logo-polimi
Loading...
Risorse bibliografiche
Risorsa bibliografica obbligatoria
Risorsa bibliografica facoltativa
Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2004/2005
Facoltà Scuola di Ingegneria dell'Informazione
Insegnamento 072831 - CAMPI ELETTROMAGNETICI (PER TELECOMUNICAZIONI)
Docente Capsoni Carlo
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 509) - MI (123) INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI* PZZZZ072831 - CAMPI ELETTROMAGNETICI (PER TELECOMUNICAZIONI)

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

Obiettivi

Il corso di campi elettromagnetici è un corso di base sull’elettromagnetismo. Si parte dai concetti fondamentali di elettrostatica e magnetostatica (campi elettrici e magnetici indipendenti dal tempo), per giungere alle equazioni di Maxwell, presentate in forma integrale e differenziale. Si applicano quindi tali equazioni allo studio (introduttivo) delle onde piane, delle linee di trasmissione e dei circuiti a parametri distribuiti. Lo studente è così introdotto al problema della propagazione delle onde elettromagnetiche guidate e irradiate.

 

Distribuzione indicativa dell'attività didattica

  Ore di lezione = 58, ore di esercitazione = 40, ore di laboratorio = 6

  Programma delle lezioni e delle esercitazioni

 

LEZIONI

1. Introduzione ai campi elettromagnetici, elettrostatica e magnetostatica

Richiami sui vettori e sulle operazioni vettoriali. Campi scalari e vettoriali. Operatori: flusso e integrale di linea (e circuitazione). Operatori differenziali vettoriali (gradiente, divergenza, rotore). Teorema della divergenza e di Stokes. Proprietà integrali dei campi di tipo gradiente e rotore. Teorema di Helmholtz.

Forza e carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico, densità di flusso elettrico e legge di Gauss. Il potenziale elettrostatico. Relazioni costitutive: campi nei mezzi materiali. Cenni agli aspetti molecolari e alla struttura atomica della materia. Condizioni al contorno sui campi elettrostatici all’interfaccia fra 2 mezzi. Energia elettrostatica. Capacità elettrica 2D e 3D. Concetto di corrente elettrica e legge di Ohm. Resistenza elettrica, legge di Joule.

Forze magnetiche e il campo magnetico stazionario. Il campo magnetico nei mezzi materiali

Relazioni costitutive: aspetti molecolari. Condizioni al contorno sui campi magnetostatici all’interfaccia fra 2 mezzi. Energia magnetostatica. Induttanza 2D e 3D, esterna ed interna.

2. Equazioni di Maxwell

Definizione di regime tempo variante. Legge di Faraday. Flusso dei vettori densità di flusso elettrico e magnetico. Legge di Ampere-Maxwell. Legge di conservazione della carica in forma integrale e differenziale. Relazione costitutive dei mezzi. Anisotropia e dispersione. Condizioni al contorno

Enunciazione dei teoremi di unicità e di Poynting. Regime stazionario sinusoidale: fasori e vettori fasori. Equazioni di Maxwell in regime stazionario sinusoidale.

 

3. Introduzione alle onde piane

Funzioni d’onda in regime sinusoidale. L’onda piana: proprietà fondamentali. Onde in mezzi senza perdite. Onde in mezzi con perdite: l’effetto pelle. Riflessione delle onde con incidenza normale e in mezzi senza perdite. Mezzi stratificati e i fenomeni di interferenza. Strati in lambda/4 e in lambda/2.

4. Linee di trasmissione in regime tempo variante

Linee di trasmissione: distribuzioni dei campi e.m. in una generica sezione. Linee TEM e Quasi TEM. Tensioni e correnti nelle linee di trasmissione. Equazioni delle linee di trasmissione nel dominio del tempo. Onde di tensione e corrente. Velocità di propagazione, impedenza caratteristica e coefficiente di riflessione. Transitorio su una linea di trasmissione.

5. Linee di trasmissione in regime sinusoidale

Equazioni delle linee di trasmissione in regime sinusoidale. Equivalente circuitale. Onde di tensione e corrente. Velocità di propagazione, impedenza caratteristica e coefficiente di riflessione. Rapporto d’onda stazionaria. Impedenza. Stato stazionario su una linea. Studio dei massimi e minimi dell’inviluppo della tensione lungo una linea di trasmissione. Flusso di potenza. e trasferimento di potenza ad un carico. Il diagramma di Smith.

7. Linee con perdite

Equivalente circuitale di un tratto di linea con perdite. Significato fisico dei parametri. Resistenza e conduttanza per unità di lunghezza. Linee con piccole perdite. Impedenza caratteristica e costante di propagazione in una linea con piccole perdite. Bilancio di potenza nelle linee con perdite.

 

 

 

ESERCITAZIONI

1. Metodo delle immagini per la soluzione dei campi elettrostatici

Potenziale distribuzione carica puntiforme e filiforme. Metodo delle cariche immagine.

Calcolo del campo elettrostatico di una carica puntiforme e filiforme di fronte a piano conduttore; carica filiforme di fronte o dentro a cilindro conduttore. Immagini tra due dielettrici. Metodi numerici per la soluzione di campi statici.

2. Esempi di calcolo di campo magnetostatico generato da semplici distribuzioni di corrente.

2. Calcolo dei parametri per unità di lunghezza in una linea di trasmissione

Esercizi sul calcolo di L, C, R e G per vari esempi di linee di trasmissione.

3. Onde
Calcolo di semplici problemi di propagazione relativi alla onde piane. Riflessione da un semispazio e da multistrati.

4. Carta di Smith e linee di trasmissione

Carta di Smith delle impedenze e delle ammettenze; movimenti sulla carta di Smith. Calcolo impedenze sulle linee, calcolo di parametri relativi allo stato stazionario.

5. Linee con perdite

Bilancio di potenza (trasferimento di potenza a un carico, potenza dissipata su una linea di trasmissione).

 

  Attività di laboratorio

  Campi statici, onde nelle linee di trasmissione e in spazio libero.


Note Sulla Modalità di valutazione
Prova scritta. Sono previste due prove in itinere e tre appelli. E' possibile la consultazione di libri e/o appunti.

Bibliografia

C. Riva, G. G. Gentili, Appunti di campi elettromagnetici.
Clayton R.Paul, Keith W. Whites, Syed A. Nasar: Introduction to Electromagnetic fields, WCB McGraw-Hill.
Ramo, Whinnery, Van Duzer: Fields and waves in communication electronics, John Wiley.
Ulaby, Fundamentals of Applied Electromagnetics, Prentice Hall.

Conciauro, Introduzione alle onde elettromagnetiche, McGraw-Hill.
D’Amico, Gentili, Esercizi di campi elettromagnetici, CUSL.

  Altro materiale didattico

  Materiale integrativo, se necessario, verrà distribuito durante il corso e/o messo a disposizione via web.


Software utilizzato
Nessun software richiesto

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
58.0
esercitazione
40.0
laboratorio informatico
6.0
laboratorio sperimentale
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
schedaincarico v. 1.6.9 / 1.6.9
Area Servizi ICT
29/11/2021