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PROPAGAZIONE

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
GAETANO BELLANCA
Crediti formativi
6
Percorso
Ingegneria elettronica e wireless
Periodo didattico
Primo Semestre
SSD
ING-INF/02

Obiettivi formativi

L'obiettivo principale del corso è quello di fornire agli studenti i fondamenti necessari per affrontare lo studio della propagazione delle onde elettromagnetiche ed il dimensionamento dei sistemi di telecomunicazione in spazio libero. Durante il corso verranno fornite le conoscenze indispensabili per analizzare e comprendere i fenomeni alla base della propagazione, e verranno illustrati i modelli matematici utilizzati per il loro studio.
Le principali conoscenze acquisite nell’ambito del corso riguarderanno:
l’utilizzo del calcolo vettoriale e differenziale;
la propagazione elettromagnetica in mezzi omogenei ed in presenza di discontinuità del mezzo;
l’utilizzo della tecnica delle linee di trasmissione;
l’analisi delle problematiche di adattamento e l’uso della Carta di Smith per il progetto di adattatori;
lo studio delle antenne e l’identificazione delle loro proprietà fondamentali;
lo studio dei sistemi di antenne.
Le principali abilità (ossia le capacità di applicare le conoscenze acquisite) apprese dagli studenti saranno invece le seguenti:
capacità di analizzare la propagazione delle onde elettromagnetiche, sia in spazio libero che in presenza di disomogeneità del mezzo trasmissivo;
capacità di effettuare l’adattamento di impedenza fra linea di trasmissione ed antenna;
capacità di effettuare il dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione in spazio libero.

Prerequisiti

E’ necessario avere acquisito ed assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di base di Analisi Matematica, Fisica e del corso di Teoria dei Circuiti:
concetti elementari di analisi matematica e del calcolo differenziale e vettoriale;
conoscenze dei concetti fondamentali di fisica, in particolari quelli relativi all'elettromagnetismo;
conoscenze della teoria dei circuiti e dei metodi per trattare i circuiti elettrici nel dominio del tempo ed in regime sinusoidale.

Contenuti del corso

Il corso prevede 60 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni in aula.
Introduzione all'elettromagnetismo (10 ore)
Richiami di calcolo vettoriale. Operatori differenziali in elettromagnetismo. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Equazione di continuità. Relazioni costitutive. Condizioni al contorno.
Metodologie e concetti base della propagazione (14 ore)
Il dominio della frequenza: regime sinusoidale, fasori, vettori complessi e polarizzazione. Trasformate di Fourier. Costanti secondarie. Teoremi fondamentali: Poynting, equivalenza ed unicità.
Equazione delle onde e potenziali elettrodinamici (14 ore)
Metodi di soluzione dell’equazione delle onde non omogenea: potenziali elettrodinamici. Onde piane: classificazione, polarizzazione, trasporto di potenza. Riflessione e rifrazione: leggi di Snell, riflessione totale ed angolo critico, angolo di Brewster. Trasmissione di segnali: velocità di fase, di gruppo e dispersione. Pacchetti di onde piane.
Linee di Trasmissione ed Adattamento (8 ore)
Linee di trasmissione equivalenti: equazioni dei telegrafisti. Coefficiente di trasmissione e di riflessione. Impedenza. Adattamento in uniformità e in potenza. Carta di Smith. Adattamento a singolo e doppio stub. Adattatori a quarto d’onda.
Radiazione e Antenne (14 ore)
Soluzione del problema della radiazione (problema non omogeneo): funzione di Green. Dipolo di Hertz. Campo di radiazione di sorgenti estese. Zone di trasmissione: campo vicino e campo lontano. Parametri d'antenna: diagramma di radiazione, direttività, guadagno, area efficace, polarizzazione. Bilancio di un radiocollegamento: formula di Friis. Equazione del RADAR.

Metodi didattici

Il corso è organizzato con lezioni in aula su tutti gli argomenti elencati nel programma. Durante le lezioni verranno proposte le soluzioni di alcuni esercizi riguardanti la propagazione elettromagnetica, le problematiche di adattamento fra antenna e linea di trasmissione, lo studio delle antenne ed il dimensionamento di sistemi di comunicazione via radio.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta (obbligatoria) ed una orale (facoltativa se il punteggio acquisito nella prova scritta è almeno pari a 24) e verte sugli argomenti trattati durante il corso. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Nella prova scritta, lo studente deve risolvere esercizi sulla propagazione delle onde in presenza di discontinuità, sull’adattamento di impedenza nelle linee di trasmissione e sul dimensionamento di un sistema di radiocomunicazione o di un RADAR.
Nella prova orale, allo studente viene chiesto di rispondere ad alcune domande, con lo scopo di valutarne il livello di apprendimento e la capacità di analizzare e risolvere problematiche connesse con gli argomenti trattati durante il corso.
Per superare l’esame è necessario raggiungere una valutazione minima di 18 su 30. Il superamento dell'esame dimostra l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. Lo studente può chiedere di sostenere l'esame anche in lingua inglese o francese.

Testi di riferimento

Il Corso può essere preparato utilizzando gli appunti forniti dal docente.
Argomenti specifici possono essere approfonditi sui seguenti testi:
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione, Amazon.
F. Morichetti, A. Melloni, Mezzi di trasmissione per l'informazione – Esercizi Svolti, Amazon.
G. Gerosa, P. Lampariello, Lezioni di campi elettromagnetici, Ingegneria 2000.
P. Bassi, L. Scolari, R. Zoli, Propagazione di onde elettromagnetiche, CLUEB.
P. Bassi, C. Zaniboni, Introduzione ai campi elettromagnetici, BUP.
G. Conciauro, L. Perregrini, Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill.
F.T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici, McGraw-Hill.
S.J. Orfanidis, Electromagnetic waves and antennas, http://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
M. Midrio, Campi Elettromagnetici, SGE Editoriali, Padova.
M.N.O. Sadiku, Elements of Electromagnetics, Oxford.
M.N.O. Sadiku, Principles of Electromagnetics, Oxford.
P. Bassi, G. Bellanca, G. Tartarini, Propagazione ottica libera e guidata, CLUEB.