ID:
75419
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
CAMPI ELETTROMAGNETICI
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA/Percorso Comune Anno: 3
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (19/09/2024 - 17/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
L'obiettivo principale di questo insegnamento è quello di fornire alle studentesse ed agli studenti i fondamenti necessari per affrontare lo studio della propagazione delle onde elettromagnetiche ed il dimensionamento dei sistemi di telecomunicazione in spazio libero.
In questo insegnamento verranno fornite le conoscenze indispensabili per analizzare e comprendere i fenomeni alla base della propagazione delle onde elettromagnetiche, e verranno illustrati i modelli matematici utilizzati per il loro studio.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno:
• l’utilizzo del calcolo vettoriale e differenziale;
• la propagazione elettromagnetica in mezzi omogenei ed in presenza di discontinuità;
• l’utilizzo della tecnica delle linee di trasmissione;
• l’analisi delle problematiche di adattamento e l’uso della Carta di Smith per il progetto di adattatori;
• il concetto di antenna e la definizione delle proprietà fondamentali delle antenne trasmittenti e riceventi.
Le principali abilità (ossia le capacità di applicare le conoscenze acquisite) apprese dalle studentesse e dagli studenti saranno invece le seguenti:
• capacità di analizzare la propagazione delle onde elettromagnetiche, sia in spazio libero che in presenza di disomogeneità del mezzo trasmissivo;
• capacità di effettuare l’adattamento di impedenza fra linea di trasmissione ed antenna;
• capacità di effettuare il dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione in spazio libero.
In questo insegnamento verranno fornite le conoscenze indispensabili per analizzare e comprendere i fenomeni alla base della propagazione delle onde elettromagnetiche, e verranno illustrati i modelli matematici utilizzati per il loro studio.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno:
• l’utilizzo del calcolo vettoriale e differenziale;
• la propagazione elettromagnetica in mezzi omogenei ed in presenza di discontinuità;
• l’utilizzo della tecnica delle linee di trasmissione;
• l’analisi delle problematiche di adattamento e l’uso della Carta di Smith per il progetto di adattatori;
• il concetto di antenna e la definizione delle proprietà fondamentali delle antenne trasmittenti e riceventi.
Le principali abilità (ossia le capacità di applicare le conoscenze acquisite) apprese dalle studentesse e dagli studenti saranno invece le seguenti:
• capacità di analizzare la propagazione delle onde elettromagnetiche, sia in spazio libero che in presenza di disomogeneità del mezzo trasmissivo;
• capacità di effettuare l’adattamento di impedenza fra linea di trasmissione ed antenna;
• capacità di effettuare il dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione in spazio libero.
Prerequisiti
È necessario avere acquisito ed assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di base di Matematica, Fisica Teoria dei Circuiti:
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale e vettoriale;
• concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• concetti fondamentali della teoria dei circuiti e dei metodi per trattare i circuiti elettrici nel dominio del tempo ed in regime sinusoidale.
• concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale e vettoriale;
• concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
• concetti fondamentali della teoria dei circuiti e dei metodi per trattare i circuiti elettrici nel dominio del tempo ed in regime sinusoidale.
Metodi didattici
L’insegnamento è organizzato con lezioni in aula (60 ore) su tutti gli argomenti elencati nel programma. Durante le lezioni verranno proposte le soluzioni di alcuni esercizi riguardanti la propagazione elettromagnetica, le problematiche di adattamento fra antenna e linea di trasmissione, lo studio delle antenne ed il dimensionamento di sistemi di comunicazione via radio.
Verifica Apprendimento
L’esame consiste in una prova scritta (obbligatoria) ed una orale (facoltativa se il punteggio acquisito nella prova scritta è almeno pari a 24) e verte sugli argomenti trattati dall'insegnamento.
L’obiettivo della prova d’esame è quello di verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Nella prova scritta, avente una durata di 3 ore, gli studenti devono risolvere tre esercizi: uno sulla propagazione delle onde in presenza di discontinuità, uno sull’adattamento di impedenza nelle linee di trasmissione ed infine uno sul dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione o di un RADAR.
Nella prova orale, agli studenti viene chiesto di rispondere ad alcune domande, con lo scopo di valutarne il livello di apprendimento e la capacità di analizzare e risolvere problematiche connesse con gli argomenti trattati durante il corso. Nella valutazione, oltre al rigore argomentativo, profondità di analisi e completezza della risposta, verranno valutate anche la proprietà di linguaggio e le capacità di integrazione fra i diversi argomenti.
Per superare l’esame è necessario raggiungere una valutazione minima di 18 su 30. Il superamento dell'esame dimostra l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. Gli studenti possono chiedere di sostenere l'esame anche in lingua inglese o francese.
L’obiettivo della prova d’esame è quello di verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Nella prova scritta, avente una durata di 3 ore, gli studenti devono risolvere tre esercizi: uno sulla propagazione delle onde in presenza di discontinuità, uno sull’adattamento di impedenza nelle linee di trasmissione ed infine uno sul dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione o di un RADAR.
Nella prova orale, agli studenti viene chiesto di rispondere ad alcune domande, con lo scopo di valutarne il livello di apprendimento e la capacità di analizzare e risolvere problematiche connesse con gli argomenti trattati durante il corso. Nella valutazione, oltre al rigore argomentativo, profondità di analisi e completezza della risposta, verranno valutate anche la proprietà di linguaggio e le capacità di integrazione fra i diversi argomenti.
Per superare l’esame è necessario raggiungere una valutazione minima di 18 su 30. Il superamento dell'esame dimostra l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. Gli studenti possono chiedere di sostenere l'esame anche in lingua inglese o francese.
Testi
Il Corso può essere preparato utilizzando gli appunti forniti dal docente.
Argomenti specifici possono essere approfonditi sui seguenti testi:
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione, Amazon.
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione – Esercizi Svolti, Amazon.
G. Gerosa, P. Lampariello, Lezioni di campi elettromagnetici, Ingegneria 2000.
P. Bassi, L. Scolari, R. Zoli, Propagazione di onde elettromagnetiche, CLUEB.
P. Bassi, C. Zaniboni, Introduzione ai campi elettromagnetici, BUP.
G. Conciauro, L. Perregrini, Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill.
F.T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici, McGraw-Hill.
S.J. Orfanidis, Electromagnetic waves and antennas, http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
M. Midrio, Campi Elettromagnetici, SGE Editoriali, Padova.
M.N.O. Sadiku, Elements of Electromagnetics, Oxford.
M.N.O. Sadiku, Principles of Electromagnetics, Oxford.
P. Bassi, G. Bellanca, G. Tartarini, Propagazione ottica libera e guidata, CLUEB.
Argomenti specifici possono essere approfonditi sui seguenti testi:
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione, Amazon.
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione – Esercizi Svolti, Amazon.
G. Gerosa, P. Lampariello, Lezioni di campi elettromagnetici, Ingegneria 2000.
P. Bassi, L. Scolari, R. Zoli, Propagazione di onde elettromagnetiche, CLUEB.
P. Bassi, C. Zaniboni, Introduzione ai campi elettromagnetici, BUP.
G. Conciauro, L. Perregrini, Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill.
F.T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici, McGraw-Hill.
S.J. Orfanidis, Electromagnetic waves and antennas, http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
M. Midrio, Campi Elettromagnetici, SGE Editoriali, Padova.
M.N.O. Sadiku, Elements of Electromagnetics, Oxford.
M.N.O. Sadiku, Principles of Electromagnetics, Oxford.
P. Bassi, G. Bellanca, G. Tartarini, Propagazione ottica libera e guidata, CLUEB.
Contenuti
L’insegnamento prevede lezioni frontali ed esercitazioni sui seguenti argomenti:
• Introduzione all'elettromagnetismo
Richiami di calcolo vettoriale. Operatori differenziali in elettromagnetismo. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Equazione di continuità. Relazioni costitutive. Condizioni al contorno.
• Metodologie e concetti base della propagazione
Il dominio della frequenza: regime sinusoidale, fasori, vettori complessi e polarizzazione. Trasformate di Fourier. Costanti secondarie. Teoremi fondamentali: Poynting, equivalenza ed unicità.
• Equazione delle onde e potenziali elettrodinamici
Metodi di soluzione dell’equazione delle onde non omogenea: potenziali elettrodinamici. Onde piane: classificazione, polarizzazione, trasporto di potenza. Riflessione e rifrazione: leggi di Snell, riflessione totale ed angolo critico, angolo di Brewster. Trasmissione di segnali: velocità di fase, di gruppo e dispersione. Pacchetti di onde piane.
• Linee di Trasmissione ed Adattamento
Linee di trasmissione equivalenti: equazioni dei telegrafisti. Coefficiente di trasmissione e di riflessione. Impedenza. Adattamento in uniformità e in potenza. Carta di Smith. Adattamento a singolo e doppio stub. Adattatori a quarto d’onda.
• Radiazione e Antenne
Soluzione del problema della radiazione (problema non omogeneo): funzione di Green. Dipolo di Hertz. Campo di radiazione di sorgenti estese. Zone di trasmissione: campo vicino e campo lontano. Parametri d'antenna: diagramma di radiazione, direttività, guadagno, area efficace, polarizzazione. Bilancio di un radiocollegamento: dalle espressioni dei campi elettromagnetici alla formula di Friis. Equazione del RADAR.
• Introduzione all'elettromagnetismo
Richiami di calcolo vettoriale. Operatori differenziali in elettromagnetismo. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Equazione di continuità. Relazioni costitutive. Condizioni al contorno.
• Metodologie e concetti base della propagazione
Il dominio della frequenza: regime sinusoidale, fasori, vettori complessi e polarizzazione. Trasformate di Fourier. Costanti secondarie. Teoremi fondamentali: Poynting, equivalenza ed unicità.
• Equazione delle onde e potenziali elettrodinamici
Metodi di soluzione dell’equazione delle onde non omogenea: potenziali elettrodinamici. Onde piane: classificazione, polarizzazione, trasporto di potenza. Riflessione e rifrazione: leggi di Snell, riflessione totale ed angolo critico, angolo di Brewster. Trasmissione di segnali: velocità di fase, di gruppo e dispersione. Pacchetti di onde piane.
• Linee di Trasmissione ed Adattamento
Linee di trasmissione equivalenti: equazioni dei telegrafisti. Coefficiente di trasmissione e di riflessione. Impedenza. Adattamento in uniformità e in potenza. Carta di Smith. Adattamento a singolo e doppio stub. Adattatori a quarto d’onda.
• Radiazione e Antenne
Soluzione del problema della radiazione (problema non omogeneo): funzione di Green. Dipolo di Hertz. Campo di radiazione di sorgenti estese. Zone di trasmissione: campo vicino e campo lontano. Parametri d'antenna: diagramma di radiazione, direttività, guadagno, area efficace, polarizzazione. Bilancio di un radiocollegamento: dalle espressioni dei campi elettromagnetici alla formula di Friis. Equazione del RADAR.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
3 anni
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Persone
Persone (2)
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