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FABRIZIO FREZZA

CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Il corso intende presentare una panoramica di alcuni argomenti avanzati di elettromagnetismo, di considerevole importanza per le applicazioni, e un’introduzione allo scattering elettromagnetico.
CAPACITÀ APPLICATIVE. Gli studenti potranno acquisire una visione d’insieme dell’elettromagnetismo moderno, con particolare riferimento agli aspetti metodologici unificanti e alle tecniche matematiche impiegate, che consentirà loro di orientarsi facilmente nello studio successivo o nelle posizioni lavorative, in virtù della grande generalità dei temi affrontati. In particolare gli studenti avranno appreso in profondità i concetti principali della propagazione guidata e libera, come pure l’approccio ai problemi di scattering, risolti sia in forma chiusa (problemi canonici) che numericamente.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Essere in grado di formulare una propria valutazione relativa agli argomenti del corso e alla loro rilevanza applicativa. Essere in grado di raccogliere e valutare criticamente informazioni aggiuntive per conseguire una maggiore consapevolezza relativa agli argomenti del corso.
ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Saper descrivere gli argomenti del corso. Saper comunicare le conoscenze acquisite sugli argomenti del corso.
CAPACITÀ DI APPRENDERE. Strumenti chiave usati estensivamente per la loro intuitività fisica e potenza rappresentativa sono gli sviluppi modali con i relativi circuiti equivalenti a costanti distribuite e gli spettri di onde piane. Sono inoltre approfonditi i concetti di funzione di Green e di rappresentazione integrale.

Gli studenti che abbiano superato l’esame avranno una conoscenza approfondita di metodologie matematiche assai potenti e generali. In particolare, essi avranno considerato in dettaglio il metodo dello “spectral domain”, che consente, utilizzando il concetto di rappresentazione spettrale e un formalismo di tipo tensoriale, di caratterizzare accuratamente le strutture di tipo stampato correntemente impiegate nella tecnica delle microonde; gli studenti avranno appreso procedure asintotiche per valutare delle sovrapposizioni integrali di onde piane. Inoltre gli studenti avranno studiato modi complessi in strutture guidanti, che danno luogo a interessanti fenomeni di propagazione e radiazione, fondamentali nella teoria delle antenne ad onda viaggiante e nei problemi di interferenza nei circuiti a microonde. Infine sarà trattato l’approccio al problema di scattering, risolto sia in forma chiusa (problemi canonici) che numericamente.

Conoscenza dei contenuti dei corsi di analisi matematica, fisica generale, teoria dei circuiti, teoria dei segnali ed elettromagnetismo di base.

Strutture guidanti planari, linee di trasmissione equivalenti per guide bidimensionali. Relazione di dispersione, spettro discreto dei modi guidati, risoluzione grafica. Modi di radiazione, spettro continuo. Fasci a sezione limitata: uso dello spettro angolare, lo “shift” di Goos‐Hänchen. Il metodo della risonanza trasversa, applicazioni elementari. Guide d’onda a “slab” dielettrico, approccio di ottica geometrica. La guida a piatti paralleli parzialmente riempita di dielettrico. La guida d’onda dielettrica non radiativa (NRD). Il metodo della costante dielettrica efficace per guide tridimensionali. La “slot line”. Il metodo dello “spectral domain” per lo studio di strutture planari stratificate. Applicazione elementare del metodo alla slot line. Richiami di algebra e analisi diadica in problemi elettromagnetici. Funzioni di Green diadiche spettrali. Equazioni integrali: soluzione numerica con il metodo dei momenti. Applicazione del metodo alla microstriscia. Decomposizione spettrale dei campi irradiati da un’apertura. Valutazione asintotica di integrali: integrazione per parti, il metodo della fase stazionaria. Calcolo del campo lontano. Introduzione generale allo scattering elettromagnetico e rassegna delle principali applicazioni. Problemi canonici: scattering da strutture cilindriche e sferiche. Richiami sulle funzioni di Bessel e di Hankel. Simulazione di elementi scatteranti generici attraverso “arrays” di cilindri o sfere. Modello a griglia di fili, metodo di Richmond, “point matching”. Filo di lunghezza finita: equazioni integrali di Pocklington e di Hallen, cilindro di lunghezza finita. Scattering in guida d’onda: metodo del “mode‐matching”, iride induttiva in guida d’onda rettangolare. Scattering da strutture periodiche: il teorema di Floquet, espansioni in termini di armoniche spaziali, reticoli di diffrazione. Rappresentazioni integrali per il campo elettromagnetico, equazioni integrali per lo scattering da oggetti bi‐ e tri‐dimensionali di forma arbitraria: formulazioni EFIE e MFIE, soluzioni spurie, equazioni combinate.

F. Frezza, Advanced Electromagnetics and Electromagnetic Scattering, disponibile gratuitamente in pdf sul sito web del Corso, 2020.
Materiale integrativo (diapositive, articoli tutoriali, note) disponibile sul sito web di riferimento.
Materiale propedeutico: F. Frezza, A Primer on Electromagnetic Fields, Springer, 2015.

C.A. Balanis, Advanced engineering electromagnetic, seconda edizione, Wiley, 2012.
C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, quarta edizione, Wiley, 2016.
R.C. Booton, Computational methods for electromagnetics and microwaves, Wiley, New York, 1992.

Il metodo di insegnamento principale è la didattica frontale. È previsto altresì lo svolgimento di esercizi per applicare le conoscenze teoriche acquisite. Verranno anche previsti ove possibile seminari e visite guidate.

la frequenza alle lezioni non è obbligatoria

L'esame si svolge mediante una prova orale, collocata dopo il termine dell’insegnamento e della durata massima di un’ora, le cui domande mirano a verificare l'avvenuta acquisizione dei concetti e delle metodologie discussi nel corso, con riferimento agli obiettivi formativi, e in particolare: alla comprensione dei concetti trasmessi durante le lezioni riguardo gli argomenti avanzati di elettromagnetismo applicato di maggiore rilevanza; alla capacità di apprendere in autonomia esprimendo proprie valutazioni sull’importanza degli argomenti trattati nelle applicazioni elettromagnetiche; all’abilità comunicativa dimostrata.

[1] linee di trasmissione equivalenti per guide bidimensionali.
[2] risoluzione grafica dell'equazione caratteristica.
[3] lo “shift” di Goos‐Hänchen.
[4] il metodo della risonanza trasversa, applicazioni elementari.
[5] guide d’onda a “slab”, approccio di ottica geometrica, condizione di congruenza di fase. [6] la guida a piatti paralleli parzialmente riempita di dielettrico.
[7] il metodo della costante dielettrica efficace per guide tridimensionali.
[8] la “slot line”.
[9] il metodo dello “spectral domain” per lo studio di strutture planari stratificate.
[10] applicazione del metodo dello "spectral domain" alla microstriscia.
[11] scattering elettromagnetico da strutture cilindriche, richiami sulle funzioni di Bessel e di Hankel.
[12] simulazione di elementi scatteranti generici attraverso “arrays” di fili, metodo di Richmond.

• materiale introduttivo
  • Testi di riferimento: testo del Docente


• strutture planari e integrate
  • Testi di riferimento: testo del Docente


• scattering elettromagnetico
  • Testi di riferimento: testo del Docente