INGEGNERIA DELLE MICROONDE

Teoremi generali

Soluzioni delle equazioni di Maxwell nella forma onda piana: condizione di separabilità e soluzioni non banali. Potenziali elettrodinamici. Teorema di equivalenza. Teorema di reciprocità, esempio: una corrente superficiale che scorre su un PEC non irradia.

Cfu lezione: 1 (ore 7)

Strutture guidanti

Strutture cilindriche e potenziali longitudinali (Az e Fz). Condizione di normalizzazione e possibili scelte per le tensioni e correnti equivalenti generalizzate. Perdite in guida. Lancio in guida (campo generato da sorgenti assegnate). Relazioni di ortogonalità (nel caso di perdite). Teorema di equivalenza per studiare guide eccitate da aperture. Guida d'onda a sezione circolare. Strutture a sezione molteplicemente connessa: conduttori piani e paralleli, microstrip line (modello quasi statico), linea complanare (CPW). Guide dielettriche: guida slab, fibra ottica.

Cfu lezione: 2 (ore 14)

Circuiti e componenti passivi a microonde

Carta/abaco/diagramma di Smith. Trasformazione di impedenza lungo la linea

utilizzando la carta di Smith (uso del diagramma di Smith). Curve a impedenza/ammettenza costante. Reti di matching con elementi concentrati. Curve a Q costante (esempio con un trasformatore a quarto d'onda a singola e doppia sezione). Parametri di scattering. Circuito a microonde e matrice di diffusione o di scattering [S]. Matrice impedenza [Z]. Legame tra matrice [S] e [Z]. Reti prive di perdite: [S]^T [S] = [U]. Modello circuitale del tronco di linea. Spostamento dei piani di riferimento. Metodo dei grafo di flusso (Flow graphs). Scattering transfer parameters (cenni). Accoppiatori direzionali: accoppiamento, direttività e isolamento. Accoppiatore direzionale a due fori. T magico. Accoppiatore direzionale a linee accoppiate (modi pari e dispari). Accoppiatore a diramazione. Sfasatore a riflessione. Cavità risonanti. Frequenze di risonanza (di cavità ricavate da tratti di guida). Risonatori planari: patch rettangolare. Fattore di qualità Q. Fattore di qualità di un risonatore a cavità (perdite nel dielettrico e nel conduttore al crescere delle dimensioni del risonatore). Impedenza di ingresso di un risonatore parallelo, fattore di qualità e larghezza di banda relativa.

Cfu lezione: 3 (ore 21)

Antenne e schiere di antenne

Antenna a patch. Modello a cavità: frequenza di risonanza e campi irradiati nel

piano E e nel piano H. Metodi di alimentazione per antenne a patch. Schiere di antenne e fattore di array. Butler

beam-forming matrix.

Cfu lezione: 1 (ore 7)

Applicazioni delle microonde ai plasmi

Onde piane in un plasma magnetizzato. Approssimazione di plasma freddo. Frequenza di risonanza giromagnetica. Propagazione longitudinale e rotazione di Faraday. Propagazione in direzione ortogonale al campo magnetico. Electron Cyclotron Resonance (ECR). Velocità degli elettroni e risonanza.

Cfu lezione: 1 (ore 7)

Laboratorio

Analizzatore di rete (scalare e vettoriale). Analizzatore di rete: modello a 4 porte e modello ridotto a 2 porte. Reti di errore e calibrazione. Calibrazione nel caso di singola porta: determinazione della rete di errore con tre standard noti. Misure con analizzatore di rete: calibrazione, misure di return loss di antenne, misura di parametri S di giunzioni a microonde (accoppiatori direzionali etc.). Misure di diagrammi di radiazione di antenne. Cenni di elettromagnetismo computazionale e progetto di antenne a patch e di giunzioni con HFSS.

Cfu: 1 laboratorio (ore 25)

• Sorrentino e Bianchi, Microwave and RF Engineering, John Wiley & Sons, 2010
• R. E. Collin, Fundations for Micowave Engineering, IEEE Press, Wiley & Sons, 2001
• S. J. Orfanidis, Electromagnetic Waves and Antennas (ww.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa)
• R. E. Collin, Antennas and Radiowave Propagation, Mc Graw-Hill, 1985