Campi Elettromagnetici 2020/2021

Nella prima par vengono richiamati i principi di base della propagazione delle onde elettromagnetiche con il modello delle linee di trasmissione e poi con la teoria del potenziali di radiazione e della funzione di Green. Vengono quindi introdotte le antenne elementari e le sorgenti distribuite ed i loro parametri di prestazione. Successivamente si descrive una metodo numerico per la rappresentazione digitale di elementi radianti al calcolatore e si spiega come usare un solutore commerciale basato su tale metodo. Si passa quindi ai sistemi wireless per applicazioni broadcasting basati su antenne filo e poi alle configurazione ad array per applicazioni alle comunicazioni punto-punto, i sistemi radar ed la comunicazione cellulare adattativa. Nella sezione successiva vengono introdotte le antenne per comunicazioni personali (cellulare, notebook, dispositivi wearable basati sulle antenne in microstriscia) e si descrive l'intero sistema di comunicazione. Negli ultimi 3 CFU (facoltativi per il corso da 6 CFU) vengono introdotte le antenna per comunicazione a banda larga e ultra larga basate su dispositivi volumetrici e auto-scalanti ed infine vengono descritti i sistemi di antenne a riflettore per comunicazione direttiva su lunghe distanze. Le lezioni frontali sono completate da numerose esercitazioni numeriche interattiva anche con l'uso di simulatori elettromagnetici

In dettaglio:

1. INTRODUZIONE ALL'IRRADIAZIONE (2h) Cronologia essenziale. Meccanismi di radiazione. Tipi di antenne.

2. ANTENNA BASICS (4h) Introduzione alle linee di trasmissione. Sorgenti di campo elettromagnetico: sorgenti impresse, equivalenti. Potenziali di radiazione. Funzione di Green.

3. DIPOLI ELETTRICI E MAGNETICI ELEMENTARI (4h) Regimi statici e dinamici (campo reattivo e radiante). Dipoli hertziani

4. FONTI DISTRIBUITE (4h) Le regioni di radiazione di Fraunhofer e Fresnel. Propagazione come trasformata di Fourier spaziale bidimensionale. Parametri di radiazione: lunghezza effettiva, intensità della radiazione, direttività, guadagno. efficienza, larghezza del fascio, polarizzazione. Parametri del circuito equivalente: impedenza di ingresso, coefficiente di riflessione, larghezza di banda, guadagno realizzato.

5. MODELLISTICA AL CALCOLATORE (8) Equazioni integrali di scattering elettromagnetico: scatterers di filo (equazioni di Pocklington, Hallen), scatteratori estesi. Method of Moments: teoria e solutore FEKO.

6. ANTENNE PER BROADCASTING (10) Antenna a dipolo a mezza onda: corrente equivalente in linea di trasmissione, impedenza di ingresso, risonanza in serie e parallelo, diagramma di radiazione, larghezza del fascio, direttività. Dipoli piegati, T-Match, Gamma Match. Monopolo a quarto d'onda: antenna Marconi. Antenne a loop: equivalenti a linee di trasmissione, loop piccoli, loop ampi, risonanza in serie e parallelo, pattern di radiazione, larghezza di fascio, direttività. Sintonizzazione della frequenza, tecniche di alimentazione.

7. ARRAY E BEAMSHAPING (12) Array di antenne: fattore di matrice, principio di moltiplicazione, guadagno totale, efficienza. Array lineari uniformi: finestre di visibilità, diagramma di radiazione, larghezza del fascio, fascio, array broadside e endfire, scansione a fascio elettronico, Grating lobes, matrici di dipoli, reti di beamforming (albero e bus). Array bidimensionale uniforme: scansione del fascio. Sintesi di array non uniforme: illuminazione binomiale, illuminazione Tchebyshev, sintesi di Fourier beam-shaping, sintesi con il metodo delle proiezioni alternate

8. ANTENNE PER DISPOSITIVI PERSONALI (12) La microstrip. Lo slot. Antenne Patch integrate: modello di linea di trasmissione, adattamento di impedenza, substrati, diagramma di radiazione, efficienza e larghezza di banda, antenne PIFA. Tecniche di miniaturizzazione: slot, pin di cortocircuito, meandri. Ampliamento: antenne multistrato, configurazioni stacked. Polarizzazione circolare: doppia porta, configurazione a porta singola.

9. LINK DI COMUNICAZIONE WIRELESS (4) Antenne in modalità di ricezione: formula di Friis, sezione di scattering trasverso, equazione del radar. Introduzione all'identificazione a radiofrequenza.

3 CFU Obbligatori solo per il corso da 9 CFU ==========

10. ANTENNE A BANDA LARGA (15) Dipoli spessi: antenne biconiche, bow-tie, antenne cilindriche. Antenne auto-scalanti: antenna log-periodica, spirale logaritmica, antenne frattali.

11. ANTENNE AD ALTO CONTROLLO (15) Array Yagi-Uda. Antenne ad apertura: rappresentazione trasformata di Fourier, apertura rettangolare uniforme, apertura circolare uniforme, equivalenza con gli array bidiensionali. Antenne a riflettore: approssimazione a raggi, riflettori parabolici, guadagno del sistema, sistemi multi-riflettori Cassegrain e Gregoriani. Sistemi offset.