28719 - CAMPI ELETTROMAGNETICI T-1

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente è in grado di comprendere i fenomeni alla base della propagazione libera e guidata delle onde elettromagnetiche e il loro impiego per la realizzazione di sistemi di telecomunicazioni. Conosce le linee di trasmissione e le principali strutture guidanti. È capace di trattare il problema dell'adattamento.

Programma/Contenuti

1. Teorie per lo studio dei campi elettromagnetici

Teoria vettoriale
Principi fondamentali. Relazioni costitutive dei mezzi materiali.
Teoremi (formulazione nel dominio del tempo) di Poynting e di unicità.
Polarizzazione. Grandezze sinusoidali e vettori complessi rappresentativi.
Formulazione della teoria in regime armonico. Teoremi di Poynting, di unicità, di equivalenza, di reciprocità.
Discontinuità e correnti superficiali. Conduttore elettrico e magnetico perfetto. Principio di dualità.

Teoria scalare

Teoria geometrica
L'equazione dei raggi.
Cammino ottico.
Limiti all'applicabilità della teoria: ellissoide di Fresnel.

2. Soluzione delle equazioni di Maxwell

In assenza di sorgenti
Equazione di Helmholtz e sua soluzione in assenza di sorgenti: onde piane e loro classificazione.
Presenza di discontinuità. Riflessione e rifrazione. Riflessione e rifrazione totale.
Mezzi stratificati.
Propagazione di fasci di onde piane. Approssimazione parabolica.

In presenza di sorgenti.
Potenziali vettore e scalare.
Funzione di Green.

3. Propagazione guidata

Linee di trasmissione
Strutture cilindriche.
Modi TEM, TE, TM, Ibridi.
Modi TEM: Equazioni dei Telegrafisti e dei Telefonisti
Linee di Trasmissione a piccole perdite.
Costanti di attenuazione e di propagazione.
Cenni a strutture guidanti: cavo coassiale, lastra piana, fibra ottica.

Il problema dell’adattamento
Linea di trasmissione priva di perdite caricata al finito: Rapporto d'Onda Stazionaria.
La Carta di Smith
Adattamento del Generatore e del Carico:
Adattatori a costanti distribuite: a singolo stub, a doppio stub, a quarto d'onda, cenni all'adattatore multisezione

4. Propagazione in spazio libero

Antenne
Caratteristiche generali.
Elemento di corrente. Campo irradiato da un elemento di corrente. Approssimazioni per campo vicino e campo a grande distanza.
Momento equivalente di un'antenna.
Grandezze caratteristiche delle antenne: intensità di radiazione, funzione di radiazione, direttività e guadagno. Area efficace.
Antenne composite e schiere.

5. Bilancio di potenze di un collegamento

La formula di Friis.
L'equazione del RADAR.

Testi/Bibliografia

Libro di testo : Paolo Bassi, Chiara Zaniboni, "Introduzione ai campi elettromagnetici", Bologna University Press, 2016

Il libro contiene una ricca bibliografia per ulteriori letture e approfondimenti.

Altro materiale :

Altro materiale didattico, link a siti esterni, test di autovalutazione, codici di calcolo per esercizi, ecc disponibili al sito http://iol.unibo.it (accesso con username and password di studente UniBo)

Metodi didattici

Nelle lezioni vengono illustrati i principi fondamentali alla base della propagazione libera e guidata dei campi elettromagnetici in vista della trasmissione di segnali.

Nelle esercitazioni vengono illustrati esempi di applicazione della parte teorica enunciata a lezione. In particolare, lo svolgimento di esercizi dà concretezza ai principi generali traducendoli in applicazioni di interesse pratico. Sempre nelle esercitaziioni vengono anche fatti esempi di applicazioni della teoria illustrata alla vita quotidiana e ad applicazioni ingegneristiche oggetto dei corsi successivi.

Durante il corso sono proposti test di verifica da fare insieme e da soli per autovalutazione. I test sono di supporto e non hanno effetti sull'esame.

Alla fine del corso lo studente conoscerà i principi generali dell'elettromagnetismo, le caratteristiche principali dei vari modelli sviluppati per lo studio della propagazione di campi elettromagnetici ed i loro limiti applicativi, in modo tale da poter sempre valutare criticamente sia la scelta del modello più adatto che la precisione dei risultati da esso ottenibili e sarà in grado di applicarli a situazioni concrete.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si articola in una prova scritta ed in una orale.

Il superamento della prova scrtta ammette alla prova orale (immediatamente successiva), che conclude l'esame.

La parte scritta dell'esame tende all'accertamento della capacità acquisita da parte dello studente di applicare i principi generali alla soluzione di esercizi.
La parte orale tende a verificare la conoscenza dei principi teorici e la capacità dello studente di discuterli con proprietà di linguaggio.

I testi delle precedenti prove d'esame sono reperibili al sito http://iol.unibo.it (accesso con username and password di studente UniBo).

Strumenti a supporto della didattica

Libro di testo.

Materiale aggiuntivo reperibile al sito: http://iol.unibo.it (accesso con username and password di studente UniBo).

Codici Matlab resi disponibili agli studenti. Matlab puo' essere scaricato e installato liberamente dagli studenti grazie all'accordo tra l'Universita' di Bologna e Mathworks con le modalita' descritte al sito.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Paolo Bassi