Il corso di campi elettromagnetici è un corso di base sull’elettromagnetismo. Si parte dalle equazioni di Maxwell (richiami), presentate in forma differenziale, e si applicano tali equazioni allo studio delle linee di trasmissione, delle onde piane e della radiazione. Lo studente è così introdotto al problema della propagazione delle onde elettromagnetiche guidate e irradiate.

DdD 1: conoscenza e comprensione
A seguito del superamento dell'esame, lo studente:

- conosce gli strumenti matematico/fisici di base per lo studio dei campi elettromagnetici

- comprende le leggi che regolano il comportamento dei campi elettromagnetici in regime statico, tempo variante e sinusoidale stazionario

- apprende le basi della teoria della radiazione

DdD 2: capacità di applicare conoscenza e comprensione
A seguito del superamento dell'esame, lo studente sa:

- applicare a situazioni concrete le leggi teoriche per lo studio propagazione delle onde piane in spazio libero e in presenza di mezzi omogenei e disomogenei a tratti

- applicare a problemi reali le leggi teoriche per lo studio della propagazione delle onde guidate con particolare riferimento alle linee di trasmissione

- valutare la radiazione di sorgenti elementari di tipo elettrico e magnetico

1. Richiami di elettrostatica ed elettrodinamica classica

Campi scalari e vettoriali. Operatori differenziali vettoriali.

Campo elettrico: densità di flusso elettrico e legge di Gauss; il potenziale elettrostatico; energia elettrostatica; capacità.

Campo magnetico: densità di flusso magnetico e relativa legge di Gauss; energia magnetostatica; induttanza.

Condizioni al contorno dei campi statici elettrico e magnetico all’interfaccia fra 2 mezzi.

Equazioni di Maxwell. Relazione costitutive dei mezzi. Condizioni al contorno. Regime stazionario sinusoidale: fasori e vettori fasori. Equazioni di Maxwell in regime stazionario sinusoidale.

2. Onde piane

Onde piane uniformi in mezzi ideali in regime tempo-variante.

Onde piane uniformi in mezzi ideali e con perdite in regime sinusoidale. Effetto pelle.

Polarizzazione di un’onda piana (lineare, circolare, ellittica).

Riflessione delle onde piane con incidenza normale in mezzi senza perdite. Coefficiente di riflessione e di trasmissione. Incidenza normale sui multistrati (risoluzione con il modello a linee di trasmissione). Incidenza obliqua su piani metallici (TE e TM). Incidenza obliqua su discontinuità dielettriche (TE e TM).

3. Linee di trasmissione (equazione dei telegrafi)

Linee di trasmissione TEM: cavo coassiale, linea bifilare.

Capacità, induttanza, resistenza e conduttanza per unità di lunghezza.

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.

Equazioni delle linee di trasmissione in regime sinusoidale. Rapporto d’onda stazionaria. Studio dell’inviluppo della tensione e della corrente lungo una linea di trasmissione. Flusso di potenza e trasferimento di potenza ad un carico. Perdite nei conduttori e nel dielettrico. Il diagramma di Smith.

Strutture adattanti: trasformatore lambda/4 semplice e con neutralizzazione; stub semplice, reti ad L, T e Pi-greco con componenti concentrati.

4. Guide d'onda e linee quasi-TEM

Linee di trasmissione quasi TEM: microstriscia. Distribuzioni dei campi in una generica sezione.

Linee di trasmissione TE e TM. Guide d'onda rettangolari. Distribuzioni dei campi in una generica sezione. Modi TE e TM come sovrapposizione di onde piane TEM.

5. Radiazione

Potenziali ritardati. Potenziale vettore. Funzione di Green per la sorgente elementare.

Radiazione del dipolo hertziano elettrico: campo vicino, di induzione e di radiazione.

Radiazione del dipolo magnetico (dualità). 

Antenne come trasduttori (loro parametri).

6. Esercitazioni

Esercizi numerici su tutti gli argomenti trattati in teoria.

Sono necessarie conoscenze elementari di analisi matematica e geometria (con particolare riferimento ad operazioni sui numeri complessi, calcolo differenziale e integrale ed operazioni con i vettori) e di elettromagnetismo (elettrostatica, magnetostatica).

L’esame può essere superato presentandosi a uno degli appelli di luglio, settembre o febbraio. L'esame consiste in una prova scritta; lo studente, in sede d'esame, dovrà risolvere - in due ore e mezza - quattro problemi numerici relativi ad argomenti che coprono tutto il programma (onde piane, linee di trasmissione, adattamento, radiazione).

L'obiettivo dell'esame è verificare la capacità dello studente di:

- determinare i parametri più importanti delle linee di trasmissione TEM e non-TEM

- progettare reti per l'adattamento di impedenza

- valutare i campi elettrico e magnetico totali presenti in regioni di spazio non omogenee interessate da onde progressive e regressive

- valutare la radiazione di sorgenti elementari, anche in gruppo. 

La prova scritta è di tipo "open book", lo studente può quindi consultare liberamente testi, eserciziari, appunti, ecc.

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