Il presente testo raccoglie il materiale delle lezioni da me tenute per il corso di Campi
Elettromagnetici II, a partire dall'anno accademico 1990{91, prima come collaboratore del
Prof. Paolo Lampariello, poi dal 1994{95 come docente.
Nelle Universita italiane i corsi denominati \Campi Elettromagnetici II" sono spesso
di natura molto diversa fra loro. Nel caso della \Sapienza" un tale corso viene in genere
(fortunatamente) proposto a studenti (attualmente dei corsi di Laurea di secondo livello)
che hanno gia un bagaglio piuttosto completo di conoscenze di Elettromagnetismo, fornite
ad esempio da corsi di Campi Elettromagnetici I, Antenne e Microonde. Si tratta
prevalentemente di studenti di Ingegneria Elettronica, ma anche di Ingegneria delle Telecomunicazioni
e di Scienze per l'Ingegneria. Quanto detto ha consentito n dall'inizio da
un lato una maggiore liberta del docente nella scelta del materiale, rendendo anche possibile
che una piccola parte del corso avesse carattere monogra co, il che avviene piuttosto
di rado nelle Facolta scienti che; dall'altro lato la possibilita di maggiori approfondimenti.
Di fatto, buona parte degli argomenti trattati e costituita da quelli su cui ho studiato e
lavorato negli ultimi venti anni.
Author(s): Fabrizio Frezza
Series: FANTOMASPING
Edition: 2013
Publisher: FantomasPing
Year: 2013
Language: Italian
Commentary: FANTOMASPING
Pages: 484
City: Rome
Tags: Campi Elettromagnetici Microonde
Prefazione
Indice
I Lezioni del corso
Strutture guidanti planari
Espressione di un generico campo elettromagnetico in termini di campi TM e TE
Campi elettromagnetici in strutture planari bidimensionali
Linee di trasmissione equivalenti in direzione trasversa
Soluzioni dell'equazione di Helmholtz per strutture planari. Relazione di dispersione. Spettro discreto dei modi guidati.
Risoluzione grafica dell'equazione caratteristica per uno strato dielettrico su un piano metallico
Modi di radiazione. Spettro continuo.
Soluzioni complesse dell'equazione caratteristica. Onde ``leaky''.
La regione di transizione fra l'onda leaky e l'onda superficiale
Antenne a onda leaky
Sviluppo in onde piane di fasci a sezione limitata. Riflessione totale di fasci a sezione limitata. Il ``Goos-Hänchen shift''.
Richiami sull'onda laterale
Metodo della risonanza trasversa
Introduzione al concetto di risonanza
Applicazioni elementari del metodo della risonanza trasversa a guide metalliche
Onde superficiali guidate da uno strato (slab) dielettrico su un piano metallico
Guida d'onda a slab simmetrico. Simmetrie e bisezioni.
Slab simmetrico, metodo della risonanza trasversa
Approccio di ottica geometrica, condizione di congruenza di fase
Guida d'onda a slab asimmetrico
Slab asimmetrico, metodo della risonanza trasversa
Guida a piatti paralleli parzialmente riempita di dielettrico
Calcolo del valore di ko al tendere a zero della frequenza con t costante, per il modo TMo
Calcolo dei valori di to quando ko=1 per i modi superiori
La guida d'onda dielettrica non radiativa (NRD)
Guide d'onda dielettriche tridimensionali: il metodo della costante dielettrica efficace
La slot line
Il metodo dello spectral domain
Introduzione
Applicazione del metodo alla slot line
Soluzione con il metodo dei momenti
Analisi di strutture planari stratificate generiche
Introduzione
Rappresentazione del campo elettromagnetico nel dominio spettrale
Costruzione delle funzioni di Green spettrali per strutture planari stratificate
Calcolo della funzione di Green per una linea di trasmissione
Equazioni integrali per l'analisi di strutture guidanti planari stratificate, il caso della microstriscia
Diadi
Algebra diadica
Analisi diadica
Formalismo di Marcuvitz-Schwinger per le equazioni di Maxwell
Linee di trasmissione equivalenti
Tensore degli sforzi di Maxwell. Quantità di moto del campo elettromagnetico.
Calcolo del gradiente del gradiente della funzione di Green scalare per l'equazione di Helmholtz e per lo spazio libero
Antenne ad apertura
Espressione dei campi irradiati da un'apertura come spettri di onde piane
Tecniche asintotiche per la valutazione di integrali
Il metodo della fase stazionaria
Estensione del metodo della fase stazionaria al caso bidimensionale
Metodo della steepest descent
Calcolo del campo lontano
Ammettenza d'apertura
Antenne a onda leaky. Caratteristiche di radiazione, efficienza di radiazione, procedure di sagomatura (tapering).
Estensione al caso di presenza di perdite nei materiali
Scattering elettromagnetico
Scattering di un'onda piana da cilindro indefinito perfettamente conduttore. Incidenza normale
Caso di polarizzazione E o TM(z)
Caso di polarizzazione H o TE(z)
Strutture cilindriche dielettriche
Incidenza obliqua
Metodo di Richmond per un allineamento di fili
Campo elettrico prodotto da correnti longitudinali
Metodo del point-matching
Scattering di onda piana da un reticolo periodico di cilindri indefiniti, perfettamente conduttori. Polarizzazione E --- Incidenza normale
Incidenza obliqua rispetto alla congiungente i centri
Scattering di un'onda piana da un cilindro sottile di lunghezza finita
Scattering di un'onda piana da un cilindro spesso di lunghezza finita
Scattering da un'iride induttiva in guida d'onda rettangolare
Il metodo del mode-matching
Riepilogo di relazioni di ortogonalità per le funzioni armoniche
Rappresentazioni integrali del campo
Applicazione del teorema di equivalenza per la formulazione di equazioni integrali
Calcolo della funzione di Green diadica per l'equazione delle onde nello spazio libero
Conseguenze del comportamento singolare della funzione di Green
Equazioni integrali per lo scattering
Formulazione bidimensionale
Valutazione del contributo delle singolarità della funzione di Green
Appendice sulle singolarità
Problemi di Sturm-Liouville in elettromagnetismo
Introduzione. Problemi di Sturm-Liouville in una variabile.
Soluzione del problema di Sturm-Liouville del secondo tipo
Estensione a tre dimensioni del problema di Sturm-Liouville
Determinazione della funzione di Green in forma chiusa per un generico problema di Sturm-Liouville
Calcolo della funzione di Green per l'equazione di Helmholtz bidimensionale nello spazio libero
Funzione di Green per una cavità metallica rettangolare
Operatori autoaggiunti, il metodo della rappresentazione spettrale
Esempi di applicazione
Determinazione delle autofunzioni e degli autovalori dalla funzione di Green
Interpretazione alternativa della rappresentazione spettrale. Trasformazioni.
Problemi di Sturm-Liouville del terzo tipo. Spettri continui.
Funzione di Green in forma integrale
Spettri misti. Problemi di Sturm-Liouville non autoaggiunti.
Metodo dei momenti
Introduzione
Applicazione a problemi di scattering
Onde rotanti
Campi rotanti all'interno di un risonatore cilindrico
Dimostrazione che sull'asse la polarizzazione è circolare
Dimostrazione che Mz=nW/
Cenni sulle equazioni integrali di Fredholm
Prime definizioni
Equazioni di II specie e serie di Neumann
Nuclei di Pincherle-Goursat (o degeneri)
Nuclei hermitiani
Equazioni di I specie
Equazioni singolari
Cenni sulle funzioni sferoidali prolate
Definizioni e proprietà
Due esempi di applicazione delle sferoidali
Generalizzazioni
II Complementi
Il fenomeno del leakage per strutture guidanti planari
Introduzione
Meccanismi di perdita per radiazione in strutture planari
Perdita per radiazione da onda superficiale
Perdita per radiazione nello spazio
Il ruolo delle soluzioni modali improprie della struttura
Origine analitica dell'esistenza di soluzioni improprie
Scelta del cammino di integrazione
Considerazioni preliminari sul significato fisico di un modo leaky: la condizione per il leakage
Considerazioni conclusive
Eccitazione dei modi leaky in una struttura guidante di lunghezza finita: metodo numerico
Premessa
Introduzione
Calcolo delle correnti sulla striscia con il metodo dei momenti
Analisi delle correnti sulla striscia
Metodo dei minimi quadrati
Metodo GPOF
Limitazioni del metodo numerico
Metodo analitico per lo studio dell'eccitazione dei modi leaky
Introduzione
Costruzione della funzione di Green per la linea di trasmissione
Proprietà analitiche della funzione di Green della struttura guidante
Ruolo dei poli della funzione di Green del substrato corrispondenti alle onde superficiali
Ruolo dei punti di diramazione della funzione di Green del substrato
Effetti derivanti dalla presenza contemporanea di poli e punti di diramazione
Classificazione delle diverse componenti della corrente
Calcolo dei residui
La condizione per il leakage come condizione necessaria
Prova della necessità della condizione per il leakage
Ulteriori considerazioni sulla eccitabilità di un modo leaky
Conclusioni
III Richiami di Campi Elettromagnetici I
Algebra e analisi vettoriale
Algebra vettoriale
Analisi vettoriale
Operatore nabla. Identità vettoriali
Coordinate curvilinee, cilindriche, sferiche
Coefficienti metrici
Trasformazioni di coordinate: versori, componenti, prodotti
Operatori differenziali in coordinate curvilinee, cilindriche, sferiche
Equazione di Poisson
Teorema di Helmholtz
Applicazione del teorema di Poynting ad un cavo coassiale in continua
Vettori complessi
Polarizzazione dei vettori
Scomposizione di una polarizzazione generica
L'ellisse di polarizzazione
Costanti secondarie dei mezzi. Costanti di fase e di attenuazione per onde piane uniformi. Perdite dei mezzi. Relazioni di Kramers-Krönig
Onde piane uniformi
Onde piane TE, TM e TEM
Vettore di Poynting per onde piane
Vettore di Poynting per incidenza normale di onde piane uniformi
Carta di Smith
Adattamento con uno stub
Adattamento con doppio stub
Rapporto di onda stazionaria
IV Bibliografia
Bibliografie
Bibliografie dei vari capitoli
Capitolo 3
Capitolo 7
Capitolo 11
Capitolo 12
Capitolo 13
Capitolo 14
Capitolo 15
Parte III
Collegamenti con altri corsi
Riferimenti generali
Riferimenti in italiano
Riferimenti per argomento
Guide dielettriche
Onde superficiali e onde leaky
Antenne a onda leaky
Guida d'onda NRD
La slot line
Modi LSE e LSM
Discontinuità in guida d'onda
Scattering
Calcolo tensoriale
Momento angolare del campo elettromagnetico
Onde rotanti
Funzioni di Bessel ed integrali relativi
Metodi matematici
Metodi matematici in elettromagnetismo
Calcolo numerico
Metodi numerici in elettromagnetismo
Briciole di storia dell'elettromagnetismo
Elenco di siti internet
Seminari e visite guidate
Ringraziamenti
Epilogo
