UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI TRIESTE
FACOLTA’ D’INGEGNERIA
Insegnamento: Microonde
(Corso di Laurea: Ingegneria Elettronica)
Docente: Prof. Roberto Vescovo
Programma per l’Anno Accademico 2003-2004
Introduzione al corso: problematiche e applicazioni delle microonde.
Propagazione guidata. Strutture guidanti di tipo cilindrico. Metodo di separazione delle
variabili. Formule dei campi elettromagnetici in un dielettrico a geometria cilindrica, in
termini di autofunzioni e di 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. Cavo coassiale: modo
TEM e banda unimodale, equazioni per i modi superiori. Equazione di Bessel e funzioni di
Bessel. Funzioni di Hankel. Guida a sezione circolare. Modi TE e TM e modo fondamentale.
Banda unimodale. Confronto con la guida rettangolare. Potenza in guida metallica. Formule
della potenza per i modi TE, TM e TEM.
Potenza per il modo fondamentale in guida rettangolare. Rigidita’ dielettrica e massima
potenza per il modo fondamentale in guida rettangolare. Potenza del modo fondamentale nel
cavo coassiale e nella guida circolare.
Ortogonalità dei modi in guida metallica e conseguenze. Insieme dei modi TE, TM e TEM
come sistema completo di soluzioni.
Riflessione e rifrazione di onda piana su un piano di separazione tra un dielettrico perfetto e
un mezzo con perdite. Caso in cui il secondo mezzo è un buon conduttore. Condizione di
Leontovic.
Perdite in guida metallica dovute al conduttore. Cenni alla teoria perturbativa per il calcolo
della costante di attenuazione dovuta alle perdite. Calcolo della costante di attenuazione per
modi TE, TM e per il modo TEM. Casi particolari importanti: cavo coassiale, guida
rettangolare e guida circolare.
Tensione e corrente nel cavo coassiale. Formule per i parametri L, C, R, G.
Linea di trasmissione a piatti metallici paralleli. Guida ridged.
Stripline e linea a microstriscia.
Velocità di gruppo. Dispersione. Velocità di trasporto dell’energia in guida. Pacchetto d’onda.
Introduzione alle guide dielettriche. Caso di due dielettrici a geometria cilindrica e condizioni
al contorno in termini di campi e di autofunzioni. Guida a lastra piana: determinazione dei
modi TE pari, TE dispari, TM pari e TM dispari e relative equazioni caratteristiche. Modi
guidati, modi irradianti e modi evanescenti.
Barra cilindrica dielettrica. Modi di ordine azimutale nullo, modi EH e modi HE. Condizione
di taglio. Modo fondamentale e primi modi superiori. Approssimazione della guida lieve.
Modi LP e relativa equazione caratteristica. Dispersione e attenuazione nella barra cilindrica.
Cenni alla dispersione intermodale e intramodale. Modello a linea di trasmissione di un modo
in guida d’onda, e circuito equivalente. Normalizzazione delle funzioni di modo. Esempi per
il cavo coassiale e la guida rettangolare.
Reti a microonde. Matrici (Z), (Y), (z), (y), (S). Matrice degli spostamenti. Potenza attiva
assorbita da una rete a microonde come forma Hermitiana associata alla matrice di
dissipazione. Reti passive, dissipative, attive e senza perdite, e loro descrizione in termini
della matrice (S) e della matrice (Z).
Reti a due porte. Matrice catena e matrice di trasmissione. Condizioni di assenza di perdite
per una rete a due porte. Relazione tra coefficienti di riflessione in ingresso e in uscita di una
rete a due porte. Cerchio limite. Teorema di composizione dei ROS. Trasformazione
d’impedenza e cerchio limite. Circuito equivalente a T e a di una rete a due porte reciproca.
Circuito equivalente con due linee e trasformatore ideale, per una rete a due porte reciproca e
priva di perdite.
Potenza in un collegamento con interposizione di una rete a due porte.
Componenti a microonde. Terminazioni di corto circuito. Terminazioni senza riflessione.
Giunto a trappola. Pistoni senza contatto. Attenuatori. Frustrazione della riflessione e
attenuatori a riflessione. Isolatori e sfasatori.
Adattatori d’impedenza senza perdite: condizione di adattamento per una rete a due porte
reciproca e priva di perdite. Reti a tre porte. Circolatori e loro principali applicazioni.
Reti a tre porte a Y simmetrica, T-parallelo e T-serie.
Accoppiatori direzionali ideali e proprietà della relativa matrice (S). Accoppiatore a fori.
Accoppiatori direzionali adattati e adattati a 3dB. Accoppiatori simmetrici. Giunzione ibrida
di Riblet. Parametri di un accoppiatore direzionale. Rete a doppio T. T magico. T magico
caricato a tre o due porte. Divisore di potenza a rapporto qualunque. Filtri di diramazione.
Cenno al Klystron.
Cavità risonanti. Cavità ottenute da guide metalliche chiuse da pareti in corto circuito. Modi
di oscillazione TE, TM e TEM e frequenza di risonanza. Cavita’ parallelepipeda e modo
fondamentale.
Fattore Q.
Misura di coefficiente di riflessione con la guida fessurata. Misura di ROS. Misura dei
parametri s di una rete a due porte con l’analizzatore di reti.
Il corso comprende esercizi in aula ed esercitazioni di laboratorio sulle misure a microonde.
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.
