ITALIANO

L'insegnamento fornisce le basi teoriche necessarie per la comprensione dei fenomeni dell’elettromagnetismo nelle applicazioni dell’ingegneria con riferimento alla propagazione delle onde elettromagnetiche sia nello spazio libero. Inizialmente vengono trattati gli argomenti matematici necessari, discutendo i teoremi necessari per la soluzione dei problemi di elettromagnetismo, e considerate le caratteristische delle soluzioni fondamentali delle equazioni di Maxwell. Nella seconda parte, si affrontano i problemi relativi al trasferimento di potenza per i collegamenti wireless. Pertanto, oltre ad introdurre le soluzioni relative all'irradiazione delle antenne, vengono considerate le loro proprietà generali e, in aggiunta, introdotte alcune tipologie fondamentali. Infine, alcuni degli argomenti teorici affrontati (la propagazione di onde piane in mezzi stratificati, il collegamento fra antenne) sono complementati con esercitazioni numeriche, volte a risolvere semplici problemi di collegamento.

G. Franceschetti, “Campi Elettromagnetici”, Bollati Boringhieri
C. Balanis ,”Advanced engineering electromagnetics” , Wiley, 2nd ed

L’insegnamento si prefigge di:
fornire le conoscenze di base sulla propagazione delle onde elettromagnetiche nelle applicazioni ingegneristiche,
di sviluppare nell studente la proprietà di linguaggio tecnico attraverso l’abitudine all’impiego di una terminologia non ambigua, propria delle materie scientifiche.
Al termine del corso lo studente deve:
saper applicare le conoscenze alla soluzione quantitativa di problemi elementari relativi ad un collegamento wireless,
conoscere i parametri necessari all’analisi di antenne,
riconoscere le tipologia fondamentali di antenne elementari e il loro comportamento.

Fondamenti di elettromagnetismo applicato, propagazione nelle linee di trasmissione (Laurea triennale, Campi elettromagnetici)

Lezioni frontali: argomenti teorici (89%), esercitazioni numeriche (20%)

L'esame consta di una prova scritta propedeutica e di una successiva prova orale.

La prova scritta consiste della soluzione numerica di due esercizi riguardanti la propagazione di onde piane in mezzi stratificati e un collegamento wireless, della durata di tre ore, da svolgersi in aula. Sono ammesse le consultazioni di testi e appunti. Sarà valutata in trentesimi ed avrà un peso di un terzo nel risultato finale.

La prova orale intende accertare l’apprendimento delle conoscenze sia sugli aspetti teorici del corso che sull'analisi del comportamento delle antenne
Si svolgerà con un colloquio articolato in una domanda su ciascuno di tali argomenti atto ad accertare il livello di conoscenze raggiunto in proposito.
Ogni ripsosta sarà valutata in trentesimi ed avrà un peso di un terzo nel risultato finale.

Approccio assiomatico all'elettromagnetismo. Densità di carica. Densità di corrente e relazione fra loro. Campo elettromagnetico. Equazioni di Maxwell: formulazione integrale e differenziale. Relazioni costitutive e proprietà dei mezzi materiali. Soregenti magnetiche. Caiche e correnti superficiali. Condizioni al contorno. (1 CFU)
Potenza e teoremi di Poynting.Teoremi di unicità. Condizioni di radiazione all'infinito. Soluzioni risonanti. Teorema di reciprocità. Metodo della sorgente di test. Teorema di equivalenza. Teorema di dualità. (1 CFU)
Soluzioni fondamentali in assenza di sorgenti: onde piane nel vuoto, in un mezzo materiale sia dielettrico che buon conduttore. Propagazione di un pacchetto di onde piane in un mezzo dispersivo: velocità di gruppo. Onde piane omogenee e non omogenee. (1 CFU)
Riflessione e trasmissione dionde piane, legge di Snell e coefficienti di Fresnel. Angolo limite, angolo di Brewster. Propagazione in un mezzo con perdite (Profondità di penetrazione, condizione di Leontovic). (1 CFU)
Potenziale vettore. Antenne in trasmissione: dipole elettrico elementare. Zona vicina e lontana. Potenza complessa irradiata. Sorgente filiforme. Altezza efficace, direttività, impedenza di ingresso, resistenza di ingresso. Effetto della corrente sul diagramma di irradiazione.(1 CFU)
Antenne magnetiche. Antenne a fessura. Teorema delle immagini. Antenna stampata (cenni) (0.5 CFU)
Antenna in ricezione: circuito di Thevenin. Altezza efficace in ricezione e area effiace Uguaglianza di altezze efficaci. Trasferimento di potenza in spazio libero. (0.5 CFU)

Italian

The course provides the theoretical foundation necessary to understand the application of electromagnetism to engineering, with particular reference to electromagnetic wave propagation both in free space. At first, the necessary mathematical topics are dealt with, by discussing the theorems required for the solution of electromagnetics problems, and the propertis of the fundamental solutions of the maxwell's equations are considered.
Secondly, the topics concerning power transfer in wireless links are delat with. Accordingly, in addition to the introduction of the solutions concerning antenna radiation, their general properties are considered. Morevoer some types of antennas are presented and discussed. Finally, some of the theoretical topics (plane wave propagation in stratified media, antenna links) are supplemented wiht numerical excercise, aiming at solving simple wireless link problems.

G. Franceschetti, “Campi Elettromagnetici”, Bollati Boringhieri
C. Balanis ,”Advanced engineering electromagnetics” , Wiley, 2nd ed

The course aims at:
providing the fundamentals about electromagnetic wave propagation in engineering applications,
developing the correctness of technical language by scientific terminology . Skill of employing rigorously simple mathematical models for the anlaysis of antennas and microwave circuits.
At the end the student must:
apply the skill to the quantitative solution of simple problems concerning wireless links,
know the parameters concerning antenna analysis,
recognize the main typology of simple antennas and their behaviour.

Foundations of electromagnetics, transmission line propagation (Campi elettromagnetici,first degree)

Classe lectures: theoretical issues (80%), numerical exercises (20%)

The final examination consists both in a prelimary written test and a subsequent oral test.
The written test concerns the numerical solution of two exercices about the propagation of plane waves in stratified media and a wireless link. It extends three hours and is perfored in classroom. Both books and personal notes can be consulted. The score is one third of the total one.
The oral test aims at verifying the learning of the knowledge about both the theoretical issues of the course and the behaviour of the antennas.
It consists in an interview with a question on each of the above topics aiming at appreciating the relevant knowledge of the student.
Every answer weighs one thord of the final score.

Assiomatic approach to Maxwell's equations. Charge and current density. The elctromagnetic field. Integral and differential formulations of Maxwell's equations. Constitutive relationship and properties of media. Magnetic sources. Surface charge and currents. Boundary conditions. (1 CFU)
Power and Poynting theorems. Uniqueness theorems. Radiation conditions. Resonant solutions. Reciprocity theorem. Test source method. Equivalence theorem. Duality theorem (1CFU)
Fundamental homogenous solutions: plane waves in free space, in a medium both dielectric and good conductor. Plane wave packet propagation in dispersive media: group velocity. Homogeneous and inhomogenous waves. (1CFU)
Reflection and transmission of plane waves, Snell laws and Fresnel coefficients. Limit angle, Brewster angle. Propagation in a lossy medium.
(Leontovic condition, penetration depth). (1CFU)
Vector potential. Transmitting antennas. elementary electric dipole. Near and far zone. Radiated complex power. Wire source. Effective heigth, directivity, input impedance. Effect of the source current on the radiation pattern. (1CFU)
Magnetic antennas. Slot antennas. Image thorem. Microstrip antenna (outline) (0.5 CFU)
Receiving antennas: Thevenin circuit. Receiving effective heigth and effective area. Equivalence of effective heights. Power transfer in wireless link (0.5 CFU)