La Sapienza Università degli Studi di Roma Facoltà di Ingegneria

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1 La Sapienza Università degli Studi di Roma Facoltà di Ingegneria a.a Denominazione del modulo d insegnamento / Title of module Antenne II e Radar Meteorologia Antennas II and Radar Meteorology Codice del modulo / Degree Corse Code I25006 Crediti ECTS / Number of ECTS Credits 5... Impartito per il Corso di laurea di primo livello di / Degree Corse... Impartito per il Corso di laurea specialistica di / Specialized Degree Corse...x Ingegneria Elettronica Electronic Engineering Confermo i dati dello scorso anno... Modifico i dati come riportato nelle schede seguenti...x Data Firma C:\AAFacoltà\Erasmus\0000ModelloNew Pag. 1 di 5

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3 Docente(i) del modulo / Module Lecturer(s) Cognome /Surname MARZANO... Nome /First Name FRANK SIVIO Nato il / Born Associato dal Raggruppamento concorsuale ING-INF/02... Dipartimento / Teaching Area DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA ELETTRONICA Sede ROMA Tel Fax marzano@die.uniroma1.it Anno e Semestre o Trimestre / Year of course and Semester or Term Anno / Year... Semestre / Semester I II Trimestre / Term I II x III IV Tipo di attività formativa / Type of course Di base / Core Corse Caratterizzante / Subject Specific Course Affine e integrativo / Optional Corse x Date degli appelli d esame per sessione / GIUGNO LUGLIO SETTEMBRE DICEMBRE MARZO APRILE Commissione d esame Presidente MARZANO FRANK SILVIO... Membri PIERDICCA NAZZARENO... PULVIRENTI LUCA Obiettivi formativi del modulo (min. 210 caratteri) / Module Aims (min. 210 characters) Il corso è finalizzato all esposizione dei concetti avanzati della teoria della radiazione e.m. e dei metodi di analisi e sintesi di antenne con enfasi su le applicazioni principali nell ingegneria dell informazione. La teoria degli allineamenti per l analisi e sintesi di sistemi di antenne è anche approfondita. Vengono, inoltre, forniti i fondamenti di teoria della diffusione e.m. e del telerilevamento dell'atmosfera mediante sistemi radar sia dal punto vista modellistico e.m. che sistemistico. The course is finalized to the illustration of advanced concepts of the theory of e.m. radiation and of analysis and synthesis methods of antennas with emphasis on the principal applications of the information engineering. The theory of array for the analysis and synthesis of antenna systems is also deepened. Moreover, the foundations of e.m. scattering and atmospheric remote sensing by radar systems are provided both from a modeling and system point of view. Contenuto del modulo (min. 350 caratteri) / Module Subject (min. 350 characters) RICHIAMI DI ELETTROMAGNETISMO. Notazione. Equazioni e teoremi fondamentali per antenne. Formula di radiazione e.m. Approccio di Stratton-Chu. Approssimazione di campo lontano. Parametri di antenna e circuiti equivalenti. Casi canonici: dipolo elettrico elementare e apertura rettangolare uniforme. Irradiazione e.m. da apertura circolare. Ambienti di misura: misure di diagramma di radiazione e direttività. ANTENNA IN RICEZIONE. Teorema di reciprocità e integrale di Lorentz. Efficienza di antenna. Efficienza di apertura. Eq. di Friis ed effetto del suolo. RUMORE DI ANTENNA. Descrizione statistica dei campi e.m.. Autocovarianza e spettro del campo e.m.. Brillanza e potenza ricevuta come convoluzione. Trasferimento radiativo di brillanza. Sensori passivi. ANTENNA IN CAMPO VICINO. Diagramma di radiazione e integrali di Fresnel. Potenza e.m. irradiata in campo vicino da apertura quadrata e semipiano. Zone di Fresnel ed ellissoide di Fresnel. ANALISI DI ANTENNE. Antenne a riflettore: ottica geometrica e antenna Cassegrain, efficienza, ottica fisica. Antenna biconica: geometria illimitata, troncamento e impedenza caratteristica. Antenna a fessura e planare: teorema di Babinet, elementi di antenne a fessura e a microstriscia. ALLINEAMENTI DI ANTENNE. Fattore di allineamento e principio di moltiplicazione. Allineamenti simmetrici a sfasamento lineare. Allineamenti uniformi e cerchio divisibilità. Allineamenti ad alimentazione triangolare e polinomiale. Super-allineamenti. Metodi di sintesi di Shelkunoff e Dolph-Tchebycheff. Pseudo-allineamento Yagi-Uda. Allineamento log-periodico a larga banda. DIFFUSIONE DI RA- DIAZIONE E.M. Problema di radiazione e.m. in presenza di ostacoli. Equazione integrale del campo elettrico e magnetico. Diffusione e.m. ottica e di Rayleigh e interpretazioni e.m. Parametri di interazione e.m. RADAR METEOROLOGIA A MICROONDE. Nubi e precipitazioni. Modelli e.m. di nubi e precipitazioni. Diffusione e assorbimento e.m. da idrometeore. Sistemi radar. Equazione del radar monostatico meteorologico. Ottica geometrica per propagazione. Metodi di stima e applicazioni. METODI NUMERICI. Metodo dei momenti e implementazione numerica. Codice NEC per antenne lineari. Metodi asintotici per antenne a riflettore. Codice GRASP per antenne a riflettore. ELECTROMAGNETISM FOUNDATIONS. Notation. Equations and fundamental theorems for antennas. Formula of e.m. radiation. Stratton-Chu approach. Far-field approximation. Parameters of antennas and equivalent circuits. Canonical cases: electric elemntary dipole and uniform rectangular aperture. E.m. irradition from a circular aperture. Measurement enviroenments: measure of radiation diagram and directivity. RECEIVING ANTENNA. Reciprocity theorem and Lorentz integral. Antenna efficiency. Aperture efficiency. Friis equation and round effects. ANTENNA NOISE. Statistical description of e.m. fields. Autocovariance and spectrum of e.m. fields. Brightness and received power as convolution. Radiative transfer of brightness. Passive sensors. NEAR-FIELD ANTENNA. Fresnel integrals. Near-field e.m. radiation from square aperture and semi-plane. Fresnel zones and ellipsoid. ANTENNAS ANALYSIS. Reflector antennas: geometric optics and Cassegrain antenna, efficincy, physical optics. Biconical antenna: infinite length, truncation and impedance. Slot and planar antenna: Babinet theorem, elements of microstrip antennas. ANTENNA ARRAYS. Array factor and multiplicative principle. Symmetric linear-phase arrays. Uniform arrays and visibility circle. Arrays with triangular and polynomial feed. Super-arrays. Shelkunoff and Dolph-Tchebycheff synthesis methods. Pseudo-array Yagi-Uda. Wide-band log-periodic array. E.M. SCATTERING. E.m. radiation in presence of obstacles. Integral equation of electric and magnetic fields. Optical and Rayleigh scattering. Interaction parameters. MICROWAVE RADAR METEOROLOGY. C:\AAFacoltà\Erasmus\0000ModelloNew Pag. 3 di 5

4 Clouds and rainfall. E.m. models. Scattering and absorption of hydrometeors. Radar systems. Meteorological radar equation. Geometric optics for propagation. Estimation methods and applications. NUMERICAL METHODS. Method of moments. NEC code for linear antennas. Asymptotic methods for reflector antennas. GRASP code for reflector antennas. Bibliografia consigliata per la preparazione / Suggested Reading List Marzano F.S., Complementi di Antenne e Radar Meteorologia, Ed. 2.0, a.a. 2005/06. Disponibili su sito Internet. Balanis C.A., Antenna theory, analysis and design, J. Wiley & Sons, New York (NY, USA), Collin R.E., Antennas and radiowave propagation, McGraw-Hill ISE, New York (NY, USA), Kraus J.K., Antennas, McGraw-Hill ISE, New York (NY, USA), Paraboni A., Antenne, McGraw-Hill Libri Italia, Milano (I), Bringi V. N. and V. Chandrasekar, Polarimetric Doppler Weather Radar: principles and applications, Cambridge University Press, 2001 Doviak R.J. and D.S. Zrnic, Doppler radar and weather observations, 2nd ed., Academic Press, 1993 Kidder and Von der Haar, Satellite meteorology, Academic Press, 1996 Sauvageot H., Radar meteorology, Artech House, Boston (MA), 1992 Stull R.B., Meteorology for scientists and engineers, 2nd ed., Brooks/Cole, 2000 Marzano F.S., Complementi di Antenne e Radar Meteorologia, Ed. 2.0, a.a. 2005/06. Disponibili su sito Internet. Balanis C.A., Antenna theory, analysis and design, J. Wiley & Sons, New York (NY, USA), Collin R.E., Antennas and radiowave propagation, McGraw-Hill ISE, New York (NY, USA), Kraus J.K., Antennas, McGraw-Hill ISE, New York (NY, USA), Paraboni A., Antenne, McGraw-Hill Libri Italia, Milano (I), Bringi V. N. and V. Chandrasekar, Polarimetric Doppler Weather Radar: principles and applications, Cambridge University Press, 2001 Doviak R.J. and D.S. Zrnic, Doppler radar and weather observations, 2nd ed., Academic Press, 1993 Kidder and Von der Haar, Satellite meteorology, Academic Press, 1996 Sauvageot H., Radar meteorology, Artech House, Boston (MA), 1992 Stull R.B., Meteorology for scientists and engineers, 2nd ed., Brooks/Cole, 2000 Prerequisiti e propedeuticità / Prerequisites Antenne I Telerilevamento ambientale Antennas I Environmental remote sensing Metodi di apprendimento e di insegnamento / Learning and Teaching Methods (Dato basato sull insegnamento in aula espresso in ore / classroom-based datum expressed in hours) ore / hours ore / hours Lezioni / Lecture Seminari / Seminar 2... Lavori di gruppo / Workshop 5... Insegnamento guidato / Guided Learning 2... Studio personale / Independen Esercitazioni / Practice 11 Totale ore / Total hours Modalità dell esame e peso / Assessment method and percentage of total mark % scritto / written orale / oral tesina / paper Risultati dell apprendimento (min. 450 caratteri per campo) / Learning Outcomes (min. 450 characters for field) Conoscenze acquisite, gli studenti che abbiano superato l esame saranno in grado di: conoscere la teoria della radiazione elettromagnetica esposta in modo rigoroso, ricavando approssimazioni di interesse per campi elettromagnetici irradiati in campo vicino e a grandi distanza; analizzare le antenne in ricezione e campi e.m. statistici; analizzare antenne a riflettore, a larga banda e planari; analizzare e progettare allineamenti di antenne; descrivere il problema della diffusione e.m., un sistema radar e le sue applicazioni meteorologiche. Knowledge and understanding, successful students will be able to: to know the theory of electromagnetic radiation deduced in a rigorous way and deduce the valuable formulas for near and far fields; to analyze the receiving antennas and the statistical e.m. fields; to evaluate aperture antennas, wide-band antennas and microstrip antennas; to analyze and design antenna arrays; to describe the e.m. scattering problem, a radar system and its meteorological applications. Competenze acquisite, gli studenti che abbiano superato l esame saranno in grado di: di descrivere un antenna e un sistema di antenne mediante la valutazione dei suoi parametri elettromagnetici fondamentali; di caratterizzare le proprietà radiative di antenne; di analizzare antenne a larga-band, antenne planari, antenne a riflettore e allineamenti di antenne e di conoscere i relativi metodi di misura; di valutare e definire le specifiche di antenne in sistemi di radiopropagazione e di trasmissione dell informazione; di analizzare misure di radar meteorologici e sviluppare modelli di simulazione e stima. C:\AAFacoltà\Erasmus\0000ModelloNew Pag. 4 di 5

5 Skills and Attributes, successful students will be able to: to describe an antenna and a system of antennas through its main parameters; to characterize the radiative properties of antennas; to analyze wide-band, planar, reflector and array antennas and their measurement techniques; to evaluate the specifications of antennas within radio-propagation and information systems; to analyze measurements of meteorological radars and to develop simulation and estimation models. Data Firma C:\AAFacoltà\Erasmus\0000ModelloNew Pag. 5 di 5