Ingegneria Elettronica - Electronics Engineering

1) Introduzione e concetti generali (3h) a) Introduzione alla radiopropagazione b) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti terrestri c) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti satellitari d) Applicazioni di telerilevamento: radar meteorologia FONDAMENTI TEORICI 2) Metodi perturbativi e scattering di Born (5h) a) Metodo di Born (perturbazione di valore) b) Scattering di Born da volumi turbolenti c) Scattering di Bragg da superfici ruvide d) Ottica geometrica (perturbazione di scala) 3) Ottica geometrica (2h) a) Equazioni e teoremi fondamentali b) Propagazione ottica 4) Teoria della diffrazione e propagazione in presenza di ostacoli (3h) a) Teoria della diffrazione e diffrazione di Fraunhofer da semipiano infinito b) Integrali di Fresnel, spirale di Cornu e guadagno di diffrazione c) Ellissoidi di Fresnel e collegamenti in visibilità diretta, non visibilità e ostruzione parziale d) Metodi numerici 5) Rumore e teoria del trasferimento radiativo (7h) a) Rumore d’antenna e temperatura di rumore d’antenna b) Spettroscopia molecolare c) Legge di Planck e temperatura di brillanza d) Teoria del trasferimento radiativo EFFETTI AMBIENTALI SULLA RADIOPROPAGAZIONE 6) Propagazione troposferica in aria chiara (8h) a) Modelli dielettrici e polarizzabilità b) Rifrattività troposferica c) Curvatura dei raggi in atmosfera stratificata d) Effetti di scintillazione dovuti alla turbolenza atmosferica e aspetti statistici 7) Propagazione troposferica in presenza di idrometeore (6h) a) Scattering e assorbimento elettromagnetico da idrometeore b) Attenuazione dovuta alla distribuzione delle idrometeore c) Modello ITU per la previsione dell’attenuazione da pioggia nei collegamenti satellitari e terrestri 8) Propagazione ionosferica (5h) a) Fisica del plasma ionosferico b) Propagazione in plasma ionosferico amagnetico c) Propagazione in magnetoplasma ionosferico d) Collegamenti radio ionosferici 9) Effetti del terreno sulla propagazione (3h) a) Propagazione per onde di superficie b) Propagazione per onde riflesse e proprietà superficiali APPLICAZIONI 10) Telecomunicazioni (5 h) a) Progetto del link budget per collegamenti satellitari e terrestri b) Ottimizzazione delle comunicazioni satellitari e dei sistemi deep-space c) Tecniche avanzate di mitigazione degli effetti di propagazione (PIMTs) per sistemi satellitari ad alta capacità 11) Propagazione in ambiente urbano (3 h) a) Copertura cellulare e stazioni radio base b) Attenuazione in condizioni non line-of-sight (NLOS) c) Modelli di riferimento di base d) Fading a breve e lungo termine; dispersione temporale e angolare 12) Radar meteorologia: fondamenti e applicazioni (4 h) a) Introduzione e concetti generali b) Teoria dello scattering elettromagnetico: equazioni integrali e sezioni d’urto c) Fondamenti e sistemi radar meteorologici SEMINARI SPECIALISTICI (6h)

Per seguire con profitto il corso è richiesta una conoscenza di base dell’elettromagnetismo classico, con particolare riferimento alle equazioni di Maxwell, alla propagazione delle onde elettromagnetiche piane e alle condizioni al contorno nei mezzi materiali. Sono inoltre richiesti i concetti fondamentali relativi alla teoria della radiazione e al funzionamento delle antenne, inclusi i principali parametri di direttività, guadagno ed efficienza di antenna. Durante il corso verrà comunque messo a disposizione materiale di richiamo su questi argomenti, utile per uniformare la preparazione degli studenti. Testi di riferimento consigliati per il ripasso: • G. Gerosa, P. Lampariello, Lezioni di campi elettromagnetici, Edizioni Ingegneria 2000. • F. S. Marzano, N. Pierdicca, Fondamenti di Antenne, Carocci, 2011.

Diapositive del corso fornite dal docente e messe a disposizione sulla piattaforma Classroom del corso.

La frequenza è fortemente consigliata.

La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare il livello di acquisizione delle conoscenze teoriche, delle capacità analitiche e delle competenze applicative previste nei risultati di apprendimento attesi. La valutazione si articola in due prove obbligatorie e complementari: una prova scritta con discussione orale e una tesina. Prova scritta e orale La prima parte dell’esame consiste nello svolgimento scritto di due domande aperte relative agli argomenti trattati a lezione e indicati nel programma del corso. Le risposte vengono successivamente discusse con la docente in una fase orale, volta ad approfondire e verificare la comprensione complessiva della materia, anche su argomenti diversi da quelli della prova scritta. Le due prove, scritta e orale, si svolgono in un’unica sessione, nello stesso giorno e nella stessa aula: la discussione orale segue immediatamente lo svolgimento della prova scritta. Il tutto si svolge nei regolari appelli di esame previsti dal calendario didattico del Corso di Laurea. La valutazione congiunta delle due prove (scritta + orale) rappresenta i due terzi del voto finale e mira a verificare la capacità dello studente di esporre in modo chiaro, argomentato e coerente i concetti teorici e la loro applicazione. Tesina La seconda parte dell’esame consiste nella realizzazione di una tesina individuale o di gruppo (massimo tre studenti) su un argomento concordato con la docente, scelto all’interno di una lista di temi proposti durante il corso. Il lavoro prevede l’utilizzo di codici MATLAB forniti dalla docente per la simulazione di sistemi di telecomunicazione o di telerilevamento, e l’analisi di come le prestazioni di tali sistemi variano in funzione dei fenomeni di propagazione atmosferica. La tesina, valutata separatamente, contribuisce per un terzo del voto finale e consente di accertare l’autonomia di giudizio, la capacità di analisi e di integrazione critica dei contenuti del corso. La tesina può essere consegnata in qualsiasi momento, eventualmente anche in una sessione di esame diversa da quella in cui si è svolta la prova scritta con discussione orale. La verbalizzazione dell’esame avviene solo dopo il superamento di entrambe le prove.

• Paraboni, M. D’Amico: Radiopropagazione, Mc Graw Hill, Milano, 2002 • G. Conciauro, L. Perregrini: Fondamenti di onde elettromagnetiche , Mc Graw Hill, 2003 • F.S. Marzano, N. Pierdicca: Fondamenti di Antenne, Carocci, 2011 • R. E. Collin: Antennas and Radiowave Propagation, Mc Graw Hill, Int. Ed., 1985 • Bringi V. N. and V. Chandrasekar, Polarimetric Doppler Weather Radar: principles and applications, Cambridge University Press, 2001

La didattica si svolge in presenza, mediante lezioni frontali durante le quali vengono illustrati e approfonditi in modo sistematico i diversi argomenti del corso. La docente si avvale di strumenti multimediali e di supporto quali la lavagna elettronica LIM (utile per rappresentazioni grafiche e dimostrazioni), la proiezione di diapositive, nonché l’uso di link e risorse web contenenti riferimenti pratici e applicativi. Ogni argomento viene correlato a casi di studio e risultati di ricerca, al fine di mostrare la connessione tra la teoria, le applicazioni reali e il contesto professionale. Durante il corso sono previste esercitazioni pratiche in aula, volte ad applicare i concetti teorici trattati e a consolidare la capacità di analisi e modellazione dei fenomeni di radiopropagazione. Verranno inoltre assegnati esercizi facoltativi da svolgere individualmente a casa, in linea con quelli discussi in aula, per favorire l’apprendimento autonomo e la verifica personale del livello di comprensione. Sono inoltre previsti seminari tenuti da esperti esterni provenienti da enti di ricerca e aziende di settore, con l’obiettivo di fornire agli studenti una prospettiva applicativa e interdisciplinare dei temi affrontati nel corso, evidenziando le più recenti innovazioni tecnologiche e scientifiche. Infine, potranno essere organizzate visite didattiche presso enti di ricerca o aziende che operano nei campi delle telecomunicazioni, del telerilevamento e della meteorologia applicata, con lo scopo di favorire un apprendimento esperienziale e di orientare gli studenti verso potenziali percorsi di carriera e di approfondimento scientifico.

1) Introduzione e concetti generali (3h) a) Introduzione alla radiopropagazione b) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti terrestri c) Applicazioni alle telecomunicazioni: collegamenti satellitari d) Applicazioni di telerilevamento: radar meteorologia FONDAMENTI TEORICI 2) Metodi perturbativi e scattering di Born (5h) a) Metodo di Born (perturbazione di valore) b) Scattering di Born da volumi turbolenti c) Scattering di Bragg da superfici ruvide d) Ottica geometrica (perturbazione di scala) 3) Ottica geometrica (2h) a) Equazioni e teoremi fondamentali b) Propagazione ottica 4) Teoria della diffrazione e propagazione in presenza di ostacoli (3h) a) Teoria della diffrazione e diffrazione di Fraunhofer da semipiano infinito b) Integrali di Fresnel, spirale di Cornu e guadagno di diffrazione c) Ellissoidi di Fresnel e collegamenti in visibilità diretta, non visibilità e ostruzione parziale d) Metodi numerici 5) Rumore e teoria del trasferimento radiativo (7h) a) Rumore d’antenna e temperatura di rumore d’antenna b) Spettroscopia molecolare c) Legge di Planck e temperatura di brillanza d) Teoria del trasferimento radiativo EFFETTI AMBIENTALI SULLA RADIOPROPAGAZIONE 6) Propagazione troposferica in aria chiara (8h) a) Modelli dielettrici e polarizzabilità b) Rifrattività troposferica c) Curvatura dei raggi in atmosfera stratificata d) Effetti di scintillazione dovuti alla turbolenza atmosferica e aspetti statistici 7) Propagazione troposferica in presenza di idrometeore (6h) a) Scattering e assorbimento elettromagnetico da idrometeore b) Attenuazione dovuta alla distribuzione delle idrometeore c) Modello ITU per la previsione dell’attenuazione da pioggia nei collegamenti satellitari e terrestri 8) Propagazione ionosferica (5h) a) Fisica del plasma ionosferico b) Propagazione in plasma ionosferico amagnetico c) Propagazione in magnetoplasma ionosferico d) Collegamenti radio ionosferici 9) Effetti del terreno sulla propagazione (3h) a) Propagazione per onde di superficie b) Propagazione per onde riflesse e proprietà superficiali APPLICAZIONI 10) Telecomunicazioni (5 h) a) Progetto del link budget per collegamenti satellitari e terrestri b) Ottimizzazione delle comunicazioni satellitari e dei sistemi deep-space c) Tecniche avanzate di mitigazione degli effetti di propagazione (PIMTs) per sistemi satellitari ad alta capacità 11) Propagazione in ambiente urbano (3 h) a) Copertura cellulare e stazioni radio base b) Attenuazione in condizioni non line-of-sight (NLOS) c) Modelli di riferimento di base d) Fading a breve e lungo termine; dispersione temporale e angolare 12) Radar meteorologia: fondamenti e applicazioni (4 h) a) Introduzione e concetti generali b) Teoria dello scattering elettromagnetico: equazioni integrali e sezioni d’urto c) Fondamenti e sistemi radar meteorologici SEMINARI SPECIALISTICI (6h)

Per seguire con profitto il corso è richiesta una conoscenza di base dell’elettromagnetismo classico, con particolare riferimento alle equazioni di Maxwell, alla propagazione delle onde elettromagnetiche piane e alle condizioni al contorno nei mezzi materiali. Sono inoltre richiesti i concetti fondamentali relativi alla teoria della radiazione e al funzionamento delle antenne, inclusi i principali parametri di direttività, guadagno ed efficienza di antenna. Durante il corso verrà comunque messo a disposizione materiale di richiamo su questi argomenti, utile per uniformare la preparazione degli studenti. Testi di riferimento consigliati per il ripasso: • G. Gerosa, P. Lampariello, Lezioni di campi elettromagnetici, Edizioni Ingegneria 2000. • F. S. Marzano, N. Pierdicca, Fondamenti di Antenne, Carocci, 2011.

Diapositive del corso fornite dal docente e messe a disposizione sulla piattaforma Classroom del corso.

La frequenza è fortemente consigliata.

La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare il livello di acquisizione delle conoscenze teoriche, delle capacità analitiche e delle competenze applicative previste nei risultati di apprendimento attesi. La valutazione si articola in due prove obbligatorie e complementari: una prova scritta con discussione orale e una tesina. Prova scritta e orale La prima parte dell’esame consiste nello svolgimento scritto di due domande aperte relative agli argomenti trattati a lezione e indicati nel programma del corso. Le risposte vengono successivamente discusse con la docente in una fase orale, volta ad approfondire e verificare la comprensione complessiva della materia, anche su argomenti diversi da quelli della prova scritta. Le due prove, scritta e orale, si svolgono in un’unica sessione, nello stesso giorno e nella stessa aula: la discussione orale segue immediatamente lo svolgimento della prova scritta. Il tutto si svolge nei regolari appelli di esame previsti dal calendario didattico del Corso di Laurea. La valutazione congiunta delle due prove (scritta + orale) rappresenta i due terzi del voto finale e mira a verificare la capacità dello studente di esporre in modo chiaro, argomentato e coerente i concetti teorici e la loro applicazione. Tesina La seconda parte dell’esame consiste nella realizzazione di una tesina individuale o di gruppo (massimo tre studenti) su un argomento concordato con la docente, scelto all’interno di una lista di temi proposti durante il corso. Il lavoro prevede l’utilizzo di codici MATLAB forniti dalla docente per la simulazione di sistemi di telecomunicazione o di telerilevamento, e l’analisi di come le prestazioni di tali sistemi variano in funzione dei fenomeni di propagazione atmosferica. La tesina, valutata separatamente, contribuisce per un terzo del voto finale e consente di accertare l’autonomia di giudizio, la capacità di analisi e di integrazione critica dei contenuti del corso. La tesina può essere consegnata in qualsiasi momento, eventualmente anche in una sessione di esame diversa da quella in cui si è svolta la prova scritta con discussione orale. La verbalizzazione dell’esame avviene solo dopo il superamento di entrambe le prove.

• Paraboni, M. D’Amico: Radiopropagazione, Mc Graw Hill, Milano, 2002 • G. Conciauro, L. Perregrini: Fondamenti di onde elettromagnetiche , Mc Graw Hill, 2003 • F.S. Marzano, N. Pierdicca: Fondamenti di Antenne, Carocci, 2011 • R. E. Collin: Antennas and Radiowave Propagation, Mc Graw Hill, Int. Ed., 1985 • Bringi V. N. and V. Chandrasekar, Polarimetric Doppler Weather Radar: principles and applications, Cambridge University Press, 2001

La didattica si svolge in presenza, mediante lezioni frontali durante le quali vengono illustrati e approfonditi in modo sistematico i diversi argomenti del corso. La docente si avvale di strumenti multimediali e di supporto quali la lavagna elettronica LIM (utile per rappresentazioni grafiche e dimostrazioni), la proiezione di diapositive, nonché l’uso di link e risorse web contenenti riferimenti pratici e applicativi. Ogni argomento viene correlato a casi di studio e risultati di ricerca, al fine di mostrare la connessione tra la teoria, le applicazioni reali e il contesto professionale. Durante il corso sono previste esercitazioni pratiche in aula, volte ad applicare i concetti teorici trattati e a consolidare la capacità di analisi e modellazione dei fenomeni di radiopropagazione. Verranno inoltre assegnati esercizi facoltativi da svolgere individualmente a casa, in linea con quelli discussi in aula, per favorire l’apprendimento autonomo e la verifica personale del livello di comprensione. Sono inoltre previsti seminari tenuti da esperti esterni provenienti da enti di ricerca e aziende di settore, con l’obiettivo di fornire agli studenti una prospettiva applicativa e interdisciplinare dei temi affrontati nel corso, evidenziando le più recenti innovazioni tecnologiche e scientifiche. Infine, potranno essere organizzate visite didattiche presso enti di ricerca o aziende che operano nei campi delle telecomunicazioni, del telerilevamento e della meteorologia applicata, con lo scopo di favorire un apprendimento esperienziale e di orientare gli studenti verso potenziali percorsi di carriera e di approfondimento scientifico.