Παρουσίαση/Προβολή

Στόχοι

Ο στόχος του συγκεκριμένου μαθήματοςείνα η εξοικείωση του φοιτητή/τριας με τη χρήση των βασικών αρχών και εξισώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού σε προβλήματα τηλεπικοινωνιών βοηθώντας τον να κατανοήσει τα βασικά ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη και τις σχετικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται στις τηλεπικοινωνίες. Τέτοια προβλήματα είναι κατ' εξοχήν εκείνα που σχετίζονται με τη διάδοση κυμάτων (π.χ. μέσα μετάδοσης) και τις πηγές. Ξεκινώντας από το υπόβαθρο που έχει δημιουργηθεί στο μάθημα Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική, αντιμετωπίζει τις βασικές εξισώσεις με την οπτική γωνία του Μηχανικού, εισάγει τις απλουστευτικές υποθέσεις, που συνήθως ισχύουν στις τηλεπικοινωνίες, συνδέει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με χρήσιμα τηλεπικοινωνιακά μεγέθη, εξετάζει απλές μορφές κυμάτων αναδεικνύοντας τις βασικές τους ιδιότητες και τέλος εφαρμόζει πρακτικά τα παραπάνω στο αντικείμενο των Κεραιών. 

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/η φοιτήτρια θα είναι σε θέση να:

• περιγράφει τους φυσικούς νόμους του ηλεκτρομαγνητισμού με κατάλληλα μαθηματικά εργαλεία
• χρησιμοποιεί τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας στην επίλυση τηλεπικοινωνιακών προβλημάτων και εφαρμογών.·        
• κατανοεί τις βασικές αρχές διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων 
• εφαρμόζει τις απλουστευτικές υποθέσεις στις ΗΜ εξισώσεις που ισχύουν στις τηλεπικοινωνίες
• διακρίνει απλές μορφές κυμάτων αναδεικνύοντας τις βασικές  τους ιδιότητες
• συνδέει τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία με χρήσιμα τηλεπικοινωνιακά μεγέθη 
• αναγνωρίζει τις κεραίες ως τη διεπαφή των συστημάτων με τα μέσα μετάδοσης
• αξιοποιεί  πρακτικά τα παραπάνω σε προβλήματα των κεραιών
• ταξινομεί τους διαφόρους τύπους κεραιών και να αντιλαμβάνονται τη χρήση τους
• σχεδιάζει  και να συνθέτει  κεραίες   
• υπολογίζει μεγέθη που χρησιμοποιούνται στα ασύρματα συστήματα 
• σχεδιάζει βασικές ασύρματες ζεύξεις

   

Περιεχόμενο μαθήματος

Αποτελεί μάθημα  Εφαρμοσμένου Ηλεκτρομαγνητισμού σε συμφωνία με τις απαιτήσεις επιστημόνων και μηχανικών που δραστηριοποιούνται στο χώρο της Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών. Με τη διδασκαλία του ο φοιτητής εξοικειώνεται με τη χρήση των βασικών αρχών και των εξισώσεων του ηλεκτρομαγνητισμού σε τεχνολογίες τηλεπικοινωνιών και κατανοεί τα βασικά ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη και τις ιδιότητες, που χρησιμοποιούνται στην πράξη στις τηλεπικοινωνίες. Έχοντας ως υπόβαθρο αυτό που έχει δημιουργηθεί στο μάθημα Κ12 Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική, μαθαίνει να χρησιμοποιεί τη βασική Ηλεκτρομαγνητική θεωρία από την οπτική γωνία του Μηχανικού και οδηγείται στην επίλυση του προβλήματος της Ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και των κεραιών. Το περιεχόμενο του μαθήματος περιλαμβάνει τα ακόλουθα:

ΕΝΟΤΗΤΑ 1

• Στοιχεία Διανυσματικής Ανάλυσης, θεωρήματα Gauss και Stokes, Βασικά στοιχεία Μιγαδικής Ανάλυσης, Πηγές Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων.
• Διαφορική μορφή εξισώσεων του Maxwell., κατάστρωση της κυματικής εξίσωσης από τις εξισώσεις του Maxwell. Αρμονική Χρονική Μεταβολή των Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων και φασiθέτες (phasors επίλυση της κυματικής εξίσωσης στον ελεύθερο χώρο..
• Ομοιόμορφα Επίπεδα Κύματα, διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων στον ελεύθερο Χώρο, σε ομογενή Διηλεκτρικά  με και χωρίς Απώλειες.  Οριακές Συνθήκες σε διεπιφάνειες.
• Πόλωση Η/Μ Κυμάτων, Ανάκλαση και διάθλαση ΗΜ κυμάτων, προσδιορισμός συντελεστών ανάκλασης –διέλευσης,  γωνία Brewster.

ΕΝΟΤΗΤΑ 2

• Εισαγωγή στις Κεραίες, και στα Πεδία Ακτινοβολίας, βαθμωτό και διανυσματικό Δυναμικό,  επίλυση εξισώσεων   Εφαρμογή  ακτινοβολία του Δίπολου Hertz . Περιοχές Ακτινοβολίας των Κεραιών, Προσέγγιση Μακρινού Πεδίου, Μεθοδολογία Υπολογισμού του Πεδίου Ακτινοβολίας τυχαίας Κεραίας,
• Βασικές Παράμετροι Κεραιών, Η κεραία ως στοιχείο κυκλώματος,
• Τύποι κεραιών (Γραμμική διπολική κεραία αυθαίρετου μήκους, Δίπολο λ/2, Μικρό κυκλικό πλαίσιο, κεραίες ανοίγματος, συστοιχίες κεραιών, κεραίες microstrip, έξυπνες κεραίες) χαρακτηριστικά και χρήσεις.

Ανθρώπινο Δυναμικό

Διδάσκων Καθηγητής:  Α. Τσίπουρας

Προτεινόμενη Βιβλιογραφία:

• Εφαρμοσμένος Ηλεκτρομαγνητισμός, L. C. Shen, J. A. Kong, Εκδόσεις ΙΩΝ, 2003
• Κεραίες - Ανάλυση και Σχεδίαση, C.A. Balanis, Εκδόσεις ΙΩΝ, 2005
• Ασύρματες Επικοινωνίες», Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68393538, Έκδοση: 2η έκδ./2017, Συγγραφείς: Κανάτας Αθανάσιος, Πάντος Γεώργιος, ISBN: 978-960-491-112-7, Τύπος: Σύγγραμμα, Διαθέτης (Εκδότης): Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ & ΣΙΑ Ι.Κ.Ε.