INGEGNERIA DELLE MICROONDE

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.

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

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

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

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.

[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)

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.

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