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    Rocco PIERRI

    Insegnamento di TECNOLOGIE ELETTROMAGNETICHE E FOTONICHE PER SISTEMI DI TRASMISSIONE

    Corso di laurea magistrale in INGEGNERIA INFORMATICA

    SSD: ING-INF/02

    CFU: 9,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 72,00

    Periodo di Erogazione: Primo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Vengono fornite le conoscenze di base sulla propagazione di segnali wireless ed ottici per la trasmissione dei dati. Inoltre, vengono introdotte gli elementi di base per la progettazione e l'analisi di sistemi di trasmissione ottici in fibra e spazio libero.

    Testi di riferimento

    S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice Hill 2001
    R. Noé, Essentials of Modern Optical Fiber Communication, Springer-Verlag 2010

    Obiettivi formativi

    Comprensione delle modalità di trasferimento a distanza delle informazioni sulla base dei fenomeni elettromagnetici alle radiofrequenze e alle frequenze ottiche.
    Analisi di semplici scenari realistici per il collegamento wireless.
    Progettazione e analisi di un sistema di trasmissione ottica in fibra e spazio libero

    Prerequisiti

    Fondamenti di Elettronica, Fisica . Propagazione sulle linee di trasmissione (Laurea triennale, Campi Elettromagnetici)

    Metodologie didattiche

    Didattica frontale

    Metodi di valutazione

    Esame orale

    Programma del corso

    Soluzioni fondamentali delle equazioni di Maxwell in assenza di sorgenti: onde piane nel dominio del tempo e dei fasori. Propagazione in un mezzo dielettrico per direzioni arbitrarie. Vettore di Poynting e potenza.
    Riflessione da una superficie piana. Condizioni al contorno. Coefficienti di Fresnel. Angolo di Brewster. Angolo limite. Onde piane inomogenee.
    Ottica Geometrica: soluzione asintotiche delle equazioni di Maxwell. Raggio. Equazioni dell’iconale e del trasporto. Onda piana, onda sferica.
    Soluzioni fondamentali delle equazioni di Maxwell in presenza di sorgenti: dipolo elementare. Zona lontana. Potenza irradiata. Campo lontano di un’antenna filiforme: onda localmente piana, diagramma di irradiazione. Direttività.
    Antenna in ricezione: circuito equivalente. Area efficace. Collegamento nello spazio libero.
    Collegamento in presenza di una terra piana. Effetto della rugosità.
    Collegamento in presenza di un mezzo stratificato. Soluzione esatta, approssimazione delle piccole riflessioni. Effetto della conducibilità.
    Volume significativo per il collegamento nello spazio libero.
    Diffrazione di un’onda piana da un semipiano assorbente. Valutazione asintotica di integrali di diffrazione. Campo diffratto, coefficiente di diffrazione.
    Collegamento in presenza di un semipiano.
    Modalità fondamentali del collegamento in uno scenario realistico: macrocelle, microcelle, picocelle. Modelli empirici e fisici per la predizione della copertura. Diffrazione da schermi multipli.
    Slow e fast fading. Caratterizzazione statistica empirica. Fading a banda larga (cenni).
    Richiami di ottica: Ottica geometrica – Diffrazione – Ottica parassiale – Propagazione nei mezzi anisotropi – Polarizzatori - Reticoli di Bragg – Interferometria - Fasci gaussiani – Risonatori - Effetto elettro-ottico – Effetto acusto-ottico.
    Fibre ottiche e ottica guidata: Propagazione in strutture dielettriche – Caratteristiche delle fibre ottiche – Perdite – Dispersione – Trasmissione su fibra ottica - Time Division Multiplexing - Wavelength Division Multiplexing - Propagazione nelle guide planari – Accoppiamento fibra/guida – Perdite di inserzione – Accoppiatori e Deviatori - Filtri interferenziali.
    Sorgenti e rivelatori di luce a semiconduttori: Diodi emettitori di luce (LED) – Laser a semiconduttore – Fotoresistori – Fotodiodi a giunzione .
    Modulatori e amplificatori ottici: Modulazione diretta della radiazione emessa da laser a semiconduttore e LED– Modulazione indiretta della radiazione emessa da laser a semiconduttore e LED – Principio di funzionamento degli amplificatori in fibra ottica.
    Trasmissioni ottiche wireless: Collegamenti ottici in linea di vista - Propagazione ottica in atmosfera - Metodologie per ridurre gli effetti dell'atmosfera - Tecnologie dell'ultimo miglio

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Basic information on the propagation of wireless and optical signals for data transmission are provided. Furthermore, the basic elements for the design and analysis of optical fiber transmission systems and free space are introduced.

    Textbook and course materials

    S. O. Kasap, Optoelectronics and Photonics: Principles and Practices, Prentice Hill 2001
    R. Noé, Essentials of Modern Optical Fiber Communication, Springer-Verlag 2010

    Course objectives

    Understanding on how to transfer information remotely based on electromagnetic phenomena to radio frequencies and optical frequencies.
    Analysis of simple realistic scenarios for wireless connection.
    Design and analysis of an optical fiber transmission system and free space

    Prerequisites

    Fundamentals of Electronics, Physics. Propagation on transmission lines (Bachelor's Degree, Electromagnetic Fields)

    Teaching methods

    Frontal teaching

    Evaluation methods

    Oral exam

    Course Syllabus

    Fundamental solutions of Maxwell's equations in the absence of sources: plane waves in the time and phasors domain. Propagation in a dielectric medium for arbitrary directions. Poynting vector and power.
    Reflection from a flat surface. Boundary conditions. Fresnel coefficients. Brewster angle. Limit angle. Inhomogeneous plane waves.
    Geometric Optics: asymptotic solution of Maxwell's equations. Radius. Equations of the iconic and transport. Flat wave, spherical wave.
    Fundamental solutions of Maxwell equations in the presence of sources: elementary dipole. Far zone. Radiated power. Far field of a filiform antenna: locally plane wave, radiation diagram. Directivity.
    Receiving antenna: equivalent circuit. Effective area. Connection in free space.
    Connection in the presence of a flat earth. Effect of roughness.
    Connection in the presence of a stratified medium. Exact solution, approximation of small reflections. Conductivity effect.
    Significant volume for connection in free space.
    Diffraction of a plane wave from an absorbing half-plane. Asymptotic evaluation of diffraction integrals. Diffracted field, diffraction coefficient.
    Connection in the presence of a semi-plane.
    Basic modes of connection in a realistic scenario: macrocells, microcells, picocells. Empirical and physical models for predicting coverage. Diffraction from multiple screens.
    Slow and fast fading. Empirical statistical characterization. Broadband Fading (outline).
    Optical references: Geometric optics - Diffraction - Paraxial optics - Propagation in anisotropic media - Polarization - Bragg gratings - Interferometry - Gaussian beams - Resonators - Electro-optical effect - Acustic-optical effect.
    Optical fibers and guided optics: Propagation in dielectric structures - Characteristics of optical fibers - Leakage - Dispersion - Transmission on optical fiber - Time Division Multiplexing - Wavelength Division Multiplexing - Propagation in planar guides - Fiber / guide coupling - Insertion losses - Couplers and deviators - Interference filters.
    Semiconductor light sources and detectors: Light emitting diodes (LEDs) - Semiconductor lasers - Photoresistors - Junction photodiodes.
    Modulators and optical amplifiers: Direct modulation of the radiation emitted by semiconductor lasers and LEDs - Indirect modulation of the radiation emitted by semiconductor lasers and LEDs - Principle of operation of the optical fiber amplifiers.
    Wireless optical transmissions: Optical connections in line of sight - Optical propagation in the atmosphere - Methods to reduce the effects of the atmosphere - Technologies of the last mile

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