Il trasporto dell'informazione, in qualunque sistema di telecomunicazioni, elettronico o fotonico, avviene tramite la propagazione di onde elettromagnetiche il cui studio metodologico costituisce un punto fondamentale di tutti i curricula in ingegneria elettronica. In questo insegnamento verrano introdotti gli aspetti fondamentali della propagazione dei campi elettromagnetici armonici. Per facilitare l'apprendimento verrà prima introdotto lo studio della propagazione su linee a due conduttori (linee di tramissione) a cui seguirà l'analisi delle guide d'onda metalliche e dei principali componenti passivi a radiofrequenza. Infine verrà affrontato lo studio, più oneroso dal punto di vista matematico, della propagazione in spazio libero e delle antenne. Verranno anche utilizzati software commerciali a microonde e strumenti di misura quale l'analizzatore di reti.

L'insegnamento ha come obiettivo l'apprendimento degli aspetti fondamentali della propagazione ondosa in strutture guidanti e in spazio libero. Per quanto riguarda la progagazione guidata, scopo dell'insegnamento è di fornire le capacità per: - calcolare la risposta di una linea di trasmissione nel dominio del tempo ad un impulso di tensione o corrente - analizzare circuiti a parametri distribuiti nel dominio della frequenza - caratterizzare la propagazione in una guida d'onda rettangolare (modo fondamentale, progetto di una guida monomodale) - caratterizzare un generico dispositivo a microonde mediante la matrice di diffusione Per quanto riguarda la propagazione libera, scopo dell'insegnamento è di fornire le capacità per: - descrivere matematicamente il campo elettromagnetico e la sua polarizzazione in termini di onde piane nel vuoto e in mezzi materiali - correlare i parametri di propagazione dell'onda ai parametri costitutivi del mezzo - caratterizzare la riflessione e trasmissione di onde piane incidenti su una interfaccia piana per incidenza normale ed obliqua - distinguere le condizioni di radiazione in campo vicino e campo lontano - calcolare il campo elettromagnetico irradiato da una antenna a dipolo - caratterizzare una generica antenna in termini di diagramma di radiazione, direttività e resistenza di radiazione - utilizzare la formula di trasmissione di Friis nel caso di un collegamento ideale tra due antenne - calcolare il diagramma di radiazione di una schiera lineare di antenne

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 proprieta' energetiche del campo elettromagnetico. Matematica di base e capacita' 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.

Introduzione (0.5 CFU) Onde e loro caratteristiche. Spettro elettromagnetico. Fasori (0.5 CFU) Linee di trasmissione (1.5 CFU): Modello a parametri concentrati. Equazioni delle linee e loro soluzione. Linee di trasmissione nel dominio del tempo e cenni all'integrità di segnale. 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. 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. Equazioni di Maxwell e polarizzazione (1 CFU): Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo e della frequenza. Definizione e studio della polarizzazione. 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. 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. Introduzione alla compatibilità elettromagnetica (0.8 CFU). Schiere di antenne (1 CFU): Schiere lineari. Definizione del fattore di schiera. Schiere broaside ed endfire.

Sono previste in media 6 ore di lezione e 1.5 ore di esercitazione alla settimana. Verranno inseriti sulla piattaforma Moodle ulteriori esercizi da svolgere a casa. I laboratori saranno organizzati al posto delle lezioni istituzionali con una suddivisione in gruppi che verrà stabilita all'inizio dell'insegnamento. LABORATORI (1.2 CFU) Laboratorio 1: Transitori su linee di trasmissione (3 ore) Laboratorio 2: Misura di parametri scattering di componenti in microstriscia mediante analizzatore di reti (3ore) Laboratorio 3: Simulazione della propagazione in guida d'onda rettangolare con un software commerciale (3ore) Laboratorio 4: Simulazione del diagramma di irradiazione di una antenna a trombino con un software commerciale (3ore) Sara' possibile effettuare la prenotazione sul sito del LED dove sara' inserito il calendario con i turni di ciascun laboratorio.

F.T. Ulaby, U. Ravaioli, Fondamenti di campi elettromagnetici, Pearson, 8a ed., gennaio 2021. D. Pozar, Microwave Engineering, Addison Wesley, 3rd edition, 2005. A. Zangwill, Modern Electrodynamics, Cambridge University Press, 2013. Per la parte di esercitazione: P. Savi, Microwave and antennas, CLUT, 2019. Sul portale della didattica saranno disponibili le informazioni e gli avvisi riguardanti gli aspetti organizzativi dell'insegnamento, le slides utilizzate a lezione ed un formulario che potrà essere utilizzato durante l'esame orale. In generale ogni testo di Onde e Campi Elettromagnetici può essere utilizzato come supporto alla preparazione del corso. Si consiglia la consultazione di più testi, anche in lingua inglese, oltre a quelli consigliati.

Slides; Libro di testo; Libro di esercitazione; Esercitazioni di laboratorio; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di auto-valutazione;

E' possibile sostenere l’esame in anticipo rispetto all’acquisizione della frequenza

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale dell'insegnamento e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. L'esame consiste in una prova orale (valutata in trentesimi con massimo 30/30). La prova orale (durata 30 minuti circa) consiste in domande di teoria e nella soluzione di problemi relativi agli argomenti svolti. In particolare la prima domanda dovrà accertare la conoscenza delle linee di trasmissione. Se tale domanda verrà valutata insufficiente, il candidato non potrà proseguire la prova di esame. Il voto finale è dato dal voto della prova orale a cui si sommano gli eventuali punti di laboratorio: 0.5 trentesimi per ogni laboratorio frequentato. Il laboratorio si intende frequentato se alla fine di ciascun laboratorio svolto durante l'insegnamento verranno consegnate le schede di laboratorio compilate. Si potrà avere 30 e lode solo con 30 di orale e almeno due laboratori frequentati. Non è possibile utilizzare libri di testo o appunti durante l'esame (si può solo utilizzare il formulario disponibile sul sito dell'insegnamento). Per effettuare la prenotazione all'esame, verrà reso disponibile ad ogni appello un link ad una tabella excel con un elenco di date possibili e ciascuno potrà prenotarsi nella data desiderata.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.