CAMPI ELETTROMAGNETICI E PROPAGAZIONE

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 nel dominio del tempo. Condizioni di risonanza, condizioni di radiazione all’infinito.

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).

Propagazione attraverso l’atmosfera. Pro­pa­gazione per onda superficiale. Propagazione per onda ionosferica.

Propagazione guidata

Linee di trasmissione.

Strutture guidanti a simmetria cilindrica longitudinale e contorno metallico.

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. Parametri primari e secondari di una linea di trasmissione.

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. Rapporto d’onda stazionaria (ROS). Problema dell’adattamento. Metodi per il trasferimento massimo di potenza: trasformatore a un quarto d’onda.

Guide d’onda

Modi TE e modi TM. Equazione d’onda o di Helmholtz per i potenziali di modo e loro proprietà. 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 TE 10 .

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. Condizioni di zona lontana. Campo irradiato da una spira di corrente elementare.

Campo irradiato da un’antenna filiforme: antenna a mezz'onda.

Parametri di una antenna: altezza efficace , resistenza di ingresso e resistenza di irradiazione. Direttività, guadagno.

Antenne in ricezione. Adattamento in polarizzazione e adattamento in potenza.

Area efficace.

Formula del collegamento (propagazione nello spazio libero, attenuazione di spazio libero).

Laboratorio

Studio problemi elettromagnetici mediante CAD numerici. Misura della frequenza di risonanza e del diagramma di radiazione di antenne. Onde piane: leggi si Snell/coefficienti di Fresnel (incidenza normale CAD numerico, incidenza obligua esperienza in laboratorio). Polarizzazione.