Elettrotecnica II 2013

ELETTROTECNICA II
(A.A. 2012/13)
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica
Dipartimento di Ingegneria Elettrica Elettronica e Informatica (DIEEI) – Università di Catania
Docente: prof. S. Alfonzetti
Programma del corso
1. Filtri elettrici.
Vari tipi di filtro. Funzione caratteristica di un filtro. Trasformazioni di frequenza; filtro passa-basso
di riferimento. Tecniche di approssimazione: Butterworth e Chebyshev. Sintesi di filtri a scala LC
doppiamente caricati. Filtri attivi del primo e del secondo ordine. Cella biquadratica. Filtri di
Sallen-Key e filtri a retroazione negativa multipla; esempi di progetto.
2. Linee di trasmissione
Circuiti a parametri distribuiti. Parametri primari e circuiti equivalenti di una linea bifilare;
equazioni del primo e del secondo ordine di una linea; linee a basse perdite e linee ideali;
integrazione delle equazioni delle linee antidistorcenti. Bilancio energetico in una linea. Analisi
delle linee nel dominio della pulsazione complessa; onde progressive e onde regressive; linee
antidistorcenti di lunghezza finita; esempi. Analisi delle linee nel dominio del tempo; linee ideali di
lunghezza infinita contenenti elementi concentrati.
Equazioni di una linea uniforme in regime sinusoidale; parametro di propagazione, velocità di fase
e di gruppo, impedenza caratteristica; coefficiente di riflessione, linea adattata. Calcolo delle matrici
immettenza e di trasmissione di un tratto finito di linea; modelli circuitali equivalenti a T ed a Π;
linee corte e linee lunghe. Impedenza di ingresso di un tratto di linea. Linea ideale chiusa in c.c. e in
c.a.; linee a λ/2 e a λ/4; tensione e corrente in una linea ideale, ROS. Linea a basse perdite. Bilancio
energetico in una linea, potenza complessa. Circuito equivalente ed equazioni delle linee
multiconduttore. Matrici dei parametri e loro proprietà.
3. Campi elettromagnetici.
Richiamo della teoria dei campi elettrici e magnetici. Campo di corrente stazionario. Potenziale
scalare elettrico. Campo elettrico stazionario. Campo magnetico stazionario. Potenziale vettore
magnetico. Campo elettromagnetico quasi-stazionario. Effetto pelle.
Metodi numerici per il calcolo di campi elettromagnetici. Il metodo delle differenze finite (FDM). Il
metodo degli elementi finiti (FEM). Formulazione variazionale per l’equazione scalare di Poisson in
2D. Elementi triangolari del primo ordine. Funzioni di forma lagrangiane. Matrici di Dirichlet e di
metrica per un elemento finito. Condizioni al contorno di tipo Dirichlet, Neumann e misto.
Costruzione del sistema risolvente e sua risoluzione. Valutazione di quantità integrali (flussi, energie,
forze). Elementi triangolari di ordine superiore. Coordinate locali. Elemento triangolare standard.
Formule di integrazione nel triangolo standard. Matrici universali in forma razionale. Elementi
triangolari a lati curvi. Elementi quadrangolari. Quadratura di Gauss per domini triangolari e
quadrangolari. Elementi tetraedrali di ordine superiore. Elementi finiti di tipo vettoriale.
Funzione di Green per l’equazione di Poisson. Formule di Green. Metodo degli elementi di contorno
(BEM). Integrazione di funzioni singolari. Metodo ibrido FEM/BEM.
4. Elementi di teoria delle antenne.
Principali tipologie di antenne e loro caratteristiche. Antenne elementari a dipolo elettrico ed a
dipolo magnetico. Parametri di un’antenna trasmittente: solido e diagrammi di radiazione,
resistenza di radiazione, lunghezza efficace, funzioni di direttività e di guadagno. Parametri di una
antenna ricevente: area efficace, fattori di adattamento di potenza e di polarizzazione, fattore di
antenna. Antenna a dipolo a λ/2 ed antenna unipolare a λ/4. Schiere di antenne.
Testi di riferimento e bibliografia.
1. R. Schaumann, Mac E. Van Valkenburg: "Design of analog filters". OUP, New York, 2001.
2. P. P. Civalleri: "Elettrotecnica", vol. II. LEU Levrotto&Bella, Torino, 2002.
3. G. Martinelli, M. Salerno: "Fondamenti di Elettrotecnica", vol. II. Edizioni Scientifiche Sidrea,
Roma, 1996.
4. S. Ramo, J. R. Whinnery, T. Van Duzer: "Campi e Onde per l’Elettronica e le
Telecomunicazioni". Franco Angeli Editore, 1977.
5. G. Franceschetti: " Electromagnetics: theory, techniques and engineering paradigms". Plenum
Press, New York, 1997.
6. P. P. Silvester, R. L. Ferrari: “Finite elements for electrical engineers”, 3a edizione, Cambridge
University Pres, 2003.
Note.
Il corso di Elettrotecnica II è di 9 CFU, ha la durata di 90 ore e si tiene al 2° semestre del 1° anno
del Corso di Laurea Magistrale. L’esame consta di un’unica prova orale.