Електродинаміка та поширення радіохвиль
Спеціальність: Програмно-апаратні пристрої інфокомунікаційних систем
Код дисципліни: 6.172.10.O.023
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Радіоелектронних технологій інформаційних систем
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 - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
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.
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).