La finalità essenziale del corso consiste nell'acquisizione dei concetti fondamentali dei campi elettromagnetici sia per la parte di elettromagnetismo classico sia per quella in continua evoluzione e di interesse attuale. Le applicazioni più interessanti riguardano le antenne, i satelliti artificiali, le fibre ottiche, l'optoelettronica. Si dà ampia enfasi alla interpretazione della soluzione campistica in termini di circuiti equivalente.
 

Prerequisiti: Concetti di Fisica - Calcolo Vettoriale - Geometria differenziale delle curve - Metodi matematici per ingegneria -Teoria di circuiti.

Richiami di calcolo vettoriale e differenziale. Richiami di Elettrostatica. Soluzione di problemi relativi ai campi statici: metodi grafici, numerici, analitici: Tecnica della separazione delle variabili; soluzione grafica di un campo; metodo delle immagini; metodo delle differenze finite; metodo delle trasformazioni conformi; trasformazione conforme di Schwartz-Christofell, metodo variazionale, funzioni olomorfe ed analitiche, condizioni di Cauchy-Rieman. Richiami di Magnetostatica. Equazioni di Maxwell: Equazioni di Maxwell per campi statici e variabili nel tempo; relazioni costitutive: relazione costitutiva per un plasma (freddo), frequenza di plasma, isotropo, non viscido, relazione costitutiva per un plasma in presenza di un campo magnetico, relazione costitutiva per una ferrite in presenza di un campo magnetico di polarizzazione, frequenza di Larnor, mezzo conduttore reale, conduttore perfetto; condizioni al contorno; correnti fittizie superficiali; condizioni al contorno di tipo impedenza o ammettenza; effetti dielettrici e magnetici non lineari; osservazioni. Teoremi generali e funzioni potenziali ausiliarie: Teoremi di Thomson; di Poynting e di unicità; condizione di radiazione di Sommerfeld; teorema di reciprocità di Lorentz; teorema di Helmholtz; torema della dualità; principio di Babinet; teorema di equivalenza di Love; principio di riflessione di Schawrtz; principio delle immagini; potenziale vettore A e scalare V; integrazione della equazione delle onde inomogenea di Helmholtz; potenziali hertziani; guida d'onda a piani paralleli, guida d'onda rettangolare; impedenze d'onda (cicliche o caratteristiche); attenuazione nelle guide d'onda. Onde piane: Propagazione di onde piane in un mezzo senza e con perdite; vari tipi di onde; riflessione e rifrazione di onde piane; leggi di Descartes e di Snell; angolo di Brewster; angolo critico di riflessione completa; equazione iconale; energia di propagazione e raggi; legge di Snell derivata dalla teoria dei raggi; principio di Fermat; propagazione in un mezzo con s finita; polarizzazione. Teoria delle linee di trasmissione: Equazioni delle linee per via e.m.; linea bipolare; linea costituita da due piani paralleli conduttori; soluzione delle equazioni delle linee; linee di trasmissione con basse perdite; rapporto d'onda stazionaria; caso di carico complesso ZL=R+j X; le linee come elemento circuitale; impedenza di ingresso di una linea accordata; linea in quarto d'onda come invertitore di impedenza; riflessione e trasmissione di una discontinuità; la carta di Smith; esercizi sulla carta di Smith; problema dell'adattamento. Autovalori e autovettori per le guide d'onda: IAutovalori; autovettori; ortogonalità degli autovettori; modi degeneri; espressione variazionale per gli autovalori; completezza delle autofunzioni; guida d'onda superficiale a due strati; campo elettrico e flusso di corrente ne conduttore; soluzione approssimata, soluzione esatta; fronte d'onda, onda evanescente; guida con parete metallica circolare, cavo caossiale, fobre ottiche; propagazione nel plasma; propagazione perpendicolare e parallela al campo magnetico di polarizzazione; rotazione di Faraday; misura del contenuto elettronico della ionosfera; angolo critico di riflessione; propagazione nelle ferriti. Altri metodi per la caratterizzazione di guide d'onda: Guide dielettriche a fetta anisotrope, guide rettangolari dielettriche, metodo della risonanza trasversale, metodo dell'indice di rifrazione efficace, il metodo WKB per la soluzione di guide non omogenee, il metodo del matrizzante, il metodo del fascio che si propaga (BPM). Fondamenti di antenne: Potenziali ritardati; elemento di corrente alternata (o dipolo elettrico oscillante); relazione fra un elemento di corrente ed il dipolo elettrico; potenza irradiata da un elemento di corrente; applicazione ad antenne "corte"; antenna lineare; campo elettromagnetico vicino all'antenna; approssimazione per il campo lontano per corrente qualsiasi; proprietà direzionali delle antenne a dipolo; antenne ad onda progressiva ed effetto del punto di alimentazione nelle antenne ad onda stazionarie; schiera a due elementi; diagramma orizzontale in un'antenna Broadcast; allineamenti di antenne (lineare, binomiale, triangolare); moltiplicazione dei diagrammi di irradiazione; diagrammi in altri piani; effetto della terra sui diagrammi verticali; schiere binomiali; schiere triangolari, progetto di una schiera di antenne, teoremi di Shelkunoff per le schiere. Caratteristiche sistemiche delle antenne: IGuadagno di antenna; lunghezza efficace dell'antenna; area efficace; impedenza vista dai terminali dell'antenna; antenne pratiche e metodi di eccitazione; attenuazione di tratto, rumore e temperatura di rumore, collegamento fra satelliti.
 
 

Attività didattiche aggiuntive

esercitazioni di laboratorio: realizzazione e diagnostica di guide d'onda dielettriche; tesine.
 

Testi consigliati

G.S. Someda: Onde Elettromagnetiche, UTET, 1986.

S. Ramo, J.R.Winnery, T. Van Duzer: Fields and Waves in Communication Electronics, John Wiley e Sons. N.Y..

R.E.Collin: Field Theory of Guided Waves, Mc Graw-Hill Book Company, N.Y. 1960.

Giorgio Franceschetti: Campi Elettromagnetici, Boringhieri, 1983.

R.E. Collin: Foundations for microwave engineering; McGraw Hill Book Company, 1966.

R.F. Harrington: Time-harmonic electromagnetic fields, McGraw Hill Book Company, 1961.