ELETTROMAGNETISMO APPLICATO

Crediti: 
9
Settore scientifico disciplinare: 
CAMPI ELETTROMAGNETICI (ING-INF/02)
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano.

Obiettivi formativi

Conoscenze e comprensione:
- conoscenze di base della propagazione elettromagnetica guidata;
- conoscenze di base della propagazione elettromagnetica nello spazio libero;
- conoscenza e comprensione degli strumenti di analisi e progettazione di linee di trasmissione e collegamenti a radiofrequenza nello spazio libero.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- utilizzo e applicazione degli strumenti di analisi e progetto di linee di trasmissione;
- utilizzo e applicazione degli strumenti di analisi e progetto di antenne e collegamenti a radiofrequenza.

Prerequisiti

Fisica generale 2, Principi e applicazioni dell’ingegneria elettrica.

Contenuti dell'insegnamento

Equazioni di Maxwell integrali e differenziali. Richiami sugli operatori differenziali. Equazione delle onde e concetto di onda co- a contro-propagante. Velocità di fase. Dominio della frequenza, fasori e trasformate di Fourier. Equazione di Helmholtz. Proprietà dei mezzi materiali. Potenza istantanea, media, attiva e reattiva. Teorema di Poynting. Onde piane uniformi, dissociate ed evanescenti.
Propagazione guidata. Equazioni del Telegrafo e del Telefono. Rappresentazione circuitale delle linee di trasmissione e parametri descrittivi delle linee. Linee in cortocircuito e circuito aperto. Carta di Smith. Adattamento in potenza e d’impedenza. Adattatori a quarto d’onda, stub e doppio stub. Parametri di scattering. Linee nel dominio del tempo, propagazione e transitori, diagrammi a rimbalzo.
Cenni sulle guide d’onda metalliche e sulle guide dielettriche e fibre ottiche.
Principali tipologie di antenne. Grandezze caratteristiche delle antenne. Progetto di un radiocollegamento e Formula di Friis. Formula del radar. Dipolo hertziano. Antenna a loop. Schiere di antenne. Condizioni di continuità. Antenne a riflettore. Antenne Yagi-Uda e Log-periodiche. Antenne d’apertura, a tromba e paraboloidi. Antenne di precisione. Banda delle antenne. Cenni sulle problematiche di compatibilità elettromagnetica.

Programma esteso

Equazioni di Maxwell integrali e differenziali. Richiami sugli operatori differenziali. Equazione delle onde e concetto di onda co- a contro-propagante. Velocità di fase. Dominio della frequenza, fasori e trasformate di Fourier. Equazione di Helmholtz. Proprietà dei mezzi materiali. Potenza istantanea, media, attiva e reattiva. Teorema di Poynting. Onde piane uniformi, dissociate ed evanescenti.
Propagazione guidata. Equazioni del Telegrafo e del Telefono. Rappresentazione circuitale delle linee di trasmissione e parametri descrittivi delle linee. Linee in cortocircuito e circuito aperto. Carta di Smith. Adattamento in potenza e d’impedenza. Adattatori a quarto d’onda, stub e doppio stub. Parametri di scattering. Linee nel dominio del tempo, propagazione e transitori, diagrammi a rimbalzo.
Cenni sulle guide d’onda metalliche e sulle guide dielettriche e fibre ottiche.
Principali tipologie di antenne. Grandezze caratteristiche delle antenne. Progetto di un radiocollegamento e Formula di Friis. Formula del radar. Dipolo hertziano. Antenna a loop. Schiere di antenne. Condizioni di continuità. Antenne a riflettore. Antenne Yagi-Uda e Log-periodiche. Antenne d’apertura, a tromba e paraboloidi. Antenne di precisione. Banda delle antenne. Cenni sulle problematiche di compatibilità elettromagnetica.

Bibliografia

- Stefano Selleri, “Propagazione Elettromagnetica Guidata”, Monte Università Parma Editore, Parma, 2006.
- Fawwaz T. Ulaby, Fondamenti di Campi Elettromagnetici”, McGraw-Hill, Edizione Italiana, Milano, 2005.
- John D. Kraus, Daniel A. Fleisch, “Electromagnetics with Applications”, McGraw-Hill, Singapore 1999.
- Constantine A. Balanis, “Antenna Theory”, Wiley, New York, 1982.

Metodi didattici

Lezioni svolte dal docente (75%);
esercitazioni alla lavagna (15%);
esperienze di gruppo di laboratorio sperimentale e CAD (5%);
seminari di esperti esterni (5%).

Modalità verifica apprendimento

L'esame è costituito da una prova scritta ed un colloquio orale.
Nella prova scritta sono previsti esercizi in cui lo studente possa applicare le capacità di analisi, progetto e dimensionamento di linee di trasmissione, antenne e radiocollegamenti.
Durante la prova orale lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze richieste della propagazione elettromagnetica sia libera che guidata e capito i meccanismi di funzionamento delle linee e delle antenne.
Il colloquio prevede anche l'esposizione delle esperienze di laboratorio.