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Luca VINCETTI

Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: Photonics and Microwaves

Electronics Engineering - Ingegneria Elettronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2022)

Obiettivi formativi

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base e i criteri di progettazione delle guide (guide d'onda e fibre ottiche), delle sorgenti e dei ricevitori (antenne, lasers, fotodiodi) di campo elettromagnetico nella gamma delle microonde e delle frequenze ottiche.

Prerequisiti

Si richiedono le conoscenze di base di elettromagnetismo applicato che nell'ambito degli insegnamenti erogati presso il Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari" sono forniti dal corso di Campi Elettromagnetici.

Programma del corso

-Introduction (0.5CFU): Electromagnetic Spectrum;Microwave applications; Wireless systems; Optical and Photonic Applications
-Fundamentals of Electromagnetic Theory (1CFU):Plane waves; Reflection from dielectric and conducting planes.

- Waveguides (3CFU)
-Cylindrical structures and thier modes; Mode properties; Dispersion and attenuation.
-Transmission Lines and Waveguide; Wave on Transmission Lines; Field Analysis of Transmission Lines; Microstrip, Strip lines
-Metallic Waveguides: Rectangular and Circular Waveguides; Modes; Cut-off frequency; Phase and Group velocities.
-Dielectric Waveguides: Slab; Optical Fiber; Radiating Modes; Propagation Loss.

- Sources and Detectors (3CFU)
- Antenna fundamentals: radiation pattern; drectivity and gain; radiation resistance; effective area; Friis transmission formula.
- Aperture type antennas: the fourier transform method; radiation from planar aperture; Uniform and tapered aperture field; radiaton from slots.
- Microstrip antennas: Basic Characteristics; feeding methods;
- RFID systems and antennas.
- LEDs and Lasers: stimulated emission, resonant cavity;
- Photodiodes

Laboratory (1.5CFU)
- design and prototype characterization of a printed antenna
- refractive index, laser wavelength and grating pitch measurements

Metodi didattici

Lezioni in aula e attività di laboratorio

Testi di riferimento

F. S. Marzano, N. Pierdicca, "Fondamenti di Antenne", Carocci 2011 (1st ed.)

S. Selleri, L. Vincetti, A. Cucinotta, "Optical and Photonic Components", Esculapio (2nd ed. 2015)
ISBN: 9788874889242

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Constantine A. Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design," John Wiley & Sons Inc., 1982 (1st ed.), 1997(2nd ed.)

G. Keiser, Optical Fiber Communications, Mc-Graw-Hill

J. A. Buck, Fundametal of Optical Fibers, Wiley

Verifica dell'apprendimento

Colloquio orale e relazione di laboratorio

Il voto finale è il risultato della media pesata delle valutazioni delle due componenti dell’esame con i seguenti pesi:
- Relazione attività di laboratorio: 20%
- Prova orale: 80%

Risultati attesi

Conoscenze e capacità di comprensione:
tramite le lezioni e le discussioni collegiali in aula lo studente:
- apprende il principio di funzionamento dei principali componenti a microonde e fotonici.
Tramite l’attività di laboratorio lo studente apprende:
- l’utilizzo di un simulatore elettromagnetico;
- l’utilizzo della strumentazione di misura di componenti a microonde.

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;
- la progettazione di antenne stampate mediante l’ausilio di simulatori elettromagnetici;
- la misura dei principali parametri di un’antenna.

Autonomia di giudizio:
tramite le discussioni in aula e la preparazione all’ orale lo studente migliora le proprie capacità di:
- valutare criticamente i concetti e gli strumenti di analisi presentati durante il corso;
- valutare la possibilità e l’opportunità di impiegare un dato componente all’interno di sistemi ottici o fotonici complessi.
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 la preparazione al colloquio orale lo studente sviluppa la capacità di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione in merito agli argomenti trattati.
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.