Ramo, Whinnery. Campi e onde nell'elettronica per le comunicazioni

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Il libro copre un ampio settore dell'ingegneria elettrica - quello dei campi elettromagnetici - e si colloca come testo di base che fornisce i fondamenti fisici di altre discipline (quali l'elettrotecnica circuiate e i dispositivo a semiconduttore) già trattate nella Collana di ingegneria elettrica.

L'opera tratta inoltre le applicazioni specifiche dell'elettromagnetismo, con particolare riferimento a quelle di rilevante interesse per le comunicazioni elettriche.

Il testo ha il pregio di avere un'impostazione prettamente ingegneristica, evitando d'insistere sugli aspetti fisico-matematici dell'elettromagnetismo che più propriamente interessano la fisica, di norma invece ampiamente sviluppati a scapito delle applicazioni. Gli autori, due dei quali (Whinnery e Van Duzer) sono professori all'Università di California a Berkeley, mentre il terzo (Ramo) è presidente della società multinazionale TRW, partendo dalle equazioni fondamentali del campi elettromagnetici e dalle relazioni costitutive dei materiali di interesse per l'elettronica, giungono così coi lettore fino ad approfondire un ampio spettro di applicazioni che rendono lo studio dell'opera particolarmente consigliabile a quanti si occupano del settore.

Indice

Prefazione
1 Nozioni fondamentali su oscillazioni e onde
1.01 Introduzione
Circuiti semplici come esempi di sistemi oscillanti
1.02 Oscillazioni libere in un circuito semplice ideale
1.03 Metodi elementari per la soluzione dell'equazione del moto armonico semplice
1.04 Oscillazioni naturali con perdite - Metodo approssimato
1.05 Soluzione esatta dell'equazione di un circuito con perdite
1.06 Oscillazioni forzate in un circuito ideale L-C
1.07 Approssimazioni della impedenza di ingresso alla risonanza e intorno alla risonanza
Uso degli esponenziali complessi
1.08 Esponenziali complessi nell'equazione di un circuito
1.09 Uso degli esponenziali complessi nel calcolo delle potenze
Serie di Fourier
1.10 Coefficienti di Fourier per funzioni periodiche
1.11 Analisi di Fourier di una tensione a onda quadra
1.12 Serie di Fourier per rappresentare una funzione su di un intervallo
Le linee di trasmissione come esempi di sistemi con propagazione di onde
1.13 Linea di trasmissione ideale
1.14 Soluzioni dell'equazione delle onde
1.15 Relazione fra tensione e corrente nella linea ideale
1.16 Riflessione e trasmissione in corrispondenza i una discontinuità
1.17 Alcuni problemi elementari sulla propagazione per onde
1.18 Linea ideale pilotata con tensioni sinusoidali
1.19 Rapporto onde stazionarie
1.20 Diagramma di Smith per le linee di trasmissione
1.21 Onda stazionaria su una linea ideale
1.22 Approssimazioni fisiche per linee a basse perdite
1.23 Linee di trasmissione con cella elementare generica
1.24 Velocità di propagazione delle onde
1.25 Onde regressive e diagramma w -- ß
1.26 Linee di trasmissione non uniformi
1.27 Teoremi energetici per le linee di trasmissione
1.28 Analisi delle linee di trasmissione in termini di modi naturali
2. Equazioni dei campi elettrici e magnetici stazionari
2.01 Introduzione
Campi elettrostatici
2.02 Forza tra cariche elettriche
2.03 Sistemi di unità
2.04 Caratteristiche di un mezzo: terminologia
2.05 Intensità di campo elettrico
2.06 Densità di flusso elettrico
2.07 Legge di Gauss
2.08 Esempi sull'uso della legge di Gauss
2.09 Integrali di superficie e di volume: legge di Gauss in notazione vettoriale
2.10 Prodotto scalare o interno di vettori
2.11 Tubi di flusso
2.12 Divergenza di un campo elettrostatico
2.13 Teorema della divergenza
2.14 Proprietà conservativa del campo elettrostatico
2.15 Potenziale elettrostatico
2.16 Gradiente
2.17 Superfici equipotenziali: dipolo elettrico
2.18 Condizioni al contorno in elettrostatica
2.19 Metodo delle immagini
2.20 Equazioni di Laplace e di Poisson
2.21 Energia di un sistema elettrostatico
Campi magnetostatici
2.22 Concetto di campo magnetico
2.23 Prodotto vettoriale o esterno di vettori
2.24 Legge di Ampère: campo sull'asse di una spira circolare
2.25 Unità per le grandezze del campo magnetico
2.26 Circuitazione del campo magnetico
2.27 Campo intorno ad un conduttore rettilineo o tra due cilindri coassiali
2.28 Rotore di un campo vettoriale
2.29 Teorema di Stokes
2.30 Potenziale vettore magnetico
2.31 Campo di una spira di corrente a grande distanza: dipolo magnetico
2.32 Divergenza del campo magnetico
2.33 Equazione differenziale per il potenziale vettore magnetico
2.34 Potenziale scalare magnetico
2.35 Condizioni al contorno per il campo magnetostatico
2.36 Energia di un campo magnetostatico
2.37 Completezza nella specificazione di E e B
Proprietà dielettriche e magnetiche della materia
2.38 Concetti di polarizzazione elettrica e magnetica
2.39 Polarizzazione elettrica in relazione alla densità dei dipoli e alle cariche equivalenti
2.40 Esempi dell'uso della polarizzazione e delle cariche equivalenti
2.41 Modello elementare di un dielettrico
2.42 Proprietà della polarizzazione magnetica
2.43 Materiali con polarizzazione elettrica e magnetica residua
2.44 Proprietà dielettriche e rmgnetiche anisotrope
3. Soluzioni dei problemi relativi ai campi statici
Considerazioni fondamentali sulla soluzione dei problemi dei campi per mezzo di equazioni differenziali
3.01 Introduzione
3.02 Campi descritti dalle equazioni di Laplace e di Poisson
3.03 Unicità della soluzione
3.04 Sovrapposizione
3.05 Esempio elementare: campo tra due cilindri coassiali con due dielettrici
Metodi grafici, numerici e analogici
3.06 Principi della rappresentazione grafica di un campo
3.07 Tecnica della rappresentazione grafica del campo
3.08 Informazioni ottenibili delle mappe di campo
3.09 Soluzioni delle equazioni di Laplace e di Poisson col metodo delle differenze finite
3.10 Metodi di rilassamento per le equazioni alle differenze
3.11 Analogie con campi in mezzi resistivi
Metodo delle trasformazioni conformi
3.12 Introduzione alla teoria delle funzioni complesse
3.13 Proprietà delle funzioni analitiche di variabili complesse
3.14 Rappresentazione conforme
3.15 Funzione elevazione a potenza: campo presso uno spigolo di materiale conduttore
3.16 Trasformazione logaritmica
3.17 Trasformazione arco-coseno
3.18 Cilindri conduttori paralleli
3.19 Trasformazione di Schwarz per poligoni generici
Tecnica della separazione delle variabili e soluzioni per prodotti in coordinate rettangolari, cilindriche e sferiche
3.20 Metodo di soluzione per prodotti
3.21 Armoniche rettangolari
3.22 Campo descritto da una singola armonica rettangolare
3.23 Serie di armoniche rettangolari: campo bidimensionale
3.24 Serie di armoniche rettangolari: campo tridimensionale
3.25 Armoniche cilindriche
3.26 Funzioni di Bessel
3.27 Formule per le funzioni di Bessel
3.28 Espansione di una funzione in serie di funzioni di Bessel
3.29 Campi descritti da armoniche cilindriche
3.30 Armoniche sferiche
3.3 1 Esempio sull'uso di armoniche sferiche: sfera ad alta permeabilità in un campo uniforme
3.32 Espansione in armoniche sferiche per un campo assegnato lungo un asse
3.33 Rassegna dei metodi per la soluzione dei problemi di campi statici
4. Equazioni di Maxwell
Leggi dei fenomeni elettromagnetici tempo-varianti
4.01 Introduzione
4.02 Tensioni indotte da campi magnetici variabili
4.03 Continuità della carica
4.04 Concetto di corrente di spostamento
4.05 Modelli fisici della corrente di spostamento
4.06 Equazioni di Maxwell in forma differenziale
4.07 Equazioni di Maxwell in forma integrale
4.08 Equazioni di Maxwell in regime sinusoidale
4.09 Altri sistemi di unità per grandezze elettromagnetiche
4.10 Teorema di Poynting per le relazioni energetiche in un campo elettromagnetico
4.11 Applicazioni delle equazioni di Maxwell: propagazione per onde
4.12 Applicazione delle equazioni di Maxwell: penetrazione dei campi elettromagnetici in un buon conduttore
Condizioni al contorno per sistemi tempo-varianti
4.13 Continuità e condizioni al contorno per i campi
4.14 Condizioni al contorno su un conduttore ideale
4.15 Uso delle condizioni al contorno e unicità della soluzione
Potenziali nel caso di cariche e correnti tempo-varianti
4.16 Possibile insieme di potenziali per campi tempo-varianti
4.17 Potenziali ritardati come integrali di cariche e correnti
4.18 Potenziali ritardati in regime sinusoidale
4.19 Confronto fra tensione e differenza di potenziale
4.20 Equazioni di Maxwell in alcuni sistemi di coordinate
5. Concetti circuitali e impedenze
5.01 Introduzione
Formulazione del concetto di circuito compatibile con le equazioni di Maxwell
5.02 Prima legge di Kirchhoff
5.03 Seconda legge di Kirchhoff: maglia singola con elementi concentrati
5.04 Campo applicato e relativa densità di corrente
5.05 Tensione applicata e relazioni circuitali
5.06 Applicazione della seconda legge di Kirchhoff per un circuito in regime stazionario
5.07 Concetto di impedenza interna a basse frequenze
5.08 Concetto di induttanza a basse frequenze
5.09 Concetto di capacità a basse frequenze
5.10 Estensione ai circuiti con più maglie ed ai circuiti a parametri distribuiti
5.11 Accoppiamenti mutui in circuiti a bassa frequenza
5.12 Concetti circuitali ad alta frequenza o per sistemi di grandi dimensioni
Effetto pelle e impedenza interna
5.13 Considerazioni qualitative
5.14 Impedenza interna di un conduttore piano
5.15 Potenza dissipata in un conduttore piano
5.16 Distribuzione di corrente in un filo a sezione circolare
5.17 Impedenza di un filo rotondo a frequenze molto basse o molto alte
5.18 Impedenza di fili rotondi
5.19 Impedenza di un conduttore rivestito
5.20 Impedenza di conduttori tubolari a pareti sottili
Induttanza
5.21 Induttanza calcolata dal flusso magnetico concatenato: autoinduttanza di una linea coassiale
5.22 Induttanza calcolata dalla energia immagazzinata: induttanza interna di un filo rotondo
5.23 Induttanza mutua
5.24 Autoinduttanza ottenuta da una particolare mutua in-
duttanza: induttanza di una spira circolare
5.25 Induttanza di bobine reali
Auto e mutua capacità
5.26 Coefficienti di potenziale, capacità e induzione
5.27 Elementi capacitivi nel circuito equivalente
5.28 Schermi elettrostatici
5.29 Esempio: capacità interelettrodiche di un triodo
6. Propagazione e riflessione di onde piane nei mezzi isotropi
6.01 Introduzione
Onde in regioni illimitate
6.02 Onde piane uniformi in un dielettrico ideale
6.03 Polarizzazione delle onde piane
Materiali e onde
6.04 Dielettrici e conduttori non ideali
6.05 Onde in dielettrici e in conduttori non ideali
6.06 Onde piane in un gas ionizzato
Riflessione e rifrazione delle onde
6.07 Riflessione di onde piane incidenti normalmente su conduttori ideali
6.08 Propagazione delle onde e analogia con le linee di tra-
smissione: il concetto di impedenza
6.09 Incidenza normale su un dielettrico ideale
6.10 Problemi di riflessione con più dielettrici
6.11 Incidenza obliqua su conduttori ideali
6.12 Velocità di fase e impedenza per onde ad incidenza obliqua
6.13 Incidenza obliqua su dielettrici
6.14 Riflessione totale
6.15 Angolo polarizzante di Brewster
6.16 Incidenza obliqua su più strati dielettrici
6.17 Ottica geometrica o dei raggi e lenti
7. Onde elettromagnetiche guidate
7.01 Introduzione
7.02 Equazioni delle onde lungo sistemi uniformi
7.03 Tipi d'onda fondamentali
Onde semplici guidate da piani paralleli
7.04 Onde TEM guidate da conduttori ideali, piani e paralleli
7.05 Onde TEM tra piani paralleli con perdite: approssimazioni fisiche
7.06 Onde TEM tra piani paralleli con perdite: approssimazioni matematiche
7.07 Onde TM tra piani paralleli
7.08 Discussione fisica sulle onde TM
7.09 Effetti delle perdite su onde TM tra piani paralleli
7.10 Onde TE tra piani paralleli
Analisi generale delle onde guidate
7.11 Onde TEM o onde nelle linee di trasmissione
7.12 Onde nelle linee di trasmissione non ideali
7.13 Onde TM
7.14 Onde TE
7.15 Onde in coordinate rettangolari
7.16 Onde in coordinate cilindriche
7.17 Discussione sul comportamento delle onde e spiegazioni fisiche dei vari tipi di onde
8. Caratteristiche delle guide d'onda e delle linee di trasmissione più comuni
8.01 Introduzione
Guide d'onda di tipo usuale
8.02 Guide d'onda rettangolari
8.03 Onde tE10 in una guida rettangolare
8.04 Guide d'onda in sezione circolare
8.05 Modi elettrici circolari e altre guide di grandi dimensioni
8.06 Eccitazione e ricezione di onde nelle guide
8.07 Applicazioni alle guide delle tecniche elementari proprie delle linee di trasmissione
8.08 Onde sotto e intorno alla frequenza di taglio
Linee di trasmissione più comuni
8.09 Linee coassiali, linee a fili paralleli: coppie di conduttori schermati
8.10 Modi di ordine superiore nelle linee di trasmissione
Altri sistemi ad onde guidate
8.11 Cilindro dielettrico o guide dielettriche
8.12 Linee di trasmissione radiali
8.13 Modi circonferenziali nelle linee radiali: antenne a settore
8.14 Dualità: propagazione tra piani inclinati
8.15 Onde guidate da sistemi conici
8.16 Guida d'onda a costola
3.17 Elica ideale e altre strutture ad onda lenta
8.18 Onde superficiali
3.19 Strutture periodiche e armoniche spaziali
8.20 Sistemi periodici di lenti
8.21 Onde in materiali non omogenei
9. Propagazione di onde in mezzi anisotropi
9.01 Introduzione
Permettività o permeabilità riferite ad assi cristallografici fondamentali
9.02 Onde in liquidi ed in cristalli anisotropi: effetti elettroottici
9.03 Relazioni fondamentali per i mezzi anisotropi
9.04 Rifrazione doppia nei dielettrici monoassici
9.05 Tensore di permettività per un plasma o un gas di elettroni neutralizzato in un campo magnetico di intensità infinita
9.06 Onde TEM in un plasma con campo magnetico di intensità infinita
9.07 Onde di carica spaziale in un plasma con campo magnetico di intensità infinita
9.08 Onde di carica spaziale nelle guide d'onda cilindriche
9.09 Onde di carica spaziale in un'elica
Mezzi giro tropici
9.10 Plasma stazionario in un campo magnetico di intensità finita
9.11 Onde TEM in un plasma con campo magnetico di intensità finita
9.12 Rotazione di Faraday
9.13 Tensore di permeabilità per le ferriti
9.14 Propagazione di onde TEM nelle ferriti
9.15 Guide d'onda contenenti ferriti
9.16 Dispositivi a ferrite
I0 Cavità risonanti
10.01 Introduzione
Concetti elementari sui risonatori a cavità
10.02 Linea di trasmissione risonante come risonatore a cavità
10.03 Cavità come estensioni di circuiti risonanti a parametri concentrati
10.04 Cavità dal punto di vista delle riflessioni di onde
Risonatori di forma semplice
10.05 Campi in un risonatore rettangolare
10.06 Energia accumulata, perdite e Q del risonatore rettangolare
10.07 Altri modi nel risonatore rettangolare
10.08 Risonatore circolare cilindrico
10.09 Soluzioni d'onda in coordinate sferiche
10.10 Risonatori sferici
Cavità fessurate ed accoppiamento alle cavità
10.11 Cavità fessurate
10.12 Accoppiamento alle cavità
10.13 Q ed altre figure di merito delle cavità
10.14 Perturbazioni nelle cavità
Risonatori per sistemi ottici
10.15 Risonatori ottici con specchi piani e sferici
10.16 Classificazione dei risonatori ottici: stabilità
10.17 Modi, costanti di fase e perdite nei risonatosi ottici
11 Reti a microonde
11.01 Introduzione
Definizioni e teoremi
11.02 Definizione di una rete a microonde
11.03 Tensione, corrente, e impedenza nelle guide d'onda
11.04 Approccio circuitale
11.05 Reciprocità
Giunzioni in guide d'onda e accoppiamento alle cavità
11.06 Circuiti equivalenti per un sistema a due bocche
11.07 Determinazione dei parametri di giunzione mediante misure
11.08 Calcolo dei parametri di giunzione
11.09 Parametri di diffusione e di trasmissione
11.10 Misura dei parametri di diffusione
11.11 Sistemi a due bocche in cascata
Caratteristiche di sistemi a una bocca
11.12 Proprietà elementari dell'impedenza di un sistema ad una bocca
11.13 Caratteristiche in frequenza e reti equivalenti per un sistema ad una bocca
11.14 Esempi di circuiti equivalenti per le cavità
11.15 Relazioni tra le parti reali ed immaginarie delle funzioni immettenza
Giunzioni in guida d'onda a N bocche
11.16 Estensione dell'approccio circuitale al caso di sistemi a N-bocche
11.17 Accoppiatori direzionali
11.18 Il T magico ed altre reti ibride
12. Radiazione
12.01 Problemi ingegneristici della radiazione
12.02 Alcuni tipi di sistemi irradianti
12.03 Descrizioni fisiche della radiazione
Calcolo del campo e della potenza supponendo note le correnti sull'antenna
12.04 Elemento di corrente o antenna dipolare
12.05 Antenna rettilinea lunga
12.06 Dipolo a mezza onda: guadagno di antenna
12.07 Antenne su terra ideale
12.08 Metodo di Poynting
12,09 Onda progressiva su filo rettilineo
12.10 Antenna formata da una piccola spira circolare
12.11 Metodo della fem. indotta
Radiazione attraverso un'apertura
12.12 Campi come sorgenti di radiazione
12.13 Formulazione vettoriale per la radiazione elettromagnetica
12.14 Sorgente elementare di onde piane
12.15 Apertura circolare o riflettore parabolico
12.16 Antenna risonante fessurata
12.17 Corni elettromagnetici
12.18 Radiazione da fessura e reticoli di diffrazione
12.19 Lenti per la direttività di radiazione
Schiere di elementi
12.20 Intensità di radiazione con sovrapposizione degli effetti
12.21 Esempio: schiera di due dipoli a mezza onda
12.22 Antenna rombica
12.23 Schiere lineari
12.24 Formulazione polinomiale per le schiere e limitazioni sulla direttivitá
12.25 Antenne indipendenti dalla frequenza
Calcolo del campo di antenne
12.26 Antenna sferica
12.27 Antenne sferoidali
12.28 Antenna biconica
12.29 Antenne dipolari sottili di forma generica
Antenne riceventi e reciprocità
12.30 Sistema rice-trasmittente
12.31 Relazioni di reciprocità
12.32 Circuito equivalente dell'antenna ricevente
Appendice I - Sistemi di coordinate e relazioni vettoriali Appendice II - Cenno sulla derivazione delle leggi del campo magnetico
Appendice III - Polarizzazione magnetica e correnti equivalenti Appendice IV - Diagramma w-ß per diversi sistemi di trasmissione
Indice analitico

Scheda dati

Lingua
Italiano
Autore
Rizzoni, Vacca, Vergura
Casa Editrice
Franco Angeli
Anno pubblicazione
2006
Edizione
11
Volumi
1
Pagine
952
ISBN
9788820473853
Rilegatura
Copertina flessibile

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