CAMPI ELETTROMAGNETICI E PROPAGAZIONE

Conoscenza del calcolo fasoriale. Operatori differenziali. Conoscenze di base del calcolo differenziale ed integrale. Conoscenze delle tecniche di analisi dei circuiti a parametri concentrati.

PARTE I: INTRODUZIONE ALL’ ELETTROMAGNETISMO, EQUAZIONI DI MAXWELL E PRINCIPI GENERALI

Introduzione all’ elettromagnetismo. Cenni storici, rilevanza ed applicazioni. Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo: forma integrale e forma differenziale. Densità di carica e densità di corrente. Forza di Lorentz. Condizioni di raccordo sulle superfici di discontinuità. Equazioni di Maxwell in regime sinusoidale. Rappresentazione fasoriale. Polarizzazione del campo elettromagnetico. Relazioni costitutive. Proprietà dei mezzi materiali. Mezzi normali. Mezzi dispersivi nel tempo. Relazione costitutiva per un plasma freddo e senza collisioni. Teoremi energetici. Teorema di Poynting nel dominio del tempo e nel dominio dei fasori. Teoremi di unicità nel DT e nel dominio dei fasori: problema interno (con dimostrazione), condizioni di risonanza, problema esterno (senza dimostrazione), condizioni di radiazione all’infinito.

PARTE II – PROPAGAZIONE LIBERA

Soluzione di onda piana nel DF. Condizioni di onda piana. Onde piane omogenee ed onde piane non omogenee. Riflessione e trasmissione su un'interfaccia piana. Incidenza normale. Caso di buon conduttore: profondità di penetrazione. Leggi di Snell. Coefficienti di Fresnel per polarizzazione parallela (TM) e polarizzazione ortogonale (TE). Caso di mezzi senza perdite. Trasmissione totale (angolo di Brewster) e riflessione totale (angolo limite). Trasmissione in un mezzo con perdite. Condizione di Leontovic.

PARTE III - PROPAGAZIONE GUIDATA

III.a Linee di trasmissione

Strutture guidanti a simmetria cilindrica longitudinale e contorno metallico. Separazione delle componenti trasverse e longitudinali. Modi TEM. Tensione e corrente su una linea di trasmissione. Equazioni dei telegrafisti nel dominio del tempo e della frequenza. Soluzione dell’equazione dei telegrafisti. Velocità di fase. Soluzione in forma progressiva e in forma stazionaria. Coefficiente di riflessione. Definizione di impedenza, formula del trasporto di impedenza. Andamento di tensione e corrente su una linea: carico adattato, carico reattivo, carico generico. Rapporta d’onda stazionaria (ROS). Problema dell’adattamento. Metodi per il trasferimento massimo di potenza: trasformatore a un quarto d’onda, adattamento mediante stub, metodo del doppio stub in derivazione. Risonanza sulle linee di trasmissione, risonanza serie e risonanza parallelo, condizioni di risonanza. Perdite nelle linee di trasmissione. Linee con piccole perdite. Propagazione di un segnale a banda stretta, velocità di gruppo.

III.b Guide d’onda

Modi TE e modi TM. Equazione d’onda o di Helmholtz per i potenziali di modo e loro proprietà. Proprietà degli autovalori, ortogonalità delle autofunzioni. Espansione modale. Proprietà di ortogonalità in potenza dei modi. Linee di trasmissione equivalenti. Dispersione nelle guide d’onda e frequenze di taglio. Modo fondamentale e modi superiori. Calcolo dei modi TE e TM in guida d’onda rettangolare. Dimensionamento della guida rettangolare. Modo fondamentale TE10.

PARTE IV - IRRADIAZIONE E RICEZIONE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO

Potenziali elettromagnetici. Trasformazioni di Gauge. Calcolo del potenziale vettore e del campo irradiato dal dipolo elettrico elementare in un mezzo omogeneo. Teorema di dualità. Campo irradiato da una spira di corrente elementare. Campo irradiato da un’antenna filiforme. Condizioni di zona lontana. Altezza efficace. Resistenza di ingresso e resistenza di irradiazione. Parametri di una antenna in trasmissione: direttività, guadagno. Dipolo elementare, dipolo corto, antenna a mezz’onda. Antenne in ricezione. Adattamento in polarizzazione e adattamento in potenza. Area efficace. Formula del collegamento. Sorgenti immagine.

PARTE V – LABORATORIO

Studio e dimensionamento di guide d’onda ed antenne filiformi mediante metodi numerici. Misura del diagramma di radiazione di antenne.

G. Franceschetti, Campi Elettromagnetici, Boringhieri.

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

Colloquio orale