35333 - CAMPI ELETTROMAGNETICI E SISTEMI D'ANTENNA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Sviluppo di una solida comprensione di carattere scientifico-metodologico dei sistemi elettromagnetici radianti e non radianti e impiego di queste conoscenze nello studio dei circuiti a costanti distribuite e dei sistemi d’antenna di interesse per le moderne applicazioni elettroniche.

Contenuti

Le linee di trasmissione come sistemi dinamici descrivibili rigorosamente mediante equazioni circuitali. Bus dati multifilari in dielettrico omogeneo e non omogeneo. Calcolo dei parametri circuitali. Adattamento e impedenza caratteristica. Concetto di circuito a costanti distribuite. Equazioni dei telegrafisti e circuito equivalente. Condizioni di trascurabilità delle induttanze. Uso empirico del circuito equivalente: analisi delle interconnessioni R-C. Interfacciamento con dispositivi operanti in regime di quasi-stazionaretà. Ortogonalità dei modi ed eccitazione dei sistemi multifilari. Interscambio di segnale e di potenza tra i conduttori del sistema. Distorsione delle forme d'onda per accoppiamento e dispersione.

Proprietà generali delle antenne come sorgenti matematiche. Centro di fase di un'antenna. Rumore termico e temperatura equivalente di rumore di un'antenna. Fattore di depolarizzazione. Progetto di massima di una tratta radio. Applicazione: progetto di un ricevitore televisivo satellitare. Fondamenti di elettromagnetismo computazionale. Metodo dei momenti. Problemi di scattering. Potenza ricevuta e potenza reirradiata da un'antenna. Calcolo elettromagnetico della riflettenza d'antenna. Analisi circuitale/elettromagnetica di un radiosistema. Dipoli elettromagnetici. Analisi di un dipolo matematico descritto come una distribuzione di corrente nota e calcolo delle grandezze caratteristiche della radiazione. Dipolo a mezz'onda. Rendimento. Teorema delle immagini e realizzazione di dipoli tramite monopoli. Concetto di sistema bilanciato e circuiti "balun". Impedenza di ingresso e banda utile di un dipolo. Antenne a loop di corrente. Accoppiamento tramite campo vicino: analisi approssimata di un sistema NFC. Interferenza attiva e passiva. Teorema di Ampère per spire elementari. Antenne a ferrite. Spire a onda intera. Antenne composite. Fattore complesso di composizione e campo a grande distanza. Schiere lineari uniformi a radiazione trasversale e assiale. Reticoli di diffrazione. Antenne omnidirezionali per stazioni radio-base e antenne per radar di sorveglianza. Radar primario e secondario. Schiere binomiali e schiere equiripple. Schiere bidimensionali. Scansione elettronica delle schiere. Esempio di sistema multiscansione di grandi dimensioni: radar Cobra Dane. Schermi elettromagnetici piani e angolari. Antenne radar e antenne per stazioni radiobase schermate. Analisi numerica di antenne composite. Calcolo della matrice ammettenza dell'antenna. Accoppiamenti elettromagnetici ed elementi parassiti. Applicazioni: antenne Yagi-Uda, dipoli ripiegati. Antenna a larga banda per ricezione televisiva digitale terrestre: antenna log-periodica, schiere di antenne bow-tie. Antenne ad apertura. Radiazione da una apertura in condizioni generali. Aperture TEM a polarizzazione uniforme. Grandezze caratteristiche della radiazione. Sorgente di Huygens. Principio di Huygens-Fresnel e diffrazione elettromagnetica. Apertura TEM circolare uniforme. Applicazioni: antenne per ponti radio troposferici, schiere bidimensionali di paraboloidi per radiotelescopi (VLA, VLBA, Atacama). Mappe delle radioemissioni di corpi celesti. Effetti di un profilo di illuminazione non uniforme. Antenne integrate a microstriscia. Patch rettangolare: analisi approssimata tramite un modello intuitivo. Analisi numerica rigorosa di antenne di forma qualunque tramite il metodo dei momenti. Antenne PIFA a risonanza singola e multipla per ricetrasmettitori mobili 2G/3G. Antenne riconfigurabili mediante interruttori MEMS. Antenne planari multibanda per sistemi 4G (LTE). Schiere di antenne a microstriscia integrate insieme alla rete di alimentazione ("corporate feed"). Antenne a banda ultra-larga per sistemi UWB. Antenne a banda ultra-larga auto-similari: l'antenna a spirale.

Esercitazioni: descrizione di un simulatore elettromagnetico commerciale basato sulla tecnica FDTD/FIT. Analisi numerica di diversi tipi di antenne a dipoli e a microstriscia.

Testi/Bibliografia

TESTO DI ANTENNE: V. RIZZOLI E D. MASOTTI, 'LEZIONI DI SISTEMI D'ANTENNA' (VOL. 1 E 2), ESCULAPIO-PROGETTO LEONARDO, 2010/2011.

TESTI DI CONSULTAZIONE: L. STUTZMAN E G. A. THIELE, 'ANTENNA THEORY AND DESIGN', JOHN WILEY & SONS, 1998. V. RIZZOLI E A. LIPPARINI, 'PROPAGAZIONE ELETTROMAGNETICA GUIDATA' (PARTI PRIMA E SECONDA), ESCULAPIO-PROGETTO LEONARDO, 1998/2002.  

Metodi didattici

NELLE LEZIONI VENGONO SVILUPPATI ANZITUTTO GLI ASPETTI GENERALI E LE METODOLOGIE DI STUDIO DEI CIRCUITI A COSTANTI DISTRIBUITE E DEI SISTEMI D'ANTENNA, INCLUSI I FONDAMENTI DELL'ELETTROMAGNETISMO COMPUTAZIONALE. QUESTE CONOSCENZE VENGONO POI APPLICATE ALL'ANALISI DETTAGLIATA DEI COMPONENTI DISTRIBUITI E DELLE ANTENNE DI MAGGIORE INTERESSE PER LE APPLICAZIONI DELL'ELETTRONICA. LE ESERCITAZIONI SONO DEDICATE ALL'IMPIEGO DI PROGRAMMI DI SIMULAZIONE NELL'ANALISI NUMERICA DI SISTEMI ELETTROMAGNETICI.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

COLLOQUIO ORIENTATO AD APPURARE LA COMPRENSIONE DA PARTE DELLO STUDENTE DELLE METODOLOGIE DI ANALISI E DI PROGETTO E DELLE PROPRIETA' SPECIFICHE DEI SISTEMI ELETTROMAGNETICI RADIANTI E NON RADIANTI. RISOLUZIONE DI SEMPLICI ESERCIZI APPLICATIVI.

Strumenti a supporto della didattica

SONO DISPONIBILI DISPENSE IN CUI E' SVILUPPATA IN DETTAGLIO LA MAGGIOR PARTE DELLA MATERIA SVOLTA NEL CORSO. DURANTE LE LEZIONI SI FA USO DI DIAPOSITIVE PER SOLLEVARE PARZIALMENTE GLI STUDENTI DALLA NECESSITA' DI PRENDERE APPUNTI, SOPRATTUTTO PER QUANTO RIGUARDA GLI ASPETTI MATEMATICI DELLA TRATTAZIONE. COPIE DELLE DIAPOSITIVE PROIETTATE DURANTE LE LEZIONI SONO DISPONIBILI VIA INTERNET (UTILIZZARE IL LINK "MATERIALE DIDATTICO" NELLA HOME PAGE DEL CORSO).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Vittorio Rizzoli