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Campi elettromagnetici

05AGPNX

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino

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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-INF/02 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettronica
2020/21
Il trasporto dell'informazione, in qualunque sistema di telecomunicazioni, elettronico o fotonico, avviene tramite la propagazione di onde elettromagnetiche. Tali fenomeni sono descritti dalle equazioni di Maxwell, il cui studio metodologico costituisce un punto fondamentale di tutti i curricula in ingegneria elettronica.
Transfer of information in any telecommunication, electronic or photonic system takes place via propagation of electromagnetic waves. These phenomena are described by Maxwell's equations, whose methodological study constitutes a key aspect of all curricula in electrical, electronic engineering.
Conoscenza delle equazioni di Maxwell e degli aspetti fondamentali della propagazione ondosa. Saper analizzare semplici circuiti a parametri distribuiti, progettare circuiti di adattamento e dimensionare una guida d'onda rettangolare in un campo di frequenze assegnato. Saper analizzare il comportamento di un dispositivo a microonde con i parametri di diffusione. Saper definire le caratteristiche di una antenna (guadagno, larghezza di banda, polarizzazione). Equazione di Friis. Analisi di schiere di antenne lineari.
Knowledge of Maxwell's equations and of basic aspects of wave propagation. Analysis of distributed parameters circuits; design of matching circuits; design of a mono-modal rectangular waveguide. Analysis of microwaves devices with scattering parameters. Definition of antenna parameters (gain, bandwidth, polarization). Friis equation. Linear arrays analysis.
Conoscenza delle leggi fondamentali che regolano i circuiti elettrici. Analisi di reti in regime sinusoidale. Nozioni elementari di fisica sulle grandezze elettriche, magnetiche ed elettromagnetiche, e sulle proprietà energetiche del campo elettromagnetico. Matematica di base e capacità di calcolo con numeri complessi e vettori. Calcolo integrale e differenziale di campi vettoriali. Funzioni di variabile complessa e trasformata di Fourier. Conoscenze di base su equazioni differenziali a derivate ordinarie del secondo ordine.
Basic circuit theory. Ability to solve problems on the time-harmonic analysis of linear networks (sinusoidal regime). Fundamentals of physics on electrical, magnetic and electromagnetic quantities and on the energy properties of the electromagnetic field. Basic math and calculus: complex numbers and vector quantities. Differential and integral calculus of vector fields. Functions of complex variable and Fourier transforms. Basic knowledge on ordinary differential equations of second order.
• Introduzione (0.5 CFU) • Onde e fasori (0.5 CFU) • Linee di trasmissione (2 CFU): Modello a parametri concentrati. Equazioni delle linee e loro soluzione. Transitori su linee di trasmissione. Linee nel dominio della frequenza. Carta di Smith. Adattamento di impedenza. Linee con perdite. • Matrice di diffusione ( 0.5 CFU): Definizione dei parametri di diffusione e loro applicazioni. • Equazioni di Maxwell e polarizzazione (1 CFU): Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo e della frequenza. Definizione di polarizzazione. Studio della polarizzazione nel dominio dei fasori (lineare, circolare, ellittica). • Propagazione delle onde piane nel vuoto e nei mezzi materiali (1 CFU): Equazione d’onda nel vuoto e soluzione. Onde piane in mezzi senza perdite. Parametri caratteristici. Onde piane in mezzi con perdite. Riflessione piana: coefficienti di riflessione di Fresnel. • Guide d’onda metalliche (1 CFU): Introduzione e concetti fondamentali. Soluzione generale per modi TEM, TE e TM. Linea modale e parametri della linea modale. Guida d’onda rettangolare, guida circolare e cavo coassiale. Discontinuita’ dielettriche e metalliche. • Antenne ed equazione della trasmissione (1 CFU): Cenni alla irradiazione in spazio libero. Condizioni di campo lontano. Diagramma di irradiazione. Parametri di antenna. Irradiazione da un dipolo elementare. Antenne in trasmissione. Antenne in ricezione. Equazione della trasmissione. • Schiere di antenne (0.5 CFU): Schiere lineari. Definizione del fattore di schiera. Schiere broaside ed endfire.
• Introduction (0.5 CFU) • Waves and phasors (0.5 CFU). • Transmission lines (2 CFU): Lumped-element circuit model. Transmission lines equations and solution. Transient on transmission lines. Frequency domain. Smith Chart. Impedance matching. Scattering Matrix. Lossy transmission lines. • Scattering Matrix (0.5 CFU): Definition of scattering parameters and their applications. • Maxwell’s equations and polarization (1 CFU): Time-domain and frequency-domain Maxwell’s equations. Definition of polarization (linearly, circularly, elliptically polarized fields). • Plane waves and fields in media (1 CFU): General plane wave solution. Plane waves in a lossless medium. Basic plane wave parameters. Plane wave reflection from a medium interface : Fresnel coefficients. • Hollow metallic waveguides (1 CFU): Introduction and basic concept. General solution for TEM, TE and TM waves. Modal equivalent line and its parameters. Rectangular waveguide, circular waveguide and coaxial waveguide. Dielectric and metallic discontinuities. • Antennas and Friis equation (1 CFU): Radiation in free-space. Far-filed conditions. Radiation pattern. Antenna parameters. Elementary dipole radiation. Transmitting and receiving antennas. Friis equation. • Antennas array (0.5 CFU): Linear array. Array factor. broadside and endfire array.
Sono previste 6 ore di lezione e 1.5 ore di esercitazione alla settimana. Vi saranno quattro esercitazioni di riepilogo alla fine degli argomenti principali: linee di trasmissione, onde piane e riflessione piana, guide d'onda, antenne e schiere. I laboratori saranno organizzati in orari liberi dalle lezioni istituzionali con una suddivisione in gruppi che può cambiare da un laboratorio all'altro. LABORATORI (2 CFU) 1. Transitori su linee di trasmissione. 2. Misura di parametri scattering di componenti in microstriscia mediante analizzatore di reti (svolto in aula dal docente) 3. Simulazione della propagazione in guida d'onda rettangolare con un software commerciale (CST). 4. Simulazione del diagramma di irradiazione di un’antenna a trombino con un software commerciale (CST). Sul sito del LED sarà inserito il calendario con i turni di ciascun laboratorio e sarà possibile effettuare la prenotazione.
There will be 6 hours of lectures and 1.5 hours excercises every week. Four summary discussions will be organized after each main topic: transmission lines, plane waves and plane waves reflection, hollow metallic waveguides, antennas and arrays. LABORATORIES (2 CFU) 1. Transient on transmission lines. 2. Scattering parameters measurements of microstrip components with vector analyzer (during the class ). 3. Simulation of the propagation in a waveguide with a commercial software (CST). 4. Simulation of the Radiation pattern of an horn antenna with a commercial software (CST).
F.T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici, McGraw-Hill, 2004. D. Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 3rd edition, 2005. P.Savi, "Microwave and antennas”, CLUT, 2019. Sul portale della didattica saranno disponibili: le informazioni e gli avvisi riguardanti gli aspetti organizzativi del corso, le slides utilizzate a lezione ed un formulario in formato pdf
F.T. Ulaby, Fondamenti di campi elettromagnetici, McGraw-Hill, 2004. D. Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 3rd edition, 2005. P.Savi, "Microwave and antennas”, CLUT, 2019. On the website you can find: info concerning the organization of the course, the slides of the lectures and a formula collection in pdf format.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
MODALITA DI VALUTAZIONE Il voto finale sarà l'esito della prova orale. La prova orale verte su tutto il programma del corso (lezioni ed esercitazioni). La prova orale consiste in domande di teoria e nella soluzione di un problema semplice. La prova orale ha durata di circa 30minuti e, per coloro che non potranno effettuarla in presenza, verrà svolta in remoto utilizzando la piattaforma Virtual Classroom in modalità esame. Non è possibile utilizzare libri di testo o appunti durante l'esame (si può solo utilizzare il formulario disponibile sul sito del corso). Per sostenere l’’esame orale, verrà proposto un elenco di date e ciascuno potrà prenotarsi inviando un messaggio di posta al docente.
Exam: Compulsory oral exam;
EVALUATION CRITERIA The final grade will be the oral test evaluation. The oral test cover all the topic of the course (lessons and exercises). In the oral examination some questions related to the theoretical aspects and a solution of a simple problem will be asked. The oral test will be approximately 30 minutes and, when the candidate is not in Politecnico, it will be performed with the help of Virtual Classroom. Refers to textbooks or notes is not allowed during the oral test ( Formula collection given during the course is allowed).
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
MODALITA DI VALUTAZIONE Il voto finale sarà il voto della prova orale (massimo 30lode/30)
Exam: Compulsory oral exam;
EVALUATION CRITERIA The final grade will be the result of the oral test (max. 30lode/30)


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