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PORTALE DELLA DIDATTICA

Elettromagnetismo applicato

02NKUOD

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in aula 20
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Perrone Guido Professore Associato ING-INF/02 30 10 0 0 8
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/02 8 B - Caratterizzanti Ingegneria delle telecomunicazioni
2018/19
La trasmissione di segnali in qualunque sistema elettronico o ottico avviene tramite la propagazione di onde elettromagnetiche, il cui studio costituisce quindi un punto fondamentale dei curricula in ingegneria appartenenti al settore dell’informazione. Infatti, oltre alle applicazioni classiche nel campo delle comunicazioni a radiofrequenza, delle microonde e della fotonica, il continuo avanzamento della tecnologia rende necessario considerare i fenomeni di propagazione elettromagnetica anche nella progettazione di molti componenti e sottosistemi elettronici. L’obiettivo principale del corso “Elettromagnetismo Applicato” è di fornire una solida preparazione di base per la comprensione dei complessi fenomeni di propagazione elettromagnetica nelle applicazioni più rilevanti che un ingegnere fisico potrà affrontare nel corso dell’attività professionale. Questo obiettivo verrà perseguito dotando gli studenti degli strumenti culturali e metodologici indispensabili per acquisire le capacità necessarie per la piena comprensione e l’interpretazione critica dei vari fenomeni che coinvolgono aspetti inerenti all’elettromagnetismo.
Signal transmission in any electronic or optical system is always through electromagnetic waves; therefore studying their propagation characteristics is a key point of curricula belonging to so-called "information engineering area". In addition to conventional applications in radio-frequency communications, microwaves, and photonics, the endless advancement of technology makes it necessary to consider the phenomena of electromagnetic propagation also in the design of many electronic components and subsystems. The main goal of the course titled “Elettromagnetismo Applicato” is to provide the students with a solid background to understand the complex electromagnetic wave propagation phenomena underlying the most relevant applications that a person with a degree in Physical Engineering will probably face during her/his professional career. To this end, students will be given the required cultural and methodological means to gain the necessary capabilities to fully understand and critically analyse the various aspects involving electromagnetic phenomena.
Conoscenza e capacità di comprensione dei fenomeni associati ai campi elettromagnetici in regime dinamico, in particolare tempo-armonico, per le applicazioni più rilevanti nel settore dell’informazione. Applicazione pratica delle conoscenze acquisite mediante lo sviluppo di semplici progetti riguardanti componenti e sottosistemi elettronici a radiofrequenza, dispositivi a microonde e onde millimetriche, antenne, fibre e componenti ottici.
Knowledge of the phenomena associated with electromagnetic fields under dynamic conditions - in particular time-harmonic - for the most relevant applications in the information technology area. Practical application of the acquired know-how to develop simple projects on radiofrequency electronic components and subsystems, microwave and millimetre wave devices, antennas, fibre and optical components.
Analisi matematica e geometria di base; in particolare capacità di svolgere calcoli con numeri complessi, vettori, e trasformate di Fourier. Nozioni elementari di fisica sulla propagazione per onde e sui campi elettromagnetici e loro proprietà energetiche. Capacità di analizzare circuiti elettrici in regime sinusoidale.
Basic mathematical analysis and geometry, and in particular the ability to perform calculations with complex numbers, vectors, and Fourier transforms. Basic knowledge of physics of wave propagation, and of electromagnetic fields and their energy properties. Ability to analyse electrical circuits in sinusoidal steady state.
Propagazione guidata (40 ore - 4 CFU): • Propagazione in strutture guidanti unidimensionali (linee di trasmissione) nel dominio del tempo e della frequenza: introduzione dei principali concetti (es. onde progressive e regressive, impedenza caratteristica e adattamento di impedenza, coefficienti di riflessione e trasmissione, ecc.); uso della carta di Smith; analisi e progetto di circuiti a parametri distribuiti. Caratterizzazione del comportamento di dispositivi mediante i “parametri scattering”. • Propagazione in strutture guidanti tridimensionali (guide d’onda): modi di propagazione; guide d'onda metalliche rettangolari; guide d’onda dielettriche e fibre ottiche. Propagazione libera (40 ore - 4 CFU): • Polarizzazione delle onde elettromagnetiche; onde piane; onde sferiche. • Strutture dielettriche stratificate per applicazioni a radiofrequenza e fotoniche (es. filtri dicroici, strati anti-riflesso). • Irradiazione e diffrazione di onde elettromagnetiche: antenne elementari; diffrazione da aperture.
Guided wave propagation (40 hours - 4 CFU): • Propagation in one-dimensional structures (transmission lines) in time and frequency domain: introduction of main concepts (e.g., forward and backward propagating waves, characteristic impedance and impedance matching, reflection and transmission coefficients, etc.); use of the Smith chart; analysis of distributed parameter circuits. Characterization of the behaviour of components using the scattering parameter representation. • Propagation in three-dimensional structures (waveguides): modes of propagation; rectangular metallic waveguides, dielectric waveguides and optical fibres. Free propagation (40 hours - 4 CFU): • Polarisation of electromagnetic waves; plane waves; spherical waves. • Dielectric layered structures for radio-frequency and photonic applications (e.g., dichroic filters, anti-reflection coatings). • Radiation and diffraction of electromagnetic waves: elementary antennas; diffraction from apertures.
Il Corso consta di lezioni ed esercitazioni in aula, nonché di esercitazioni di laboratorio. Le esercitazioni in aula sono integrate all’interno delle lezioni e riguardano lo svolgimento di piccoli progetti relativi a quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti.
The Course includes lectures on the theory, solution of exercises and experimental demonstrations. As for the specific of the exercises, they are integrated in the lectures and deal with simple design topics covering subject matter described in the preceding lessons.
Tutto il materiale didattico utilizzato sarà reso disponibile attraverso il portale della didattica: • R. Orta, “Lecture Notes on Transmission Line Theory”. • R. Orta, “Lecture Notes on Electromagnetic Field Theory”. • Copie di lucidi utilizzati nelle lezioni. • Esercizi analoghi a quelli che verranno proposti nella prova scritta. Altri testi per la consultazione: • L. Matekovits, et al., "Campi Elettromagnetici, linee di trasmissione e guide d'onda", Società Editrice Esculapio, Bologna. • J.D. Kraus, “Electromagnetics”, McGraw Hill. • P.C. Magnusson, et al., “Transmission Lines and Wave Propagation”, Crc Press. • D.M. Pozar, “Microwave Engineering”, Wiley. • F.T. Ulaby, “Fundamentals of Applied Electromagnetics”, Prentice Hall. • B.E.A. Saleh, M.C. Teich, “Fundamentals of Photonics”, Wiley.
All the teaching materials will be made available through the course website ("Portale della didattica"): • R. Orta, “Lecture Notes on Transmission Line Theory”. • R. Orta, “Lecture Notes on Electromagnetic Field Theory”. • Copies of transparencies used during the lectures. • Examples of exercises. Other texts for reference: • L. Matekovits, et al., "Campi Elettromagnetici, linee di trasmissione e guide d'onda", Società Editrice Esculapio, Bologna. • J.D. Kraus, “Electromagnetics”, McGraw Hill. • P.C. Magnusson, et al., “Transmission Lines and Wave Propagation”, Crc Press. • D.M. Pozar, “Microwave Engineering”, Wiley. • F.T. Ulaby, “Fundamentals of Applied Electromagnetics”, Prentice Hall. • B.E.A. Saleh, M.C. Teich, “Fundamentals of Photonics”, Wiley.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del Corso e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi alla soluzione di esercizi. Coerentemente con questa impostazione, l’esame è costituito da una parte scritta e da una successiva parte orale opzionale. Per sostenere la prova scritta è necessario prenotarsi tramite il portale della didattica, mentre la prova orale può essere sostenuta solo se il voto conseguito allo scritto è di almeno 15/30. La prova scritta è rivolta ad accertare la capacità di risoluzione di semplici problemi applicativi mediante la somministrazione di 3-4 esercizi, analoghi a quelli assegnati e discussi durante il corso. La durata è di circa 2 ore. Alla prova scritta non è permesso portare testi o dispense, a stampa o manoscritti, eccetto copie della Carta di Smith. Non è altresì consentito l’utilizzo di calcolatori. Per chi rinuncia a sostenere il colloquio orale, il massimo voto conseguibile è di 26/30, ottenuto limitando a 26 eventuali punteggi superiori. L’orale sarà prevalentemente rivolto ad accertare un’adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso e potrà includere la discussione dello scritto e dell’attività di laboratorio. Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto.
Exam: written test; optional oral exam;
The exam aims at assessing the specific knowledge of the topics listed in the course's official program and the ability to apply the theory and its various methods for the solution of simple exercises. Following this approach, the examination consists of a written part and a subsequent optional oral part (interview). The written test must be booked through the course website ("portale della didattica"), whereas the oral part can be taken only if the mark obtained in the written test is 15/30 or above. The written test is aimed at verifying the ability to solve simple applicative problems in the form of 3-4 exercises similar to those assigned and discussed during the course. The duration of the test is about 2 hours. During the written test texts and lecture notes (both in print or manuscript) are not allowed, except for copies of the Smith chart. PC is not allowed as well. The maximum achievable mark without the interview is 26/30, obtained by limiting to 26 any score above it. The oral examination will be mainly aimed at analysing the theoretical implications presented during the lectures and may include the critical discussion of the written test and of the laboratory activities. As a general rule, the oral part of the exam must be taken few days after the written test.


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