Compito scritto del 3/02/2011
Testo+soluzione
Compito scritto del 23/02/2012 Testo+soluzione
Docente: Prof. Ing. Vittorio Degli Esposti v.degliesposti@unibo.it
Tutor: Ing. Enrico Vitucci enricomaria.vitucci@unibo.it
Il corso si propone di fornire agli studenti strumenti di
base per la comprensione dei fenomeni di propagazione del campo
elettromagnetico, con particolare attenzione ai fenomeni della emissione, della
propagazione in spazio libero e della ricezione di segnali radio.
Postulati
elementari dell'elettromagnetismo macroscopico, campo elettrico e magnetico.
Richiamo delle Equazioni di Maxwell (EdM) in forma integrale. Sorgenti e
utilizzatori.
Passaggio
alle EdM in forma differenziale. Condizioni di continuità del campo su una
superficie. Vettori complessi rappresentativi. Le EdM nei fasori. La permittività
elettrica complessa.
Relazioni
energetiche: il teorema di Poynting e il relativo vettore. Il teorema di
unicità della soluzione.
Il problema
omogeneo: una particolare soluzione delle EdM in un dominio mono-dimensionale:
le equazioni delle onde nel dominio del tempo e della frequenza. La soluzione
generale della equazione di Helmholtz: le onde piane uniformi TEM.
Caratteristiche generali, cenno all'integrale generale di onde piane.
Cenno su riflessione e rifrazione di onde piane. Metodi per guidare la
propagazione: riflessione totale, principio delle fibre ottiche.
Il problema
non omogeneo. Possibilità di soluzione delle EdM attraverso l'uso del
potenziale vettore: indicazione della procedura.
Il campo
generato da un elemento di corrente e quello di una distribuzione lineare di
corrente. Espressione esatta del campo dell'elemento di corrente. Condizioni di
campo vicino e lontano.
Il problema
della radiazione affrontato attraverso principi di conservazione della energia,
linearità, analogia tra campo lontano, onde sferiche ed onde piane locali.
Il momento
equivalente, condizioni di campo lontano rispetto alle dimensioni della
sorgente.
Antenne e
loro caratterizzazione, funzione di radiazione, diagramma di radiazione,
grandezze caratteristiche. Caratterizzazione di una antenna in emissione e
ricezione. Area efficace, rendimento, guadagno in direttività ed in potenza.
Cenno ai vari tipi di antenne. Formula di trasmissione e applicazioni. Progetto
di massima di un radiocollegamento.
Richiami di
matematica. Campi vettoriali, integrali di linea, di superficie, e di volume.
Applicazione al caso vettoriale. Concetti di flusso e circuitazione. I sistemi
di riferimento cartesiano, cilindrico e sferico.
Visualizzazione
tramite strumenti software del campo e.m. Polarizzazione del campo e.m.
I potenziali
elettrico e magnetico. Approssimazione circuitale nel caso quasi stazionario.
Circuiti a costanti concentrate. Capacità, induttanza, ecc. Leggi di Kirchhoff
e legge di Ohm generalizzata.
Circuiti a
costanti distribuite. Il modello circuitale delle linee di trasmissione.
Soluzione delle equazioni dei telefonisti e interpretazione nel caso privo di
perdite. Esempi di adattatori.
Schiere di
antenne uniformi, fattore di schiera, schiere broad-side, end-fire.
Esempi di
interesse pratico. Esercizi d'esame.
- Dispense
del corso
- G. Conciauro, L. Pellegrini,
Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill
- P. Bassi et alii, Propagazione di onde elettromagnetiche, CLUEB, 2006
- G.
Conciauro, Introduzione alle onde elettromagnetiche, McGraw-Hill
- V.
Rizzoli, Lezioni di Campi Elettromagnetici - Propagazione libera
e antenne, Ed. Progetto Leonardo, Bologna
- S. Ramo, J. Whinnery, T. Van Duzer: Fields and Waves in Communication Electronics, Wiley, 1994
Per un ripasso delle principali nozioni di calcolo vettoriale e integro-differenziale si consigliano i seguenti testi:
- K. F. Riley, M. P. Hobson, S. J. Bence, Mathematical Methods for Physics and Engineering: A Comprehensive Guide, 3rd Edition, Cambridge University Press, 2006 ( in particolare, il cap. 10, "Vector calculus" e il cap. 11, "Line, surface and volume integrals" )
- Robert Wrede, Murray R. Spiegel - Schaum's Outline of Theory and Problems of Advanced Calculus, 2nd Edition, McGraw-Hill, 2002 ( in particolare, il cap. 7, "Vectors" e il cap. 10, "Line Integrals, Surface Integrals and Integral Theorems" )
Per la teoria assiomatica delle linee di trasmissione e l'adattamento si consiglia:
-
V. Rizzoli, A. Lipparini - Propagazione elettromagnetica guidata, Parte
Seconda, Ed. Progetto Leonardo-Esculapio, Bologna
Dispense del corso
Dispense delle esercitazioni
Lucidi delle esercitazioni
Materiale integrativo (richiami dai corsi di analisi matematica e fisica):
Links utili
La prova d'esame è scritta e orale.
La prima prova d'esame si svolge dopo la fine del corso.
Lo scritto è superato se il voto complessivo risulta maggiore o uguale a 18. E' possibile visionare ed eventualmente discutere la prova scritta (anche se insufficiente) solo durante la prova d'esame. Candidati la cui prova scritta è insufficiente sono sconsigliati a sostenere l'orale.
La validità degli scritti è limitata all'appello corrente.
Il voto finale risulta dalla valutazione complessiva di scritto e orale e deve essere registrato nella data dell’ appello ufficiale in cui si sostiene l’orale.
La prova orale verte su tutto il programma e deve essere sostenuta nello stesso appello d’esame in cui si è superata la prova scritta. Un orale gravemente insufficiente può pregiudicare l’esito dell’esame, qualunque sia il voto dello scritto.
Eventuali deroghe alle regole sopradescritte saranno considerate caso per caso.
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