ITALIANO

Conoscenze di base di elettromagnetismo e di analisi matematica

72 ore di lezione frontale

L’insegnamento permette di acquisire conoscenze sia per riconoscere le diverse famiglie di antenne in base alle loro caratteristiche elettromagnetiche e alle loro prestazioni, sia per operare confronti e scelte in funzione del loro utilizzo e per sviluppare tecniche di progetto di nuovi sistemi radiativi. Saranno anche approfonditi modelli matematici per la caratterizzazione del fenomeno della radiazione e della propagazione. Tali conoscenze, integrando le nozioni acquisite negli insegnamenti attinenti le altre discipline del corso, si propongono di fornire un’elevata competenza delle attuali tecnologie, adottando strumenti metodologici adeguati che consentano di impostare, affrontare e risolvere le diverse problematiche dell'Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni sia ai vari livelli di astrazione tipici dell'analisi del problema e della progettazione, sia nella fase di realizzazione e verifica del prodotto finale di cui il sistema radiante è parte significativa

Al fine di affrontare tematiche legate ad aspetti di antenne, anche in contesti di notevole complessità, attraverso l’applicazione delle conoscenze, lo studente dovrà saper interpretare correttamente problemi analisi e progetto di strutture radianti, e problemi di propagazione delle onde elettromagnetiche nella ionosfera, nella troposfera e in ambito urbano. Tale capacità si estrinsecherà attraverso una serie di abilità professionalizzanti, quali: applicare le tecniche di analisi per risolvere problemi di copertura radio in contesti realistici; capacità di effettuare misurazioni ed interpretare correttamente i dati rilevati; saper scegliere ed applicare tecniche e strumenti di progetto per sintetizzare strutture radianti che soddisfino opportune specifiche e da utilizzare in contesti nuovi ed emergenti, anche mediante l’utilizzo di tecnologie avanzate; saper implementare metodologie per realizzare collegamenti radio

L’esecuzione di una serie di misurazioni in laboratorio relative a situazioni canoniche significative e riguardanti aspetti descritti teoricamente in aula e che porterà alla stesura di una relazione per ogni misura effettuata, contribuirà a migliorare sia il grado di autonomia di giudizio in generale, sia la capacità di relazionarsi con i colleghi che deriva anche dal lavoro in gruppo, sia la capacità critica di apprendimento in autonomia dello studente. I collegamenti con aspetti tipici delle discipline dell’elettromagnetismo, dell’elettronica e delle telecomunicazioni forniranno allo studente competenze ad ampio spettro utilizzabili sia nell’ambito della ICT, sia in contesti industriali non tipici di questo ambito, ma che fanno uso di tecnologie basate sui campi elettromagnetici

LEZIONI DI TEORIA
1) Richiami di elettromagnetismo
- Equazioni di Maxwell , Condizioni al contorno - Teorema di Poynting - Equazione delle onde Polarizzazione - Potenziali vettore e scalare,- Funzione di Green per lo spazio libero- Condizioni di Sommerfeld- Sorgenti magnetiche - Dipolo elettrico - Spira circolare (dipolo magnetico) - Principio di dualità - Teorema di unicità - Principio delle immagini
2) Generalità sulle antenne
- Classificazione delle antenne - Meccanismo di radiazione - Regioni di campo (Fresnel e Fraunhofer) - Approssimazione di campo lontano - Diagramma di radiazione - Intensità di radiazione - Direttività, guadagno, efficienza - - Polarizzazione d’antenna- Impedenza d’antenna (rappresentazione circuitale) - Lunghezza efficace - Area efficace - Antenna factor - Relazione guadagno-area efficace - Teorema di reciprocità - Temperatura di rumore di antenna
3) Antenne filiformi
- Antenna corta - Dipolo di lunghezza finita Monopolo-- Equazione di Hallen - Dipolo ripiegato [B: 9.5]
- Antenna a onda progressiva - Antenna rombica
4) Antenne a schiera
- Schiera elementare a due elementi - Principio di moltiplicazione dei diagrammi - Schiere lineari e uniformi - Schiera broadside - Schiera end-fire - Schiera binomiale - Impedenza mutua di antenne vicine - Rappresentazione del fattore di schiera con polinomio nella variabile complessa z- Teoremi di Schellkunoff - Sintesi mediante serie di Fourier - Sintesi mediante polinomi di Tchebyscheff - Schiere bidimensionali - Schiera con elementi passivi - Progetto di schiera Yagi-Uda - Digital beamforming
5) Antenne ad apertura
- Teorema di equivalenza - Sorgente di Huygens - Apertura su un piano assorbente - Apertura su un piano metallico - Antenna a tromba -Esempi di calcolo di radiazione da una guida d'onda troncata e coassiale troncato
6) Antenne a riflettore
- Riflettore piano e angolare - Riflettore parabolico
7) Antenne a microstriscia
- Generalità - Diagramma di radiazione - Modello a cavità- Impedenza d'antenna
8) Propagazione
- Tratta radio- Formula di Friis - Propagazione troposferica - Equazione iconale - Curvatura della traiettoria di un'onda elettromagnetica nella troposfera - Rifrazione troposferica - Raggio terrestre - Profilo del collegamento - Diffrazione - Ellissoidi di Fresnel - Propagazione in ambito urbano- Propagazione su suolo riflettente- Formule di Hata e di Okumura- Formule di Walfish-Ikegami-
9) Tool numerici per progettazione e analisi di antenne:-Comsol, CST Microwave Studio
LABORATORIO
Misura di impedenza di ingresso di antenna
Misura dell’antenna factor
Misura del diagramma di radiazione e guadagno d’antenna

Una prova orale, consistente nella esposizione di argomenti riguardanti il programma del corso

Per superare con esito positivo l’esame, si dovrà dimostrare, di aver ben compreso i concetti fondamentali dell’insegnamento ed in particolare di aver acquisito le competenze di base sui meccanismi di radiazione delle antenne e sui fenomeni propagativi.

Viene attribuito un voto in trentesimi, con eventuale lode

L’esame consiste generalmente di tre domande e il punteggio finale terrà conto della comprensione degli argomenti, capacità di dimostrazione degli stessi, della qualità dell'esposizione (utilizzo linguaggio appropriato), della capacità di correlare tra loro sia i diversi argomenti del corso, sia questi con altre discipline, della complessiva autonomia di giudizio dimostrata. La lode potrà essere attribuita agli studenti che raggiungano il voto massimo di 30/30 e dimostrino di essere in grado di applicare autonomamente conoscenze e competenze acquisite, anche a contesti diversi da quelli proposti a lezione.

Constantine A. Balanis, “Antenna Theory - Analysis and Design”, third edition, J Wiley Ed.
Sarà possibile reperire eventuale ulteriore materiale al sito https://learn.univpm.it

Il Corso non è erogato in modalità e-learning