II parte (Antenne)

200023-02
UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TRIESTE
FACOLTA’ D’INGEGNERIA
Insegnamento: Campi elettromagnetici II
(Corso di Laurea: Ingegneria delle Telecomunicazioni)
Docente: Prof. Roberto Vescovo
Programma per l’Anno Accademico 2002-2003
I parte (Riflessione e rifrazione, potenziali elettromagnetici, propagazione guidata e
componenti a microonde)
Introduzione al corso: problematiche e applicazioni dell’elettromagnetismo, con particolare
riferimento alle microonde.
Riflessione e rifrazione di un’onda piana su una superficie piana di separazione tra due mezzi
dielettrici privi di perdite. Riflessione totale. Formule di Fresnel. Angolo di Brewster.
Principio di Fermat per la riflessione e la rifrazione. Teoria dei potenziali elettromagnetici:
potenziali scalari e potenziali vettori nel dominio della frequenza. Il concetto di scelta. Scelta
=0, scelta =0, scelta di Coulomb e scelta di Lorentz.
Calcolo del campo elettromagnetico in una regione illimitata, riempita di mezzo lineare
isotropo e omogeneo, con il metodo dei potenziali (senza dimostrazione). Teorema di
equivalenza (per le correnti volumetriche). Teorema di equivalenza (per le correnti
superficiali). Teorema di Love. Impiego del conduttore elettrico perfetto e del conduttore
magnetico perfetto nel teorema di Love. Teorema delle immagini e sue applicazioni. Il
teorema dell’induzione elettromagnetica.
Strutture guidanti di tipo cilindrico. Formule dei campi elettromagnetici in un dielettrico a
geometria cilindrica, in dipendenza dalle autofunzioni e dagli autovalori. Guida metallica di
sezione trasversale arbitraria (conduttore elettrico perfetto); modi TE, TM e TEM e positività
degli autovalori nei modi TE e TM. Modo in propagazione e modo evanescente; frequenza di
taglio. Modo fondamentale, modi superiori e banda unimodale. Velocità di fase in guida.
Lunghezza d’onda in guida. Impedenza d’onda in guida per i modi TE, TM e TEM. Guida
metallica a sezione rettangolare: modi TE e TM, modo fondamentale, banda unimodale e
analisi della polarizzazione del campo nel modo fondamentale. Guida a sezione quadrata.
Cavo coassiale: modo TEM e banda unimodale. Potenza in guida metallica. Potenza per i
modi TE, TM e TEM. Ortogonalità dei modi in guida metallica e conseguenze. Insieme dei
modi TE, TM e TEM come sistema completo di soluzioni.
Stripline e linea a microstriscia. Modelli a linea di trasmissione.
Modello a linea di trasmissione per un modo in guida d’onda. Normalizzazione delle funzioni
di modo.
Reti a microonde. Matrici (Z), (Y), (z), (y), (S). Componenti a microonde. Terminazioni senza
riflessione. Terminazioni di corto circuito. Attenuatori. Frustrazione della riflessione e
attenuatori a riflessione. Isolatori e sfasatori. Accoppiatori direzionali.
Misura del coefficiente di riflessione con la guida fessurata.
II parte (Antenne)
Definizione di antenna. Tipi fondamentali di antenne: antenne a filo, antenne ad apertura,
antenne a schiera, antenne a riflettore, lenti, antenne in microstriscia.
La radiazione elettromagnetica: problemi pratici e fondamenti teorici. Calcolo del campo
prodotto da una sorgente: potenziale vettore magnetico e scelta di Lorentz. Campo di un
dipolo elettrico elementare e andamento di esso in funzione della distanza dalla sorgente.
Espressione approssimata per il campo vicino e per quello lontano. Diagramma di radiazione.
Esempio del dipolo elementare. Potenza media irradiata. Intensità di radiazione. Esempi tipici
di diagrammi di radiazione. Grandezze tipiche di un diagramma direttivo. Direttività. Caso
del dipolo elementare. Guadagno di potenza. Efficienza di radiazione.
Polarizzazione di un’antenna. Impedenza d’ingresso. Resistenza di radiazione. Caso del
dipolo elementare e del dipolo con distribuzione di corrente triangolare.
Circuito equivalente dell’antenna per il generatore.
Parametri legati alla funzione ricevente dell’antenna. Area efficace. Esempi: dipolo
elementare e apertura rettangolare. Lunghezza equivalente in una data direzione. Lunghezza
equivalente in trasmissione. Relazione tra guadagno di potenza e area efficace. Campo
prodotto da una sorgente di dimensione finita. Approssimazione per il campo a grande
distanza. Introduzione della carica magnetica e della corrente magnetica. Presenza di sorgenti
sia elettriche sia magnetiche. Principi di equivalenza per il campo elettromagnetico.
Equivalenza per mezzo di correnti superficiali. Esempio del dipolo. Irradiazione del dipolo di
lunghezza finita. Campo e potenza irradiata. Resistenza di radiazione. Andamento della
resistenza d’ingresso in funzione del rapporto lunghezza-lunghezza d’onda. Caso del dipolo
in mezz’onda.
Esempio di applicazione del principio di equivalenza per le antenne a tromba.
Il corso comprende esercitazioni.
L’esame consiste in una prova orale.
TESTI CONSIGLIATI
G. C. Corazza, A. Manimpietri, C. Montebello: "Circuiti a microonde", Patron, 1965.
R. E. Collin: "Foundations for Microwave Engineering", Mc Graw-Hill, 1966.
C. G. Someda: "Onde elettromagnetiche", UTET, 1986.
G. B. Stracca: "Microonde", Clup-Città Studi, 1991.
G.D. Vendelin, A.M. Pavio, U.L. Rodhe: "Microwave circuit design using linear and
nonlinear techniques", Wiley and Sons, 1990.