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Luca VINCETTI

Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: Elettromagnetismo applicato

Ingegneria elettronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2022)

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire le conoscenze tecniche di base della propagazione elettromagnetica sia guidata che nello spazio libero, nonché gli strumenti necessari per la comprensione, l’analisi e la progettazione di linee di trasmissione e collegamenti a radiofrequenza nello spazio libero, unitamente a brevi accenni sulle guide d’onda per circuiti a microonde, sulle fibre ottiche e sulla compatibilità elettromagnetica.

Prerequisiti

Nozioni elementari di elettromagnetismo fornite da un corso di base di fisica e di teoria dei circuiti fornite da un corso di elettrotecnica

Programma del corso

Il concetto di onda (1 CFU)
Il concetto di onda. Equazione delle onde. Onda co-propagante, contro-propagante e stazionarie. Velocità di fase. Proprietà dei mezzi materiali.

Linee di trasmissione (2 CFU)
Rappresentazione circuitale delle linee di trasmissione. Equazioni delle linee di trasmissione o del Telegrafo nel dominio del tempo. Parametri descrittivi delle linee di trasmissione nel dominio del tempo. Diagrammi a rimbalzo. Equazioni del Telegrafo e del Telefono nel dominio della frequenza. Parametri descrittivi delle linee di trasmissione nel dominio della frequenza. Carta di Smith. Adattamento in potenza e d’impedenza. Adattatori a quarto d’onda. Parametri di scattering.

Propagazione libera (2 CFU)
Teorema di Poynting. Vettore di Poynting nel domino del tempo e della frequenza. Potenza attiva e reattiva. Onde piane monodimensionali. Propagazione nei buoni dielettrici e nei buoni conduttori. Riflessione in corrispondenza di una discontinuità.

Antenne (2 CFU)
L’antenna come trasformatore di onde guidate in onde libere e viceversa. Dipolo elementare o hertziano. Campo vicino e campo lontano di un’antenna. Grandezze caratteristiche delle antenne. Antenne d’apertura, a tromba e paraboloidi. Schiere di antenne. Progetto di un radiocollegamento e Formula di Friis. Formula del radar. Cenni sulle problematiche di compatibilità elettromagnetica.

Attività di laboratorio (2 CFU)
Utilizzo di un simulatore elettromagnetico per lo studio delle linee di trasmissione, propagazione libera e antenne.
Misure, tramite analizzatore di rete di:
- coefficiente di riflessione, rapporto d'onda stazionarial, impedenza di ingresso di linee di trasmissione;
- impedenza di ingresso, return loss e digramma di radiazione di antenne

Metodi didattici

I metodi didattici comprendono:
1) Lezioni frontali;
2) esercizi svolti dal docente in aula;
3) esercizi svolti autonomamente dallo studente;
4) attività di laboratorio svolte a gruppi di 2-3 studenti

Testi di riferimento

- Ulaby Fawwaz T., “Fondamenti di Campo Elettromagnetici – Teoria e applicazioni”, Pearson 8^a edizione

- Ryan Said,Umran S. Inan,Aziz Inan, "Engineering Electromagnetics and Waves", 2/E ISBN:9780132662741 (non copre la parte sulle antenne)

- dispense, esercizi svolti, video e links forniti dal docente

Verifica dell'apprendimento

Il voto finale è determinato dalla valutazione della prova scritta eventualmente incrementata di una percentuale variabile definita da attività non obbligatorie quali esercizi a casa assegnati settimanalmente e tre prove di autovalutazione erogate al termine dei tre principali argomenti del corso.
Gli esercizi da svolgere a casa (opzionali) consentono un incremento massimo della valutazione della prova scritta del 5%.
Le prove di autovalutazione da svolgere alla fine di ciascuno dei tre macro-argomenti del corso (opzionali) consentono un incremento massimo della valutazione della prova scritta del 10%.
La prova scritta è composta da:
- esercizi numerici simili a quelli svolti in aula durante lo svolgimento del corso
- domande a risposta aperta su argomenti del corso

Risultati attesi

Conoscenze e capacità di comprensione:
tramite le lezioni e le discussioni collegiali in aula lo studente:
- apprende il principio fondamentali della trasmissione delle onde e delle antenne.
Tramite l’attività di laboratorio lo studente apprende:
- l’utilizzo di un simulatore elettromagnetico.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Tramite le esercitazioni in laboratorio lo studente apprende ad applicare i concetti appresi per:
- il corretto utilizzo di un simulatore elettromagnetico e un’analisi critica dei risultati da esso forniti.

Autonomia di giudizio:
tramite le discussioni in aula lo studente migliora le proprie capacità di:
- valutare criticamente i concetti e gli strumenti di analisi presentati durante il corso.

Tramite le relazioni scritte sull’attività di laboratorio, lo studente:
- apprende a valutare criticamente i risultati ottenuti e le conseguenze delle approssimazioni fatte;

Abilità comunicative:
tramite le relazioni scritte sull’attività di laboratorio, lo studente sviluppa la capacità di presentare in modo chiaro ed efficace i risultati ottenuti utilizzando correttamente la terminologia tecnica.

Capacità di apprendimento:
le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti teorici e metodologici per provvedere autonomamente al proprio aggiornamento.