Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
− conoscere le teorie di base della propagazione elettromagnetica
− comprendere i meccanismi fisici della propagazione libera a microonde;
− conoscere le principali antenne a microonde;
− conoscere e comprendere i più importanti sistemi wireless a microonde;
− utilizzare e applicare gli strumenti di analisi e progettazione di antenne a microonde.
Prerequisiti
Elettromagnetismo Applicato
Contenuti dell'insegnamento
Equazioni di Maxwell
Condizioni al contorno
Parametri caratteristici delle antenne
Metodi numerici per l’elettromagnetismo
Principio di equivalenza dei campi
Antenne ad apertura
Antenne a tromba
Antenne a microstriscia
Antenne per dispositivi mobili
Smart antenna
Tecnologie di antenne per 5G
Il programma del corso potrà essere integrato da seminari
Programma esteso
La durata di ogni lezione è pari a 2 ore
LEZIONE 1: Introduzione alle antenne e ai sistemi wireless
LEZIONE 2: Equazioni di Maxwell, proprietà elettriche dei materiali (conduttori, dielettrici)
LEZIONE 3: Condizioni al contorno: campi all’interfaccia tra due materiali generici e tra due dielettrici, campi all’interfaccia con conduttore elettrico perfetto e con conduttore magnetico perfetto
LEZIONE 4: Parametri caratteristici delle antenne: diagramma di radiazione, densità di potenza irradiata, intensità di radiazione, apertura del fascio irradiato
LEZIONE 5: Parametri caratteristici delle antenne: direttività, efficienza, guadagno, efficienza del fascio, larghezza di banda
LEZIONE 6: Parametri caratteristici delle antenne: polarizzazione, impedenza d’ingresso, area efficace
LEZIONE 7: Introduzione al Metodo degli Elementi Finiti (FEM) e presentazione delle funzioni principali del modulo RF del software COMSOL Multiphysics, simulazione numerica di un’antenna a dipolo
LEZIONE 8: Antenne ad apertura: introduzione agli integrali di radiazione e ai potenziali vettori, principio di equivalenza di campo, equazioni di radiazione
LEZIONE 9: Antenne ad apertura rettangolare con distribuzione di campo uniforme in presenza e in assenza di un piano di massa infinito
LEZIONE 10: Modi TE in guide d’onda rettangolari, antenne ad apertura rettangolare con distribuzione di campo del modo TE10 in presenza di un piano di massa infinito
LEZIONE 11: Antenne ad apertura circolare con distribuzione di campo uniforme e del modo TE11 in presenza di un piano di massa infinito
LEZIONE 12: Simulazione con COMSOL Multiphysics di guide d’onda rettangolari per applicazioni a microonde
LEZIONE 13: Antenne a tromba
LEZIONE 14: Introduzione alle antenne a tromba corrugate, simulazione numerica di un’antenna a tromba circolare corrugata
LEZIONE 15: Introduzione al Metodo dei Momenti (MoM) e presentazione delle funzioni principali dell’Antenna Toolbox di MATLAB per il design e l’analisi di antenne singole e di schiere di antenne
LEZIONE 16: Antenne a microstriscia: caratteristiche di base, tecniche di alimentazione, metodi di analisi
LEZIONE 17: Antenne a microstriscia rettangolari: modello a linea di trasmissione
LEZIONE 18: Antenne a microstriscia rettangolari: modello a cavità risonante
LEZIONE 19: Esercitazione sulle antenne a microstriscia
LEZIONE 20: Antenne per dispositivi mobili: Planar Inverted-F Antenna (PIFA), slot antenna, Inverted-F Antenna (IFA)
LEZIONE 21: Esercitazione sulle antenne per dispositivi mobili
LEZIONE 22: Simulazione numerica con COMSOL Multiphysics di un’antenna per dispositivi mobili
LEZIONE 23: “Smart antennas” per comunicazioni con dispositivi mobili
LEZIONE 24: Tecnologie di antenne per le comunicazioni wireless 5G
Bibliografia
C. A. Balanis, “Antenna Theory: Analysis and Design”, Wiley, 2016
D. M. Pozar, “Microwave engineering”, Wiley, 1998
Z. Zhang, “Antenna design for mobile devices”, Wiley, 2017
K. Fujimoto, K. Ito, “Antennas for small mobile terminals”, Artech House, 2018
Articoli scientifici segnalati durante le lezioni del corso.
Metodi didattici
Le attività didattiche comprendono lezioni svolte in aula dal docente con l’ausilio della lavagna e del computer/proiettore per mostrare presentazioni multimediali e immagini (36 ore). A queste si alternano esercitazioni svolte con l’ausilio dell’Antenna Toolbox di MATLAB (4 ore) e lezioni laboratoriali (8 ore), che prevedono l’utilizzo del software COMSOL Multiphysics per l’analisi e la progettazione di antenne e dispositivi a microonde.
Il materiale didattico di supporto alle lezioni viene caricato con cadenza settimanale sulla piattaforma Elly. Per scaricare il materiale è necessaria l’iscrizione al corso.
Si ricorda agli studenti non frequentanti di controllare il materiale didattico disponibile e le indicazioni fornite dal docente tramite la piattaforma Elly.
Modalità verifica apprendimento
La valutazione dell’apprendimento è effettuata tramite una prova orale con domande ed esercizi sugli argomenti trattati durante le lezioni svolte sia in aula, sia in laboratorio, per verificare che lo studente abbia acquisito le conoscenze richieste sulla propagazione elettromagnetica e sui meccanismi di funzionamento delle antenne a microonde. La prova orale è valutata con scala 0/30. Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa.
L’iscrizione on-line all’appello è obbligatoria e va effettuata non più tardi di tre giorni prima della data dell’esame.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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