INGEGNERIA DELLE MICROONDE

Anno accademico 2018/2019 - 2° anno
Docente: Loreto DI DONATO
Crediti: 9
SSD: ING-INF/02 - Campi elettromagnetici
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 144 di studio individuale, 56 di lezione frontale, 25 di laboratorio
Semestre:
ENGLISH VERSION

Obiettivi formativi

Saper analizzare componenti e circuiti a microonde mediante il formalismo delle linee di trasmissione e delle matrici di scattering. Acquisizione di strumenti per l'analisi, la progettazione e la caratterizzazione sperimentale in laboratorio di strutture guidanti, antenne e dispositivi a microonde.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

L'insegnamento prevede lezioni frontali, esperienze di laboratorio sperimentale e svolgimento di esercizi mirati ad approfondire i contenuti delle lezioni.


Prerequisiti richiesti

Conoscenze di base della teoria campi elettromagnetici con particolare riferimento alla propagazione libera, propagazione guidata e all’irradiazione.


Frequenza lezioni

Non obbligatoria per le lezioni frontali. Non obbligatoria, ma consigliata, per le esperienze di laboratorio.


Contenuti del corso

Complementi di propagazione guidata

Richiami di propagazione guidata, potenziali elettromagnetici, modi TE, TM, TEM. Guida d'onda circolare. Perdite nelle guide d’onda. Cavità risonanti. Microstriscia. Guida dielettrica. Fibre ottiche.

Componenti e circuiti passivi a microonde

Circuiti a microonde. Mezzi reciproci. Matrice Z. Matrice S, legame tra le matrici Z e S. Reti senza perdite. Spostamento dei piani di riferimento per la matrice S. Grafi di flusso e regole di riduzione. Problema delle calibrazione mediante grafi di flusso e riflessioni multiple.

Giunzioni ad 1 bocca: carico adattato, corto circuito mobile.

Giunzione a 2 bocche: attenuatori e sfasatori in guida d'onda, sfasatore calibrato in guida d'onda circolare.

Giunzioni a 3 bocche: proprietà generali, circolatore, giunzioni a T e Y, divisore di potenza resistivo a tre vie.

Giunzioni a 4 bocche: proprietà generali, accoppiatore direzionale.

Mezzi anisotropi e non reciproci

Relazione costitutiva di un plasma magnetizzato, propagazione di onde piane in un plasma magnetizzato*. Rotazione di Faraday. Ferrite magnetizzata, isolatore in guida d’onda con ferrite magnetizzata.

Antenne e Array di Antenne

Sorgenti equivalenti. Antenna in microstriscia. Antenne ad apertura, campo radiato da un’apertura, campo radiato da guida d’onda rettangolare, direttività. Trombini settoriali e antenna a tromba. Array di antenne*, direttività ed ampiezza di fascio per allineamenti broad-side ed end-fire.

Topics: applicazioni di Ingegneria delle Microonde

Radar e sezione radar. Meccanismi di interazione tra campi elettromagnetici e sistemi biologici*, principi di radioprotezione e normativa vigente. Risonanza Magnetica Nucleare (RMN). Laser e strutture a bandgap elettromagnetico* (cristalli fotonici). Equazioni della diffusione. Problemi inversi di scattering elettromagnetico*, diagnostica e tomografia a microonde*. Georadar*.

Laboratorio

Analizzatore di Reti Vettoriale (VNA). Calibrazione ad 1 porta (SOL) e a due 2 porte (SOLT e TRL). Carta di Smith. Accoppiatore direzionale a due fori. Accoppiatore Moreno. T Magic. Caratterizzazione sperimentale di componenti e circuiti a microonde. Progettazione di antenne in microstriscia con CAD numerici per l’elettromagnetismo*. Antenna Test Tange: misura del guadagno e del diagramma di radiazione di antenne*.

TESI DI LAUREA: Gli argomenti segnati con asterisco (*) possono essere oggetto di approfondimento nell’ambito di tesi di laurea.


Testi di riferimento

[1] Franceschetti, Campi Elettromagnetici (Bollati Boringhieri, II ed.)

[2] Bianchi e Sorrentino, Microwave and RF Engineering (Wiley)

[3] Collin, Foundations for Microwave Engineering (IEEE Press)

[4] Orfanidis, Electromagnetic Waves and Antennas (http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/)

[5] Conciauro, Appunti delle lezioni di Complementi di Campi E.M. (http://microwave.unipv.it/pages/complementi_di_campi/guide_dielettriche.pdf)

[6] Collin, Antennas and Radiowave Propagation (Mc Graw Hill)

[7] Pozar, Microwave Engineering (Wiley)

[8] Conciauro, Introduzione alle onde elettromagnetiche (Mc Graw Hill)

[A] Ulaby and Ravaioli, Fundamentals of Applied Electromagnetics (Pearson Education, 7th Ed.)

[B] §§ 6.1-6.3 in Slaney and Kak, TOMOGRAPHIC IMAGING WITH DIFFRACTING SOURCES, in H. Ammari, An Introduction to Mathematics of Emerging Biomedical Imaging (Springer)

[C] § 2 in PROTEZIONE DAI CAMPI ELETTROMAGNETICI NON IONIZZANTI (3a Ed.) IFAC-CNR (http://www.ifac.cnr.it/pcemni/libro1/)

[D] §§ 4.1-4.2.4 in A. Webb, INTRODUCTION TO BIOMEDICAL IMAGING (John Wiley and Sons Ltd)

[E] § 1 (parti salienti) in A. E. Siegman, LASERS (University Science Books)



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Richiami di propagazione guidata, potenziali elettromagnetici, modi TM e TE[2] par. 3.1, 3.2, 3.3 / appunti della lezione in aula su Studium 
2Guida d'onda circolare[2] par. 3.10 / appunti della lezione in aula su Studium 
3Perdite nelle guide d’onda[1] par. 3.3.9 / appunti della lezione in aula su Studium 
4Cavità risonanti[1] par. 3.4 / appunti della lezione in aula su Studium 
5Microstriscia[4] par. 11.3 
6Guida dielettrica[5], [4] - par. 9.11 / appunti della lezione in aula su Studium 
7Fibre ottiche [5], [4] par. 11.3 / appunti della lezione in aula su Studium 
8Circuiti a microonde[2] par. 4.1-4.2 / appunti della lezione in aula su Studium 
9Mezzi reciproci (Teorema di reciprocità)[1] par. 1.5, 1.5.7 / appunti della lezione in aula su Studium 
10Matrice Z[4] par. 4.6.1 / appunti della lezione in aula su Studium 
11Matrice S, legame tra le matrici Z e S. Reti senza perdite. Spostamento dei piani di riferimento per la matrice S[2] par. 4.6.4 fino a eq.(4.103) / appunti della lezione in aula su Studium 
12Grafi di flusso: regole di riduzione [7] par. 4.5 / appunti della lezione in aula su Studium 
13Problema delle calibrazione mediante grafi di flusso e riflessioni multiple[7] esempio 4.7 / appunti della lezione in aula su Studium 
14Esperienza Laboratorio 1Introduzione alle misure a microonde e al VNA. Errori di misura 
15Giunzioni ad 1 bocca: carico adattato, corto circuito mobile[3] par. 6.1 / appunti della lezione in aula su Studium 
16Giunzione a 2 bocche: attenuatori e sfasatori in guida d'onda, sfasatore calibrato in guida d'onda circolare[3] par. 6.2-6.3 / appunti della lezione in aula su Studium 
17Giunzioni a 3 bocche: proprietà generali, circolatore[7] par. 7.1 / appunti della lezione in aula su Studium 
18Giunzioni a T e Y, divisore di potenza resistivo a tre vie[7] par. 7.2 / appunti della lezione in aula su Studium 
19Giunzioni a 4 bocche: proprietà generali, accoppiatore direzionale[7] par. 7.4 / appunti della lezione in aula su Studium 
20Esperienza Labratorio 2Calibrazione ad 1 porta (SOL). Terminazioni adattate, corto circuito mobile, attenuatori in guida d'onda 
21Relazione costitutiva di un plasma magnetizzato[8] par. 1.6 (dopo metà pag. 41) / appunti della lezione in aula su Studium 
22Propagazione di onde piane in un plasma magnetizzato[8] par. 10.6 (fino metà pag. 400), par. 10.7, par. 10.8 / appunti della lezione in aula su Studium 
23Rotazione di Faraday[6] par. 6.6, pag. 395-401 / appunti della lezione in aula su Studium 
24Ferrite magnetizzata, principi di funzionamento dell’isolatore in guida d’onda con ferrite magnetizzata[3] par. 6.9 / appunti della lezione in aula su Studium  
25Esperienza Laboratorio 3Misura di sfasamento tra due segnali. Accoppiatore a due fori e accoppiatore Moreno. Calibrazione a 2 porte (SOLT e TRL/TRM). Misure di direttività di accoppiatori direzionali in guida d'onda 
26Allineamenti di antenne[6] - par. 3.6 / appunti della lezione in aula su Studium 
27Array Planari, scan loss[6] - par. 3.6 /appunti della lezione in aula su Studium 
28Esperienza di Laboratorio 4Misura del modulo di coefficiente di riflessione mediante ponte riflettometrico 
29Sorgenti equivalenti - Teorema di Love[1] - par. 1.5 / appunti della lezione in aula su Studium 
30Campo radiato da un’apertura mediante teorema di equivalenza, campo radiato da guida d’onda rettangolare, direttività. Trombini settoriali e antenna a tromba[6] - par. 4.2,4.3,4.4 / appunti della lezione in aula su Studium 
31Antenna a patch [4] - par. 19.6 / appunti della lezione in aula su Studium 
32Esperienza di Laboratorio 5Misure di campo a banda larga e a banda stretta con analizzatore di spettro 
33Laser e cristalli fotonici EBG appunti della lezione in aula su Studium 
34Sistemi MIMO per il 5Gargomento di approfondimento disponibile su Studium 
35Meccanismi di interazione tra campi elettromagnetici e sistemi biologici, principi di radioprotezione e normativa vigente. argomento di approfondimento disponibile su Studium 
36Risonanza Magnetica Nucleare (RMN)argomento di approfondimento disponibile su Studium 
37Radar e sezione radar.argomento di approfondimento disponibile su Studium 

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Colloquio orale e prova pratica di laboratorio durante la quale il candidato dovrà anche presentare, d'intesa con il docente, tesine di argomenti approfonditi durate il corso e/o report delle esperienze di laboratorio. La valutazione finale sarà formulata in base a:

- la pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate;

- la qualità di esposizione dei contenuti;

- la capacità di collegamento con ta diversi argomenti del programma;

- la capacità di saper illustrare e riproporre in maniera autonoma le esperieze di laboratorio;

- la proprietà di linguaggio tecnico e la capacità espressiva complessiva dello studente;

- la capacità di ragionare su problemi ed esercizi inerenti gli argomenti svolti durante le lezioni e il laboratorio.

Lo studente dovrà rispondere complessivamente a due o tre quesiti (il numero dipenderà dal tempo di svolgimento richiesto dal particolare quesito) che coprono l'intero programma del corso. Il voto finale sarà la media delle valutazioni assegnate alle risposte ai singoli quesiti.


Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Le domande verteranno sugli argomenti di cui alla voce "contenuti del corso".