07941 - CAMPI ELETTROMAGNETICI

Scheda insegnamento

SDGs

L'insegnamento contribuisce al perseguimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030 dell'ONU.

Energia pulita e accessibile Città e comunità sostenibili Agire per il clima

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso ha lo scopo di fornire gli strumenti fondamentali per capire i meccanismi di propagazione libera e guidata del campo elettromagnetico. In particolare, al termine del corso lo studente conosce: - i fondamenti dell'elettromagnetismo macroscopico, la formulazione di Maxwell e le corrispondenti equazioni da cui si ricava la propagazione di onde (equazioni delle onde, equazioni di Helmoltz); - tecniche generali per la risoluzione del problema di Maxwell in presenza o meno di sorgenti del campo elettromagnetico - le più importanti grandezze caratteristiche di una antenna (direttività e guadagno, efficienza, superficie e diagramma di radiazione) ed il loro significato -come dimensionare un semplice radio collegamento con antenne ottimizzate in polarizzazione tramite l'equazione di Friis - il comportamento dei principali mezzi trasmissivi, come le guide d'onda e le linee di trasmissione, orientato al loro impiego nei moderni sistemi e circuiti a radio-frequenza.

Programma/Contenuti

---------- Modulo I ----------

Richiamo delle Equazioni di Maxwell (EdM) in forma integrale e differenziale. Sorgenti e utilizzatori.

Condizioni di continuita' del campo su una superficie. Vettori complessi rappresentativi. Le EdM nei fasori. La permittività elettrica complessa.

Relazioni energetiche: il teorema di Poynting e il relativo vettore. Il teorema di unicita' della soluzione.

Il problema omogeneo: una particolare soluzione delle EdM in un dominio mono-dimensionale: le equazioni delle onde nel dominio del tempo e della frequenza. La soluzione generale della equazione di Helmholtz: le onde piane uniformi TEM. Cenno su riflessione e rifrazione di onde piane. Metodi per guidare la propagazione: riflessione totale, principio delle fibre ottiche. Polarizzazione.

Il problema non omogeneo. Soluzione delle EdM attraverso l'uso del potenziale vettore.

Il campo generato da un elemento di corrente. Espressione esatta del campo dell'elemento di corrente. Condizioni di campo vicino e lontano. onde sferiche ed onde piane locali.

Sorgenti estese: il momento equivalente, condizioni di campo lontano rispetto alle dimensioni della sorgente.

Antenne e loro caratterizzazione, funzione di radiazione, diagramma di radiazione, grandezze caratteristiche. Caratterizzazione di una antenna in emissione e ricezione. Area efficace, rendimento, guadagno in direttività ed in potenza. Cenno ad alcuni tipi di antenne. Formula di trasmissione e applicazioni. Progetto di massima di un radiocollegamento.

Dipolo corto e schiere di dipoli.

---------- Modulo II ----------

Principi generali di propagazione guidata. Concetto di modo e classificazione dei modi: modi TEM, TE e TM. Modi ibridi (cenni). Modi quasi-TEM

Descrizione circuitale della propagazione TEM e quasi-TEM: linee di trasmissione.

Concetto elettromagnetico di rete elettrica e sue applicazioni: la matrice di diffusione (o di scattering).

Adattamento in potenza e uniformità. Progetto di adattatori: uso della carta di Smith.

Circuiti in tecnologia planare. Progetto e dimensionamento di strutture in microstriscia e stripline. Progetto e dimensionamento di mezzi trasmissivi: cavo coassiale, linee bifilari e guide rettangolari.

Testi/Bibliografia

1. - Dispense del corso

2. - G. Conciauro - Introduzione alle onde elettromagnetiche, Mc. Graw Hill

3. - V. Rizzoli, Lezioni di Campi Elettromagnetici, Propagazione libera e antenne, Ed. Progetto Leonardo, Bologna

4. - P. Bassi et alii, "Introduzione ai campi elettromagnetici", Bononia University Press, 2016

5- V. Rizzoli, A. Lipparini, "Propagazione elettromagnetica guidata" Esculapio, Bologna, 1998

Metodi didattici

Il corso e' basato prevalentemente su un metodo induttivo. Si cerca cioe' di indurre gli studenti a passare da concetti intuitivi alla formalizzazione matematica necessaria per una trattazione rigorosa. In tal modo si tenta di mantenere alto il livello di attenzione.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per la Parte I l'esame consiste in una prova scritta e un orale. Il voto finale risulta dalla valutazione complessiva di scritto/i e orale. E' possibile visionare ed eventualmente discutere la prova scritta solo all'orale. Candidati la cui prova scritta e' insufficiente dovranno sostenere nuovamente scritto ed orale in un appello successivo. La validità dello scritto è limitata all'appello corrente

Per la parte II l'esame consiste in una domanda scritta con eventuale integrazione orale a discrezione del docente.

 

NOTA BENE:  Il risultato finale di Campi Elettromagnetici, I modulo, è salvato in archivio fino alla data dell’esame di Campi Elettromagnetici, II modulo, dopodichè la media opportunamente pesata dei due è registrata su libretto elettronico. L’esame del II modulo dovrà sostenersi entro 18 mesi dall’esame del 1° modulo, dopodichè il candidato dovrà sostenere nuovamente l’esame della prima parte. L'esame della prima parte DEVE essere sostenuto PRIMA dell'esame della seconda parte.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna, PC. Videoproiettore. Valigia didattica per le esercitazioni pratiche sulle antenne

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Vittorio Degli Esposti

Consulta il sito web di Enrico Maria Vitucci