Insegnamento CAMPI ELETTROMAGNETICI CON LABORATORIO
- Corso
- Ingegneria informatica ed elettronica
- Codice insegnamento
- 70A00066
- Curriculum
- Ingegneria elettronica
- Docente
- Mauro Mongiardo
- Docenti
-
- Mauro Mongiardo
- Ore
- 81 ore - Mauro Mongiardo
- CFU
- 9
- Regolamento
- Coorte 2019
- Erogato
- 2021/22
- Attività
- Caratterizzante
- Ambito
- Ingegneria elettronica
- Settore
- ING-INF/02
- Tipo insegnamento
- Obbligatorio (Required)
- Tipo attività
- Attività formativa monodisciplinare
- Lingua insegnamento
- ITALIANO
- Contenuti
- Linee di trasmissione
Risoluzione delle equazioni delle linee di trasmissione. Onde progressive e onde stazionarie. Parametri caratteristici di linea. Carta di Smith: applicazioni. Cenni al caso di linee con perdite.
Equazioni e teoremi fondamentali dell’Elettromagnetismo
Richiami: campi scalari e vettoriali; operatori vettoriali; metodo dei fasori
Equazioni fondamentali: campo elettromagnetico; equazioni di Maxwell; relazioni costitutive; principio di dualità; condizioni al contorno; classificazione dei problemi e.m.; cenni di elettrostatica e magnetostatica.
Elettrodinamica: teorema di Poynting, interpretazione fisica; vettori complessi, polarizzazione; campo e.m. e potenza in notazione complessa; equazioni di Maxwell e teorema di Poynting nel domino della frequenza; equazione delle onde, potenziali elettrodinamici, funzioni d'onda, di ampiezza e di fase.
Onde piane
Vettore di propagazione e velocità di fase. Le onde piane come soluzione dell’equazioni di Maxwell. Onde piane uniformi e non uniformi in mezzi non dissipativi: onde TEM, TE e TM. Onde TEM in mezzi con perdite. Riflessione e trasmissione con incidenza normale; incidenza obliqua: leggi della riflessione e di Snell;.coefficienti di riflessione; angolo di Brewster; riflessione totale; riflessione da una superficie di un mezzo buon conduttore. Polarizzabilità dielettrica.
Radiazione e.m.
Funzione di Green per lo spazio libero; potenziale vettore per sorgenti qualunque. Dipolo di Hertz. Condizioni di radiazione. Teoremi di reciprocità e di equivalenza; loro applicazioni. Antenne: diagramma di radiazione; direttività e area equivalente. Formula di Friis, equazione del radar.
Propagazione guidata
Strutture a simmetria cilindrica. Espressioni dei campi e.m.: onde TE, TM e TEM; linee di trasmissione equivalenti. Condizioni al contorno. Modi di propagazione; autovalori e autofunzioni. Frequenza di taglio.
Guide d’onda: microstrisce; guide d'onda metalliche; guide dielettriche. - Testi di riferimento
- F. T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici - Teoria ed Applicazioni, Mc Graw Hill, Milano, 2006.
- Obiettivi formativi
- Comprendere i fenomeni fisici connessi alla propagazione delle onde elettromagnetiche, al fine di fornire una visione unitaria di metodologie per affrontare lo studio di varie classi di problemi elettromagnetici, per fini di ricerca e di progetto, nei settori dell’elettronica e delle telecomunicazioni.
- Prerequisiti
- Al fine di comprendere e saper applicare le teorie e tecniche descritte nell'insegnamento sono necessarie le conoscenze dei seguenti esami: Analisi matematica II, Geometria I, Fisica B, Teoria dei circuiti
- Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
esercitazioni in aula con l'uso di software idonei alla soluzione di problemi elettromagnetici;
esercitazioni di misura in laboratorio. - Altre informazioni
- Il docente fornisce materiale didattico per illustrare dettagliatamente gli argomenti svolti a lezione
- Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame prevede una prova orale, una prova scritta ed eventualmente l'esposizione di un elaborato tecnico.
La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti. finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici sviluppati nel programma. La prova orale consentirà inoltre la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione.
la prova scritta consiste nella soluzione di problemi a carattere teorico e computazionale. - Programma esteso
- Linee di Trasmissione
Equazioni delle linee di trasmissione in regime temporale e in regime armonico sinusoidale.
Propagazione di tensione e corrente lungo le linee. Impedenza caratteristica, costante di fase,
coefficiente di riflessione. Onde stazionarie, rapporto d’onda stazionaria. Adattatore in quarto
d'onda. Abaco (carta) di Smith e applicazioni.
Elettrostatica e magnetostatica.
Le equazioni di Maxwell in elettrostatica. Legge di Coulomb. Legge di Gauss. Potenziale scalare
elettrico. Campo generato da cariche puntiformi e da distribuzioni continue. Equazioni di Poisson e
di Laplace. Metodi di soluzione dell’equazione di Laplace (separazione delle variabili e differenze
finite)*. Proprietà elettriche dei materiali. Conduttori, Resistenza. Legge di Joule. Dielettrici.
Condizioni al contorno elettriche. Condensatore piano. Capacità. Resistenza. Energia elettrostatica.
Teorema di Green. Teorema di unicità in elettrostatica*. Metodo delle immagini.
Equazioni di Maxwell per la magnetostatica. Potenziale vettore magnetico. Energia magnetostatica.
Elettrodinamica
Equazioni di Maxwell tempo-varianti in forma differenziale e integrale. Relazioni costitutive.
Equazione di continuità. Leggi di Kirchhoff. Condizioni al contorno. Potenziali elettrodinamici.
Potenziali ritardati. Campi in regime armonico. Polarizzazione dei vettori. Equazioni di Maxwell
nel dominio della frequenza. Onde piane e loro proprietà. Costante di fase, velocità di fase e di
gruppo. Vettore di propagazione. Onde piane in mezzi con perdite. Flusso di corrente in un buon
conduttore. Impedenza superficiale. Teorema di Poynting nel dominio della frequenza*. Densità di
potenza di un'onda piana uniforme e di un'onda attenuata.
Riflessione e trasmissione delle onde.
Incidenza all'interfaccia piana tra due dielettrici privi di perdite. Coefficienti di riflessione e di
trasmissione. Leggi di Snell. Angolo di Brewster. Riflessione totale. Incidenza di un'onda su un
buon conduttore. Effetto pelle.
Antenne
Radiazione e antenne. Dipolo corto. Approssimazione di campo lontano. Densità di potenza.
Diagramma di radiazione, direttività, guadagno, resistenza di radiazione, EIRP. Dipolo a
mezz’onda. Formula di Friis.
Propagazione guidata
Guide d’onda metalliche. Soluzione delle equazioni di Maxwell nelle guide d’onda rettangolari.
Frequenza di cutoff. Modi di propagazione. Modo fondamentale. Diagramma di dispersione.