Campi Elettromagnetici LM Ingegneria delle Microonde

Denominazione dell’insegnamento:     Campi elettromagnetici LM- Ingegneria delle Microonde                     
Corso di Laurea o di Laurea Magistrale :      Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica               
SSD:     ING-INF/02                             Numero C.F.U.:  15              
Titolari:  Rocco Pierri                                

 

Obiettivi del corso

 

 Il corso si propone di fornire le fondamenta teorica necessarie per la risoluzione di problemi con condizioni al contorno per l'analisi, la sintesi e la rappresentazione del campo elettromagnetico per problemi esterni ed interni.

 

 

 

Programma del corso

Parte 1 (Campi elettromagnetici 9 CFU)

Richiami di algebra vettoriale e calcolo operatoriale. Teorema di Gauss, teorema di Stokes, operatori scalari e vettoriali, sistemi di coordinate e di riferimento, cartesiani e polari.

Richiami di analisi complessa. Trasformata di Fourier e sue proprietà, funzione di Dirac.

Fondamenti teorici. Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo e dei fasori. Relazioni costitutive e proprietà dei mezzi materiali: linearità, omogeneità nello spazio e nel tempo, dispersività nello spazio e nel tempo, anisotropia e isotropia . Esempio: plasma con e senza collisione Teorema di Poynting nel dominio del tempo e dei fasori. Teoremi di unicità . Teorema di equivalenza Teorema di reciprocità. Propagazione di un pacchetto di onde piane in un mezzo dispersivo: velocità di fase e di gruppo.

Soluzioni fondamentali in assenza di sorgenti. Propagazione delle onde piane in direzioni arbitrarie. Polarizzazione dei campi. Onde piane omogenee e non omogenee : onde superficiali. Riflessione e rifrazione . Legge di Snell .Angolo di Brewster. Angolo limite. Condizione di Leontovich. Analogia della propagazione delle onde piane in mezzi stratificati con la propagazione su linee di trasmissione

Soluzioni fondamentali in presenza di sorgenti. Potenziale vettore e scalare. Onda sferica. Dipolo elementare : zona vicina e zona lontana . Teorema di dualità. Dipolo magnetico. Spira elementare.

Antenne in trasmissione. Antenne filiformi. Campo irradiato in zona di Fraunhofer. Antenne elettricamente corte. Andamento del diagramma di irradiazione di un’ antenna filiforme al variare della lunghezza. Direttività . Resistenza di irradiazione. Impedenza di ingresso. Andamento qualitativo della impedenza di ingresso di una antenna filiforme al variare della lunghezza. Caratterizzazione circuitale di un’antenna in trasmissione. Teorema delle immagini. Effetto dell’andamento in ampiezza e fase della corrente sul campo lontano: tapering ed errori di fase. Irradiazione broadside ed endfire. Zona di Fresnel. Antenne magnetiche. Spira circolare.

Antenne in ricezione. Caratterizzazione circuitale. Uguaglianza fra altezza efficace in trasmissione ed in ricezione. Area efficace. Massimo trasferimento di potenza. Collegamento in spazio libero fra antenne

Parte 2 (Ingegneria delle Microonde 6 CFU)

Teorema di Helmholtz e sue conseguenze sulla decomposizione del campo elettromagnetico in una parte TE e TM. Rappresentazione dei campi  in termini delle componenti trasverse (formalismo di Marcuvitz), rappresentazione dei campi in termini delle componenti longitudinali.

Guide metalliche. Decomposizione modale dei campi. Modi TEM, TE, TM. Formule di Green scalari. Analisi dello spettro dell'operatore Laplaciano per condizioni al contorno di Neumann e Dirichlet.Ortogonalità delle autofunzioni, proprietà degli autovalori, ortogonalità e

completezza delle funzioni modali. Dispersione e diagramma di Brillouin. Espansione modale (modo fondamentale e modi di ordine superiore) per guide metalliche a sezione rettangolare, a sezione circolare (studio dell'equazione di Bessel), per il cavo coassiale. Condizione di Leontovic. Attenuazione per guide in regime di piccole perdite per i diversi modi. Eccitazione dei modi in guida.

Cavità risonanti. Richiami sul concetto di risonanza. Rappresentazione del campo in una cavità ideale mediante espansione modale. Proprietà matematiche delle funzioni modali. Cavità reali. Espansione modale e fattore di merito. Cavità accoppiate: una cavità reale eccitata mediante un  cavo coassiale. Cavità risonanti realizzate mediante tronchi di guida a sezione rettangolare e circolare: calcolo delle frequenze di risonanza e del fattore di merito.

Guide dielettriche planari. Modi TE pari e dispari, modi TM pari e dispari, diagrammi di dispersione di Brillouin. Guida dielettrica su piano metallico, il modo quasi TEM.

Strutture periodiche. Linea di trasmissione caricata periodicamente da capacitori: velocità di fase, di gruppo, diagramma di Brillouin, parametri equivalenti per una periodicità piccola rispetto alla lunghezza d'onda, onde di Bloch, onde retrograde. Guida metallica a sezione rettangolare con costante dielettrica variabile longitudinalmente con legge sinusoidale. Teorema di Floquet.

Guide dielettriche periodiche

Curricula scientifici dei docenti

Rocco Pierri

Competenze attese in ingresso e/o Propedeuticità

 Campi elettromagnetici (Laurea Triennale), Circuiti a Microonde (Laurea Triennale)

Risultati d’apprendimento attesi

Indicatore conoscenza e capacità di comprensione

Grazie al rigore metodologico proprio delle materie scientifiche lo studente matura competenze e capacità di comprensione necessarie per gli studi successivi

Indicatore capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione

L’impostazione didattica prevede che la formazione teorica sia accompagnata da esempi, applicazioni, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva, la capacita di elaborazione autonoma.

Indicatore autonomia di giudizio

Gli argomenti proposti consentono di sviluppare la capacita di elaborare modelli di circuiti alle microonde e di valutare quali informazioni e quali approssimazioni siano utili per la loro analisi e progettazione.

Indicatore abilità comunicative

L'impostazione del corso sviluppa nello studente la proprietà di linguaggio, e lo abitua ad usare una terminologia non ambigua, propria delle materie scientifiche

Indicatore capacità di apprendere autonomamente

Gli argomenti, i metodi e gli esercizi proposti sviluppano la capacita dello studente di identificare i punti importanti, di scegliere la strategia di soluzione e di documentarsi autonomamente,  prima di affrontare problemi di analisi e di sintesi di strutture e circuiti a microonde.

Anno del corso di studio in cui è inserito

 1 anno

Testi di riferimento

G. Franceschetti, Campi Elettromagnetici, Bollati Boringhieri David M. Pozar , " Microwave Engineering", John Wiley & Sons Inc; 4 edizione.• Robert E. Collin, " Foundations For Microwave Engineering" Second edition Donald G. Dudley, Series Editor.
Robert E. Collin, "Field Theory of Guided Waves, IEEE Press Series on Electromagnetic Wave Theory.

Materiale didattico aggiuntivo

Sono resi disponibili a cura del docente:_______________

Modalità di erogazione

Tradizionale.

Sede

Via Michelangelo - Via Roma 29 Aversa.

Organizzazione della didattica

 Lezioni frontali, esercitazioni numeriche svolte in aula

Modalità di frequenza

Obbligatoria

Metodi di valutazione

 Esame scritto e orale

Dati statistici delle votazioni conseguite dagli studenti

Sono resi disponibili a cura del docente:_______________

Calendario delle attività didattiche

http://www.cdcinformazione.unina2.it/calendari

Eventuali attività di supporto alla didattica

Orari di ricevimento studenti

Sono resi disponibili a cura del docente:_______________

Calendario delle prove di esame

https://esse3.ceda.unina2.it/Home.do