Presentare i concetti fondamentali del comportamento dei campi elettromagnetici alla base del funzionamento delle principali applicazioni ICT. Descrivere le leggi fisiche che regolano i campi elettromagnetici in regime tempo invariante (statica) e mostrare possibili applicazioni. Introdurre e commentare le equazioni di Maxwell che descrivono le interazione di tipo elettromagnetico in regime tempo variante su scala non microscopica. Applicare le leggi teoriche allo studio della trasmissione delle onde elettromagnetiche in spazio libero e in forma guidata, con particolare attenzione alle applicazioni più importanti nell'ambito ICT. L’insegnamento, che non adotta modalità di didattica innovativa, introduce ad un buon livello di formalismo matematico che facilita uno studio completo dei campi elettromagnetici e delle loro applicazioni.

Lezioni

Elettrostatica e magnetostatica: Campi scalari e vettoriali e operatori che li descrivono. Il campo elettrico, le sue sorgenti e le leggi che ne descrivono il comportamento (leggi di Coulomb e di Gauss). Potenziale, energia e capacità elettrostatica.  Il campo magnetico, le sue sorgenti, e le leggi che ne descrivono il comportamento. Energia magnetostatica. Induttanza e resistenza elettrica. Effetto Joule. Comportamento elettrico e magnetico dei materiali.

Campi elettromagnetici in regime tempo variante: Il campo elettromagnetico in regime tempo variante e leggi che ne descrivono il comportamento: le equazioni di Maxwell. Comportamento elettromagnetico dei materiali. Anisotropia e dispersione. Teorema di unicità della soluzione del problema elettromagnetico e teorema di Poynting. I campi elettromagnetici in regime sinusoidale stazionario.

Introduzione alle onde piane: L’onda piana: proprietà fondamentali. La propagazione delle onde piane in mezzi con e senza perdite. L’effetto pelle nei conduttori elettrici. Riflessione e trasmissione delle onde nei mezzi stratificati.

Linee di trasmissione ideali: La propagazione delle onde nelle linee di trasmissione TEM e quasi TEM. Onde di tensione e corrente e equazioni delle linee di trasmissione. Velocità di propagazione, impedenza caratteristica e coefficiente di riflessione. Rapporto d’onda stazionaria. Impedenza di ingresso. Richiami del diagramma di Smith. Trasferimento di potenza nelle linee di trasmissione e principali reti di adattamento (trasformatore in quarto d’onda, adattatore stub semplice).

Linee di trasmissione con perdite: Equivalente circuitale di un tratto di linea con perdite e significato fisico dei parametri che la caratterizzano. La propagazione nelle linee con piccole perdite. Bilancio di potenza nelle linee con perdite. Esempi di linee di trasmissioni: cavi di rete.

Esercitazioni

Esempi di calcolo del campo elettrostatico e magnetostatico in presenza di sorgenti elementari. Metodo delle cariche immagine. Esempi di calcolo del campo elettromagnetico in regime tempo variante.

Soluzione di semplici problemi di propagazione delle onde piane in spazio libero e in presenza di più materiali differenti.

Calcolo dei principali parametri che caratterizzano le linea di trasmissione. Calcolo dell’impedenza lungo una linea di trasmissione. Dimensionamento di reti adattanti. Calcolo del bilancio di potenza nelle linee di trasmissione senza e con perdite. 

Geometria analitica, trigonometria, operazioni con i vettori e i numeri complessi.

L’esame prevede una verifica scritta e una prova orale su tutti gli argomenti dell’insegnamento.