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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2020/2021
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 088680 - CAMPI ELETTROMAGNETICI
Docente D'Amico Michele
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. 270) - MI (357) INGEGNERIA ELETTRONICA*AZZZZ088680 - CAMPI ELETTROMAGNETICI

Obiettivi dell'insegnamento

Il corso di campi elettromagnetici ha come obiettivo principale quello di fornire allo studente le conoscenze di base sull’elettromagnetismo, con particolare enfasi alle applicazioni nel campo dell'elettronica, dei circuiti e delle telecomunicazioni. 

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.

 


Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino 1)

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.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino 2)

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.

 

 


Argomenti trattati

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.

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).

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.

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.

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).

Esercitazioni

  • Esercizi numerici su tutti gli argomenti trattati in teoria.

Prerequisiti

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).


Modalità di valutazione

L’esame può essere superato presentandosi a uno degli appelli di luglio, settembre o febbraio. L'esame consiste in una prova scritta obbligatoria; 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. 

Ogni esercizio vale 8 punti, indipendentemente dalla sua complessità, per un totale di 32 punti disponibili. La strategia migliore consiste quindi nel rispondere partendo dalle domande e dagli esercizi più semplici, per passare successivamente a quelli più complessi.

La prova scritta è di tipo "open book", lo studente può quindi consultare liberamente testi, eserciziari, appunti, ecc. E' consentito l'utilizzo di calcolatrici scientifiche, anche programmabili; non è consentito l'utilizzo di smartphone, tablet, laptop e notebook.

Gli studenti che conseguono allo scritto un voto sufficiente (18/30 o più) possono chiedere di sostenere un orale per incrementare il voto dello scritto. L'orale verte sulla parte teorica del corso (principi fondamentali, dimostrazioni, ecc.) e ha una durata media di 20 minuti. Lo scostamento massimo rispetto al voto dello scritto è di +/- 3 punti.

Gli studenti che allo scritto non raggiungono la sufficienza devono obbligatoriamente sostenere di nuovo l'esame.

 


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaCarlo Riva e Gian Guido Gentili, Appunti di Campi Elettromagnetici, Editore: Maggioli Editore
Risorsa bibliografica facoltativaCarlo Riva e Gian Guido Gentili, Appunti di onde elettromagnetiche con esercizi, Editore: Maggioli Editore
Risorsa bibliografica facoltativaM. D'Amico, G.G. Gentili, Esercizi di Campi Elettromagnetici, Editore: CUSL
Risorsa bibliografica facoltativaSimon Ramo, John R. Whinnery, Theodore Van Duzer, Campi e onde nell'elettronica per le comunicazioni , Editore: Franco Angeli
Note:

There is an English version of this book


Software utilizzato
Nessun software richiesto

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
60:00
90:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.7.2 / 1.7.2
Area Servizi ICT
11/08/2022