Analysis of Electromagnetic Fields in High-Frequency Devices

Po zaliczeniu przedmiotu student powinien mieć następujące kompetencje:

• wiedzę na temat teorii pola elektromagnetycznego,


• umiejętność określenia, do której kategorii należy dany problem
  elektromagnetyczny (czy jest to problem własny czy deterministyczny,
  zamknięty czy otwarty, jaka jest jego wymiarowość oraz czy oczekuje się
  jego rozwiązania w dziedzinie czasu czy częstotliwości),


• podstawową wiedzę na temat metod symulacji elektromagnetycznych,
  a w szczególności metod: momentów, różnic skończonych, macierzy linii
  transmisyjnych, elementu brzegowego i elementu skończonego,


• umiejętność oceny, na ile dana metoda może być przydatna przy
  rozwiązywaniu problemów praktycznych należących do
  określonej klasy oraz jakich rezultatów można się spodziewać przy jej
  zastosowaniu (dokładność, czas obliczeń, wymagania na pamięć
  komputera),


• wiedzę na temat dostępnych na rynku światowym komercyjnych
  pakietów oprogramowania i zakresu ich zasosowań oraz na temat
  właściwego wyboru sprzętu komputerowego, przeznaczonego do symulacji
  elektromagnetycznych.

1. Równania Maxwella w postaci uogólnionej oraz twierdzenia
   dotyczące ogólnych własności pól. Przypomnienie równań Maxwella oraz dyskusja wersji uogólnionej (zawierającej ładunki i prądy magnetyczne). Twierdzenie o jednoznaczności rozwiązań. Twierdzenie o równoważności. Zastosowania twierdzenia o równoważności, w tym transformacja pola ze strefy bliskiej do strefy dalekiej stosowana w teorii anten. Twierdzenie o wzajemności i jego zastosownia. Metoda odbić. Funkcje Greena i ich zastosowanie. (4g)


2. Padanie fali ukośnie na granicę ośrodków. Współczynniki odbicia i transmisji zależne od polaryzacji. Zjawisko całkowitego odbicia. Fala płaska niejednorodna. Prowadzenie fal w warstwach i prętach dielektrycznych. (4g)


3. Klasyfikacja problemów elektromagnetycznych. Problemy
   deterministyczne i własne, otwarte i zamknięte. Rozwiązanie w
   dziedzinie czasu i częstotliwości. Wymiarowość problemów. (4g.)


4. Przegląd metod symulacji elektromagnetycznej i ich ogólnych
   własności. Przedstawienie metod: momentów, różnic skończonych,
   macierzy linii transmisyjnych, elementu brzegowego i elementu
   skończonego. (4g)


5. Szczegółowy opis własności i zastosowań metody różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD). Stabilność i dokładność metody, różne aproksymacje brzegu, warunki absorpcyjne. Ekstrakcja podstawowych parametrów technicznych analizowanych układów: macierzy rozproszenia, rozkładów pól, częstotliwości rezonansowych, współczynników dobroci, itp. Osobliwości pól elektromagnetycznych i ich wpływ na dokładność analizy. (5g)


6. Przegląd klas praktycznych problemów elektromagnetycznych
   występujących przy projektowaniu urządzeń w.cz. oraz przykłady
   konkretnych rozwiązań. Rozważane będą problemy analizy: obwodów
   zbudowanych z linii TEM (w tym obwodów scalonych w.cz.), struktur
   falowodowych, rezonatorów wnękowych i dielektrycznych, urządzeń do
   grzania mikrofalowego, struktur promieniujących lub rozpraszających,
   struktur zawierających materiały o własnościach dyspersyjnych lub
   zmieniających się w trakcie symulacji. (5g)


7. Przegląd współczesnego sprzętu komputerowego i oprogramowania pod kątem przydatności do analizy elektromagnetycznej. (4g)

Ocena końcowa będzie co do zasady średnią z dwóch ocen: oceny za projekt oraz oceny z egzaminu (bądź sprawdzianu końcowego) z wiedzy teoretycznej zaprezentowanej na wykładzie. Ocena ta może być podwyższona powyżej średniej arytmetycznej, jeżeli student wykazywał ponadprzeciętną aktywność na zajęciach. Zakłada się, że student może bez usprawiedliwienia opuścić co najwyżej trzy wykłady - większa absencja może skutkować niezaliczeniem przedmiotu.