Електродинаміка та поширення радіохвиль
Спеціальність: Програмно-апаратні пристрої інфокомунікаційних систем
Код дисципліни: 6.172.10.O.023
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Радіоелектронні пристрої та системи
Лектор: д.т.н., доц. Оборжицький Валерій Іванович
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Загальні компетентності:
- здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях;
- здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями;
- навики здійснення безпечної діяльності;
- прагнення до збереження навколишнього середовища;
Фахові компетентності:
- здатність вирішувати стандартні завдання професійної діяльності на основі інформаційної та бібліографічної культури із застосуванням інформаційно-комунікаційних технологій і з урахуванням основних вимог інформаційної безпеки;
- використовувати базові методи, способи та засоби отримання та передавання, обробки та зберігання інформації;
- здатність складати нормативну документацію (інструкції) з експлуатаційно-технічного обслуговування інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем, а також за програмами випробувань;
- здатність організовувати і здійснювати заходи з охорони праці та техніки безпеки в процесі експлуатації, технічного обслуговування і ремонту обладнання інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем;
- здатність до використання та експлуатації пристроїв, засобів та систем мікро- та наноелектроніки, які входять до складу радіоелектронних пристроїв систем та комплексів;
- здатність до створення нових технічних рішень, їх правовий захист, трансфер технологій радіоелектронних пристроїв систем та комплексів.
- використовувати базові методи, способи та засоби отримання та передавання, обробки та зберігання інформації;
- здатність складати нормативну документацію (інструкції) з експлуатаційно-технічного обслуговування інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем, а також за програмами випробувань;
- здатність організовувати і здійснювати заходи з охорони праці та техніки безпеки в процесі експлуатації, технічного обслуговування і ремонту обладнання інформаційно-телекомунікаційних мереж, телекомунікаційних та радіотехнічних систем;
- здатність до використання та експлуатації пристроїв, засобів та систем мікро- та наноелектроніки, які входять до складу радіоелектронних пристроїв систем та комплексів;
- здатність до створення нових технічних рішень, їх правовий захист, трансфер технологій радіоелектронних пристроїв систем та комплексів.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
1. Засвоєний рівень знань в питаннях векторного аналізу, необхідний для вивчення теорії поля;
2. Засвоєні фізичні основи електромагнітного поля і математичний опис такого поля та хвильових процесів у ньому;
3. Знання особливостей поширення хвиль в ізотропних і гіротропних середовищах;
4. Знання електромагнітних процесів у хвилеводних, діелектричних (в тому числі оптичних) лініях передачі та резонансних структурах, знання основних закономірностей процесу випромінювання;
5. Знання особливостей поширення радіохвиль на трасах радіоліній різного діапазону частот;
6. Засвоєні принципи експериментального підтвердження окремих теоретичних положень дисципліни;
7. Засвоєні навики якісного розгляду і аналізу електродинамічних проблем.
Методи навчання і викладання:
- лекції - інформаційно-рецептивний чи евристичний метод, метод проблемного викладу;
- самостійна робота – дослідницький чи репродуктивний метод;
Методи оцінювання рівня досягнення результатів навчання:
- поточний контроль - усне та фронтальне опитування; виконання та захист лабораторних робіт; виступи на семінарах, тести, оцінка активності, виконання лабораторних робіт;
- екзамен – письмове опитування, тестовий контроль.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни (пререквізити): Основи теорії кіл, Фізика, Теорія сигналів, Лінійна алгебра та математичний аналіз
Супутні і наступні навчальні дисципліни (ко-реквізити): Антенно-фідерні пристрої, Електронні та квантові прилади НВЧ, Цифрові методи реалізації радіотехнічних систем, Пристрої генерування та формування сигналів
Короткий зміст навчальної програми: В процесі викладання дисципліни розглядаються: система рівнянь електромагнітного поля; граничні умови; статичні і стаціонарні поля; монохроматичне електромагнітне поле. Вивчається структура плоскої хвилі, її поширення в ізотропних та гіротропних середовищах, відбиття та заломлення хвилі на границі розділу середовищ. Розглядаються питання випромінювання електромагнітних хвиль, поле елементарних випромінювачів. Вивчаються типи хвиль у лініях передачі, хвилі у металевих хвилеводах, коаксіальній лінії, структурах з поверхневою хвилею. Вивчаються коливальні процеси у об’ємних резонаторах, питання дифракції електромагнітних хвиль. Розглядаються процеси поширення поверхневих і просторових радіохвиль в атмосфері Землі.
Опис: Історичний огляд вчення про поле. Фізичні векторні і скалярні поля. Електромагнітне поле та його характеристики.
Класифікація і характеристики середовищ. Повна система рівнянь електромагнітного поля в інтегральній і диференціальній формах, їх фізичний зміст. Граничні умови для векторів поля. Рівняння балансу енергії.
Статичні і стаціонарні електричні і магнітні поля. Потенціали поля. Скалярне і векторне рівняння Пуассона. Рівняння Лапласа. Енергія, ємність, індуктивність, взаємоіндуктивність.
Монохроматичне електромагнітне поле. Комплексні параметри середовища. Рівняння поля в комплексній формі. Баланс енергії в монохроматичному полі. Хвильові рівняння, електродинамічні потенціали. Основні теореми та принципи електродинаміки.
Плоскі електромагнітні хвилі. Картина процесу поширення плоскої хвилі. Параметри хвильового процесу. Особливості поширення плоскої хвилі в ізотропному діелектричному і провідному середовищах. Поверхневий ефект. Поляризація електромагнітної хвилі.
Відбиття та заломлення хвилі на границі розділу середовищ. Закони Снелліуса. Формули Френеля. Відбиття від ідеально провідної поверхні. Повне заломлення і повне відбиття хвилі Хвилі у гіротропних середовищах. Ізотропна та намагнічена плазма. Властивості намагнічених феритів. Поширення хвилі вздовж та поперек до вектора намагнічення.. Падіння хвилі на границю з поглинаючим середовищем.
Випромінювання електромагнітних хвиль. Поле випромінювання елементарного вібратора, його параметри і характеристики. Поле і параметри елементарного витка, елементарної щілини, елемента Гюйгенса.
Хвилеспрямовуючі структури. Класифікація типів хвиль. Параметри швидких хвиль у хвилеспрямовуючих структурах.
Структура та властивості хвиль у прямокутному хвилеводі. Хвиля основного виду у прямокутному хвилеводі. Хвилі у циліндричному хвилеводі. Коаксіальна лінія в режимі поперечної та швидких хвиль.
Діелектричні хвилеводи. Сповільнена поверхнева хвиля над ребристою поверхнею і над діелектричною пластиною на ідеально провідній основі.
Об'ємні резонатори. Власні параметри резонаторів. Структура поля, типи коливань прямокутного резонатора. Циліндричний та коаксіальний резонатори.
Дифракція електромагнітних хвиль. Дифракція Фрауенгофера на отворі. Зони і дифракція Френеля. Дифракція на ідеально провідному циліндрі.
Поширення радіохвиль в атмосфері Землі. Радіолінії. Хвилі над земною поверхнею. Структура навколоземного простору. Іоносферні просторові хвилі. Особливості поширення хвиль окремих діапазонів. Космічний зв'язок.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль на лабораторних заняттях проводиться з метою виявлення готовності студента до занять у формі: вибіркове усне опитування (з використанням контрольних запитань); оцінка активності студента у процесі занять, внесених пропозицій, оригінальних рішень, уточнень і визначень, доповнень до попередніх відповідей.
Контрольні запитання поділяються на:
а) тестові завдання – вибрати вірні відповіді;
б) проблемні – створення ситуацій проблемного характеру;
в) питання-репліки – виявити причинно-наслідкові зв’язки;
г) ситуаційні завдання – визначити відповідь згідно певної ситуації;
д) питання репродуктивного характеру – визначення практичного значення.
Семестровий контроль – перевірка відповідей на питання тестового завдання письмової компоненти екзамену та проведення додаткового усного опитування (усної компоненти).
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: лабораторні заняття – 30 балів.
Екзаменаційний контроль: письмова компонента – 60 балів; усна компонента – 10 балів.
Разом за дисципліну: – 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення (Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни):
1. Дослідження плоско-паралельного електростатичного поля на моделі симетричної смужкової лінії.
2. Дослідження відбиття електромагнітних хвиль від поверхні розділу повітря-діелектрик.
3. Дослідження поля сповільнених поверхневих хвиль.
4. Дослідження дисперсії хвилі основного виду у прямокутному металевому хвилеводі.
5. Дослідження об’ємного резонатора на базі відрізка металевого хвилеводу.
6. Дослідження дифракції електромагнітної хвилі на півплощині.
Рекомендована базова література:
• Електродинаміка та поширення радіохвиль. Підручник для студ. ВНЗ / [ Шокало В. М., Правда В. І., Усін В. А., Вунтесмері В. С., Грецьких Д. В.]; під ред. В. М. Шокало та В. І. Правди.
Ч. 1. Основи теорії електромагнітного поля. – Харків: ХНУРЕ; Колегіум, 2008. – 286 с.
Ч. 2. Випромінювання та поширення радіохвиль. – Харків: ХНУРЕ; Колегіум, 2010. – 435 с.
• Захарія Й.А. Основи електродинаміки і поширення радіохвиль: навч. посібник / Й.А. Захарія. – Львів: ДУ"ЛП", 1996. – 314 с.
• Баскаков С. И. Электродинамика и распространение радиоволн / С. И. Баскаков. – М.: Высшая школа, 1992. – 416 с.
• Никольский В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В. В. Никольский, Т. Н. Никольская. – М.: Наука, 1989. – 543 с.
Інформаційні ресурси:
1. Дудик М.В., Діхтяренко Ю.В. Електродинаміка (курс лекцій): навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів фізико-математичних спеціальностей. – Умань: ПП «Жовтий», 2015.– 120 с.
http://dspace.udpu.edu.ua/bitstream/6789/4117/1/Electrodynamics.pdf
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).