Docente: PAOLO NEPA
Obiettivi del Corso:
Descrivere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche delle antenne più diffuse nei sistemi di telecomunicazione, negli apparati radar e per il telerilevamento.
Prerequisiti:
Conoscenza delle equazioni di Maxwell, della teoria delle linee di trasmissione, e dei principi della propagazione in spazio libero e della propagazione elettromagnetica guidata.
Numero totale ore di lezione (L): 70
Numero totale ore di esercitazione/laboratorio (E): 20
Programma di massima:
RICHIAMI
Parametri caratteristici delle onde elettromagnetiche. Polarizzazione delle onde sferiche. Parametri caratteristici di un'antenna trasmittente o ricevente. Formula del collegamento, condizioni di adattamento di polarizzazione e massimo trasferimento di potenza. Temperatura equivalente di rumore di un'antenna. Centro di fase di un'antenna. Esempi.
TEORIA DELLA RADIAZIONE
I potenziali elettromagnetici per sorgenti elettriche e magnetiche. Sorgenti elementari. Calcolo del campo irradiato nella regione di campo lontano: proprietà e approssimazione a raggi paralleli.
ALLINEAMENTI DI ANTENNE
Array lineari. Principio di moltiplicazione dei diagrammi di irradiazione, fattore di array e fattore di elemento. Array broadside e endfire, tapering dell'eccitazione. Array planari. Accoppiamento elettromagnetico tra elementi adiacenti di un array. Esempi: phased array per sistemi radar, antenne "intelligenti" per stazioni radio-base della telefonia cellulare.
ANTENNE FILARI
Dipolo corto e dipolo a mezz'onda. Antenna a "V". Dipolo ripiegato. Antenne a spira elementari e risonanti. Avvolgimenti di più spire. Variazione dei parametri caratteristici di un'antenna filare in funzione della sua lunghezza elettrica. Cenni al metodo dei momenti per l'analisi di antenne filari. Il teorema delle immagini. Monopoli su piano di massa. Corner reflector. Variazione dei parametri caratteristici di un'antenna filare in funzione della distanza da uno schermo. Antenne filari: analisi degli effetti della conducibilità finita del terreno mediante una tecnica a raggi e i coefficienti di riflessione di Fresnel. Antenna Yagi-Uda. Antenne per terminali mobili: IFA, ILA.
ANTENNE A MICROSTRISCIA
Antenne a microstriscia: diagrammi di irradiazione, tecniche di alimentazione e criteri di progetto. Antenne a microstriscia in polarizzazione lineare e circolare. Rete di alimentazione di array a microstriscia. Esempi: antenne per terminali GPS, sistemi RFID e terminali utente di sistemi wireless.
ANTENNE AD APERTURA
Principio di equivalenza. Campo irradiato attraverso un'apertura rettangolare o circolare in un piano di massa. Antenne a tromba settoriali e piramidali in guida d'onda rettangolare, antenne a tromba circolari. Antenne a singolo riflettore parabolico. Tecniche di analisi di antenne a riflettore: ottica geometrica e ottica fisica. Antenne in offset. Antenne a doppio riflettore (Cassegrain e Gregorian). Antenne a slot e antenne in guida d'onda fessurata (risonanti o ad onda viaggiante). Esempi: antenne a riflettore per radioastronomia e comunicazioni satellitari.
CARATTERIZZAZIONE DI ANTENNE
Teorema di reciprocità. Misure di diagrammi di irradiazione, impedenza di ingresso, guadagno e rapporto assiale. Sistemi di misura di tipo indoor e outdoor. Analisi dei datasheet di antenne commerciali.
Ulteriori attività di apprendimento:
Misure con analizzatore di reti vettoriale (VNA) su antenne e dispositivi RF/microonde, utilizzo di software commerciale per l'analisi di antenne stampate e antenne filari.
Testi di riferimento:
- W.L. Stutzman and G.A. Thiele, Antenna Theory and Design, John Wiley & Sons.
- C. Balanis, "Antenna Theory and Design", John Wiley & Sons.
Modalità di svolgimento dell'esame:
Prova orale.