Campi elettromagnetici

Codice del corso: 062081
Corso di laurea: n.d.
Classe di laurea: INFO
Tipologia di attività formativa: n.d.
Settore scientifico disciplinare: n.d.
Crediti formativi: CFU 6
Docente/i: Giuseppe Conciauro

Obiettivi formativi specifici

Alla fine del corso lo studente deve avere acquisito conoscenze di base sulla metodologia di studio delle onde elettromagnetiche; deve conoscere le caratteristiche della propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto, nei dielettrici, nei conduttori ohmici, nel plasma freddo; deve essere in grado di concepire la trasmissione dell’energia elettromagnetica in termini campistici; deve conoscere i fenomeni della riflessione, rifrazione, radiazione e diffrazione; deve conoscere le varie classi di antenne e i loro campi d’applicazione; deve essere in grado di effettuare la progettazione di massima di un collegamento radio.

Programma del corso

Il corso ricopre un ruolo fondamentale nella preparazione degli ingegneri elettronici e delle telecomunicazioni. Esso fornisce i fondamenti concettuali e metodologici per affrontare, in corsi successivi, lo studio di svariati argomenti applicativi, nel campo dei circuiti RF e a microonde, dell'ottica, delle antenne, della radiopropagazione, del telerilevamento e della compatibilità elettromagnetica.

1. Leggi e concetti fondamentali
Forza agente su una carica puntiforme in moto; descrizione del campo elettromagnetico macroscopico; equazioni di Maxwell; condizioni sulle superfici di discontinuità del mezzo; equazioni costitutive con particolare riferimento ai mezzi lineari, stazionari e isotropi. Conservazione della carica e dell’energia. Onde piane uniformi nel vuoto.

2. Regime sinusoidale
Rappresentazione dei campi monocromatici mediante fasori. Funzioni d’onda in regime sinusoidale. Polarizzazione dei campi monocromatici. Equazioni fondamentali per il regime sinusoidale. Spettri elettrici e magnetici dei materiali. Valori medi delle grandezze energetiche e bilancio delle potenze medie. Equazione di Helmoltz omogenea. Campi simmetrici rispetto ad un piano.

3. Onde piane
Onde piane in generale. Onde piane uniformi. Attenuazione in decibel. Propagazione nel vuoto, nei dielettrici a bassa perdita, nel plasma freddo, nei buoni conduttori. Effetto pelle; caso limite del conduttore perfetto. Onde piane e approssimazione dell’Ottica Geometrica.

4. Riflessione e rifrazione delle onde piane uniformi
Legge della riflessione, legge di Snell, formule di Fresnel, riflessione totale, angolo di Brewster. Riflessione da superfici conduttrici. Riflessione e trasmissione con incidenza normale nel caso di un’ interfaccia fra mezzi generici. Riflessione dalla superficie di un conduttore perfetto e onde stazionarie. Cenni sugli strati in mezz’onda e in quarto d’onda. Riflessione e trasmissione nellOttica Geometrica. Percorsi multipli. Lenti e riflettori parabolici.

5. Radiazione
Potenziali di Lorentz e loro rappresentazione integrale nel caso di una sorgente di dimensioni limitate. Approssimazioni a grande distanza nel caso del vuoto. Campo nella zona di radiazione. Dipolo elementare. Spira circolare. Dipoli di lunghezza paragonabile alla lunhezza d’onda. Radiazione in un mezzo a basse perdite.

6. Radiazione in un semispazio
Problemi con valori al contorno. Teorema di unicità. Radiazione in presenza di un piano conduttore, regola delle immagini. Radiazione da aperture. Apertura rettangolare illuminata uniformemente.

7. Antenne
Parametri caratteristici delle antenne trasmittenti. Principali tipi di antenne: dipoli, semidipoli, fessure risonanti, guide troncate e trombe. Antenne a schiera. Schiere lineari. Antenne paraboliche. Teorema di reciprocità. Antenne riceventi. Collegamento radio.

Prerequisiti

Matematica: vettori, operazioni differenziali sui campi scalari e vettoriali, flusso, circuitazione, teorema della divergenza, teorema di Stokes, coordinate sferiche, agilità d’uso dei numeri complessi. Fisica: Concetto di campo. Polarizzazione elettrica e magnetica. Conduzione. Campo elettrostatico e magnetostatico nel vuoto e nella materia. Legge di Faraday-Neumann, Legge di Ampere-Maxwell. Leggi di Gauss. Equazioni di Maxwell

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 34
Esercitazioni (ore/anno in aula): 26
Laboratori (ore/anno in aula): 0
Progetti (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

G. Conciauro, L. Perregrini,.. “Fondamenti di onde elettromagnetiche”. McGraw-Hill, 2003.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta e in una prova orale, da sostenersi nello stesso appello. È ammesso alla prova orale solo chi abbia conseguito nella prova scritta almeno 15/30. Verranno svolte due prove “in itinere”, una alla metà del corso e l’altra alla conclusione. Lo studente che abbia conseguito almeno 15/30 in ciascuna prova viene dispensato dall’obbligo della prova scritta, purché l’esame venga sostenuto in uno degli appelli della sessione estiva. Con la partecipazione ad una normale prova scritta lo studente rinunzia irrevocabilmente ad avvalersi della valutazione acquisita attraverso le prove “in itinere”.