ELETTROMAGNETISMO APPLICATO

Docenti: 
VINCETTI Luca
Crediti: 
9
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
CAMPI ELETTROMAGNETICI (ING-INF/02)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Anno di corso: 
3
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

Conoscenze e comprensione:
mediante le lezioni frontali tenute durante il corso, lo studente acquisirà le conoscenze di base della propagazione elettromagnetica guidata e della propagazione elettromagnetica nello spazio libero; apprenderà inoltre a conoscere e impiegare proficuamente gli strumenti di analisi e progettazione delle linee di trasmissione e dei collegamenti a radiofrequenza nello spazio libero.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
mediante le esercitazioni svolte in classe relativamente ad tutti gli argomenti del programma, lo studente apprenderà come applicare le conoscenze acquisite in un contesto di progettazione. In particolare lo studente si eserciterà nell'utilizzo degli strumenti di analisi e di progetto delle linee di trasmissione, delle antenne e dei collegamenti a radiofrequenza.

Autonomia di giudizio:
lo studente dovrà essere in grado di comprendere in maniera critica il comportamento delle linee e dei radiocollegamenti valutandone le prestazioni e l’adeguatezza in relazione ai materiali, i dispositivi e le frequenze di lavoro impiegati. Dovrà inoltre elaborare i relativi dati a verifica delle prestazioni richieste.

Capacità comunicative:
tramite le lezioni frontali e il confronto con il docente, lo studente acquisisce il lessico specifico inerente la propagazione del campo elettromagnetico nei vari sistemi. Ci si attende che, al termine del corso, lo studente sia in grado di trasmettere in forma orale i principali contenuti del corso, quali idee, problematiche ingegneristiche e relative soluzioni. Lo studente deve anche comunicare le proprie conoscenze con mezzi adeguati, quali diagrammi di flusso, schemi elettrici, rappresentazioni realistiche dei dispositivi impiegati.

Capacità di apprendimento:
lo studente che abbia frequentato il corso sarà in grado di approfondire le proprie conoscenze di elettromagnetismo attraverso la consultazione autonoma di testi specialistici, riviste scientifiche o divulgative, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione, al fine di affrontare efficacemente l’inserimento nel mondo del lavoro o intraprendere percorsi di formazione successivi.

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 (4h). Equazione delle onde e concetto di onda co- a contro-propagante. Velocità di fase (6h). Dominio della frequenza, fasori e trasformate di Fourier. Equazione di Helmholtz (6h). Proprietà dei mezzi materiali. Potenza istantanea, media, attiva e reattiva. Teorema di Poynting (4h). Onde piane uniformi, dissociate ed evanescenti (6h).
Propagazione guidata. Equazioni del Telegrafo e del Telefono. Rappresentazione circuitale delle linee di trasmissione e parametri descrittivi delle linee (8h). 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 (10h). Linee nel dominio del tempo, propagazione e transitori, diagrammi a rimbalzo (3h).
Cenni sulle guide d’onda metalliche e sulle guide dielettriche e fibre ottiche (3h).
Principali tipologie di antenne. Sistema sferico. Dipolo hertziano. Grandezze caratteristiche delle antenne (6h). Progetto di un radiocollegamento e Formula di Friis. Formula del radar (4h). Antenna a loop. Schiere di antenne (6h). 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 (6h).

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 (60%);
Esercitazioni alla lavagna e laboratorio (35%);
Seminari di esperti esterni (5%).

Modalità verifica apprendimento

L'esame è costituito da una prova scritta ed un colloquio orale che devono essere sostenuti durante la stessa sessione d'esame. Il voto finale è definito dalla media delle due prove.
Lo studente può sostenere la prova orale solo se ottiene un punteggio sufficiente, almeno 18/30, nella prova scritta.
Nella prova scritta sono previsti da 6 a 8 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.