni analizator 2. cikel (8.11.2012): 6. Parica 7. Vektorski voltmeter 8. Mostični reflektometer 9. Stojni val 10. Merjenje z Lecher-jevim vodom 3. cikel (22.11.2012): 11. Frekvenčne lastnosti koaksialnega kabla 12. Koaksialni rezonator 13. Sevanje izotropnega vira 14. Bližnje in daljne polje tokovne zankice 15. Vektorski analizator vezij 4. cikel (6.12.2012): 16. Nerecipročnost cirkulatorjev in izolatorjev 17. Porazdelitev električnega toka na monopolu 18. Tuneliranje elektromagnetnega valovanja 19. Magnetno polje v pravokotnem valovodu 20. Smerni sklopnik 5. cikel (17.1.2013): 21. Stojni val v pravokotnem valovodu 22. Votlinski rezonator 23. Kožni pojav in kvaliteta tuljave 24. Kožni pojav v vodi 25. Rodovi nihanja HeNe laserja