TRANSMISSION LINES and ANTENNAS

Conoscenza e capacità di comprensione: Acquisizione delle metodologie di base riguardanti l'irradiazione e la propagazione del campo elettromagnetico per lo studio e l'analisi dei mezzi trasmissivi e delle antenne.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper analizzare le strutture guidanti e le antenne per la trasmissione dei segnali.

Autonomia di giudizio: Capacità deduttive e di ragionamento critico. Capacità di individuare e confrontare tra loro i metodi più appropriati per studiare problemi applicativi.

Abilità comunicative: Capacità di di esporre, sia oralmente sia mediante prove scritte, i contenuti dell'insegnamento con proprietà di linguaggio tecnico e rigore metodologico.

Lezioni frontali, esercitazioni ed esperienze di laboratorio. La valutazione dell'apprendimento può anche essere effettuata on-line a seconda delle circostanze specifiche richieste.

Conoscenze di base delle operazioni sui fasori, vettori e operazioni integro-differenziali. Equazioni differenziali. Trasformata di Fourier. Analisi dei circuiti a parametri concentrati.

Frequenza non obbligatoria ma consigliata, in particolar modo per le esperienze di laboratorio.

PARTE I - INTRODUZIONE E PRINCIPI GENERALI

Introduzione all’ elettromagnetismo, rilevanza ed applicazioni. Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo. Forza di Lorentz. Condizioni di raccordo sulle superfici di discontinuità. Equazioni di Maxwell in regime sinusoidale. Polarizzazione del campo elettromagnetico. Relazioni costitutive. Proprietà elettromagnetiche dei mezzi. Relazione costitutiva del plasma freddo e senza collisioni. Vettore di Poynting e unicità. Condizioni di radiazione all’infinito.

PARTE II - LINEE DI TRASMISSIONE E GUIDE D'ONDA

Strutture guidanti a simmetria cilindrica e contorno metallico. Modi TEM. Tensione e corrente lungo una linea di trasmissione. Equazioni dei telegrafisti nel dominio del tempo e della frequenza. Velocità di fase. Soluzione in forma progressiva e in forma stazionaria. Coefficiente di riflessione. Formula del trasporto di impedenza. Carico adattato, carico reattivo, carico generico. Rapporta d’onda stazionaria (ROS). Tecniche di adattamento, trasformatore a un quarto d’onda, adattamento mediante stub. Condizioni di risonanza sulle linee di trasmissione. Perdite nelle linee di trasmissione. Propagazione di un segnale a banda stretta e velocità di gruppo. Modi in guida d’onda. Linee di trasmissione equivalenti. Dispersione nelle guide d’onda e frequenze di taglio. Modo fondamentale e modi superiori. Modi TE e TM in guida d’onda rettangolare.

PARTE III – RIFLESSIONE E TRASMISSONE DI ONDE PIANE

Onde piane omogenee ed onde piane non omogenee. Incidenza normale. Profondità di penetrazione. Leggi di Snell. Coefficienti di Fresnel per polarizzazione parallela (TM) e polarizzazione ortogonale (TE). Trasmissione in mezzi senza perdite. Trasmissione totale e riflessione totale. Trasmissione in un mezzo con perdite. Condizione di Leontovic.

PARTE IV - IRRADIAZIONE E ANTENNE

Potenziali elettromagnetici. Campo irradiato da un dipolo elettrico elementare. Campo irradiato da una spira di corrente elementare. Dualità. Campo irradiato da antenne filiforme. Condizioni di zona lontana. Altezza efficace. Resistenza di ingresso e resistenza di irradiazione. Parametri di una antenna in trasmissione, direttività e guadagno. Dipolo corto, dipolo a mezz’onda, monopolo. Antenne in ricezione. Adattamento in polarizzazione e adattamento in potenza. Area efficace. Formula del collegamento. Sorgenti immagine.

LABORATORIO

Verifica sperimentale delle leggi di Snell a frequenze ottiche. Studio, progettazione e caratterizzazione sperimentale di strutture guidanti. Misura del diagramma di radiazione di antenne a filo.

G. Franceschetti, Electromagnetics, Theory, Techniques, and Engineering Paradigms, Springer

S. J. Orfanidis, Electromagnetic Waves and Antennas

R. Sorrentino e G. Bianchi, Microwave and RF Engineering, John Wiley & Sons

G. Manara, A. Monorchio, P. Nepa, Appunti di Campi Elettromagnetici, SEU, Pisa.

Prova scritta e colloquio orale

Le domande verteranno sugli argomenti specifici indicati nella sezione CONTENUTI NEL CORSO