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Elettromagnetismo applicato
02NKUOD
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Fisica - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 50 |
| Esercitazioni in aula | 24 |
| Esercitazioni in laboratorio | 6 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Milanesio Daniele | Professore Associato | IINF-02/A | 40 | 14 | 6 | 0 | 5 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-INF/02 | 8 | B - Caratterizzanti | Ingegneria delle telecomunicazioni |
|---|
2020/21
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. 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 esercizi relativi a quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Le esercitazioni di laboratorio riguardano invece l’analisi dei parametri scattering di alcuni componenti in microstriscia e la simulazione del diagramma di irradiazione di alcune semplici antenne. Durante tutta la durata del corso verranno inoltre proposti degli esercizi da svolgere a casa e da consegnare in formato elettronico per ottenere un bonus aggiuntivo all'esame.
The Course includes lectures on the theory, solution of exercises and experimental laboratories. 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. Laboratories deal with the analysis of the scattering parameters of microstrip devices and the simulation of the radiation diagram of simple antennas. During the Course, assignments based on exercises will be proposed weekly, to be solved and to be uploaded on the Course's website in order to get extra points at the exam.
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 tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
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 a risposta multipla inerente alla teoria e da una parte di esercizi in varie modalità (domande aperte, domande con risposta numerica e domande a risposta multipla), analoghi a quelli assegnati e discussi durante il corso; l’esame dura 2 ore e viene erogato tramite PC con l’utilizzo della piattaforma di Ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring o tramite test informatizzato in laboratorio. Alla prova scritta non è permesso portare testi o dispense, a stampa o manoscritti; non è altresì consentito l’utilizzo di calcolatori programmabili. Il voto massimo dell’esame scritto è 27/30, a cui si aggiungono, in caso di voto uguale o superiore ai 18/30, fino a 3 ulteriori punti che dipendono dall'avere periodicamente consegnato la risoluzione degli esercizi proposti e le relazioni di laboratorio. Qualora il voto dello scritto sia di almeno 27/30, è infine possibile sostenere un colloquio orale rivolto ad accertare un’adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso, e che potrà includere la discussione dello scritto e dell’attività di laboratorio. L’esame orale può anche essere richiesto dal titolare del corso, nei casi che reputa necessari, al fine di confermare il voto dell’esame.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform;
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 related design techniques to the solution of practical exercises. Following this approach, the exam consists of a first section with multiple choice questions about theory and a second section based on exercises in different formats (open questions, questions with a numerical answer, multiple choice questions). All these questions will be similar to the ones solved and discussed in class. The time for the exam will be 2 hours and it will be administered on a PC with the help of the platform Exam and of a proctoring software or as a PC-based test in laboratory in PoliTo with similar modalities. During the exam, texts and lecture notes (both in print or manuscript) are not allowed. The use of programmable calculators is forbidden. The maximum achievable mark of the written test is 27/30. In the case of a score of 18/30 or above, up to 3 additional points can be added, depending on the weekly delivery of the homework assignments and of the laboratory reports. If the final score of the exam is at least 27/30, an optional oral examination can be requested; the optional oral examination will be mainly aimed at analyzing the theoretical implications presented during the lectures and may include the critical discussion of the written test and of the laboratory activities. The oral examination can also be requested by the course instructor, in those cases he deem it necessary, to confirm the grade of the exam.
Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
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 a risposta multipla inerente alla teoria e da una parte di esercizi in varie modalità (domande aperte, domande con risposta numerica e domande a risposta multipla), analoghi a quelli assegnati e discussi durante il corso; l’esame dura 2 ore e viene erogato tramite PC con l’utilizzo della piattaforma di Ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring o tramite test informatizzato in laboratorio. Alla prova scritta non è permesso portare testi o dispense, a stampa o manoscritti; non è altresì consentito l’utilizzo di calcolatori programmabili. Il voto massimo dell’esame scritto è 27/30, a cui si aggiungono, in caso di voto uguale o superiore ai 18/30, fino a 3 ulteriori punti che dipendono dall'avere periodicamente consegnato la risoluzione degli esercizi proposti e le relazioni di laboratorio. Qualora il voto dello scritto sia di almeno 27/30, è infine possibile sostenere un colloquio orale rivolto ad accertare un’adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso, e che potrà includere la discussione dello scritto e dell’attività di laboratorio. L’esame orale può anche essere richiesto dal titolare del corso, nei casi che reputa necessari, al fine di confermare il voto dell’esame.
Exam: Computer lab-based test; Computer-based written test using the PoliTo platform;
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 related design techniques to the solution of practical exercises. Following this approach, the exam consists of a first section with multiple choice questions about theory and a second section based on exercises in different formats (open questions, questions with a numerical answer, multiple choice questions). All these questions will be similar to the ones solved and discussed in class. The time for the exam will be 2 hours and it will be administered on a PC with the help of the platform Exam and of a proctoring software or as a PC-based test in laboratory in PoliTo with similar modalities. During the exam, texts and lecture notes (both in print or manuscript) are not allowed. The use of programmable calculators is forbidden. The maximum achievable mark of the written test is 27/30. In the case of a score of 18/30 or above, up to 3 additional points can be added, depending on the weekly delivery of the homework assignments and of the laboratory reports. If the final score of the exam is at least 27/30, an optional oral examination can be requested; the optional oral examination will be mainly aimed at analyzing the theoretical implications presented during the lectures and may include the critical discussion of the written test and of the laboratory activities. The oral examination can also be requested by the course instructor, in those cases he deem it necessary, to confirm the grade of the exam.