15.5 Appendici
      
      
        15.5.1  Potenza assorbita da un bipolo↓
      
      
        La dimostrazione inizia definendo una potenza 
istantanea
        assorbita dal bipolo come 
w(t) = v(t)i(t) = v(t)⋅(v(t)*y(t)). La potenza 
media (nel
        tempo) allora risulta
        
          
              
                Wz
              
              
                 = 
              
              
                 limΔt → ∞(1)/(Δt)Δt 
                    ⁄ 2⌠⌡ − Δt ⁄ 2w(t)dt = 
              
            
            
              
                 
              
              
                 
              
              
                 
              
            
            
              
              
              
                 = 
              
              
                 limΔt → ∞(1)/(Δt)Δt 
                    ⁄ 2⌠⌡ − Δt ⁄ 2v(t)[∞⌠⌡ − ∞v(t 
                − τ)y(τ)dτ]dt 
                = 
              
            
            
              
                 
              
              
                 
              
              
                 
              
            
            
              
              
              
                 = 
              
              
                ∞⌠⌡ − ∞y(τ)⎡⎣ limΔt → ∞(1)/(Δt)Δt 
                    ⁄ 2⌠⌡ − Δt ⁄ 2v(t)v(t 
                − τ)dt⎤⎦dτ
              
            
            
              
                 
              
              
                 
              
              
                 
              
            
            
              
              
              
                 = 
              
              
                ∞⌠⌡ − ∞y(τ)ℛv( − τ)dτ 
                = ∞⌠⌡ − ∞Y(f)Pv(f)df = 
              
            
            
              
                 
              
              
                 
              
              
                 
              
            
            
              
              
              
                 = 
              
              
                ∞⌠⌡ − ∞[ℜ{Y(f)} + jℑ{Y(f)}]Pv(f)df 
                = 
              
            
            
              
                 
              
              
                 
              
              
                 
              
            
            
              
              
              
                 = 
              
              
                ∞⌠⌡ − ∞Pv(f)(R(f))/(|Z(f)|2)df
              
            
          
        
        Nel terzultimo passaggio si è fatto uso del teorema di Parseval, e del
        fatto che 
ℛv(τ) è pari; nell’ultimo, si è tenuto
        conto che 
Pv(f),
        
R(f) e 
|Z(f)|2 = R2(f) + X2(f) sono funzioni pari di 
f,
        mentre 
X(f) è dispari: pertanto il termine 
∫∞ −
               ∞ℑ{Y(f)}Pv(f)df 
          = ∫∞ − ∞Pv(f)(X(f))/(|Z(f)|2)df è nullo. Notiamo
        che quest’ultimo termine rappresenta la 
potenza reattiva, che
        non è trasformata in altre forme di energia, e viene accumulata e
        restituita dalla componente reattiva del carico. Al contrario, il
        termine relativo a 
ℜ{Y(f)} rappresenta la potenza assorbita
        dalla componente resistiva, nota come 
potenza attiva, che viene
        completamente dissipata. 
        Avendo espresso la potenza assorbita Wz
        nella forma di un integrale in f,
        la funzione integranda è intuitivamente associabile allo spettro di
        densità di potenza: Wz(f) = Pv(f)(R(f))/(|Z(f)|2). Lo stesso risultato può
        essere confermato svolgendo il seguente calcolo più diretto, pensando al
        bipolo come ad un filtro la cui grandezza di ingresso è v(t)
        e quella di uscita i(t). 
      
        La definizione di potenza media 
Wz 
          = limΔt 
            → ∞(1)/(Δt)∫Δt ⁄ 2 − Δt 
              ⁄ 2w(t)dt, in cui 
w(t) = v(t)i(t),
        mostra come questa sia equivalente alla funzione di intercorrelazione
        tra 
i e 
v
        calcolata in 
τ = 0: 
Wz = ℛvi(0).
        Allora, è ragionevole assumere che 
Wz(f) = ℱ{ℛvi(τ)}.
        Indicando infatti con 
⊗ l’integrale di
        intercorrelazione, e ricordando che gli operatori di convoluzione e
        correlazione godono della proprietà commutativa, possiamo scrivere
        
          ℛvi(τ) 
          = v(t)⊗i(t) = v(t)⊗(v(t)*y(t)) = (v(t)⊗v(t))*y(t) = ℛv(τ)*y(t)
        
        quindi, risulta che
        
          Wz(f) = ℱ{ℛvi(τ)} = Pv(f)Y(f) = Pv(f)(R(f) − jX(f))/(|Z(f)|2)
        
        In base alle stesse considerazioni già svolte, si verifica come il
        termine immaginario non contribuisce alla potenza media assorbita, e
        quindi può essere omesso dalla definizione di 
potenza attiva↓ Wz(f).
      
        15.5.2 Condizioni per
        il massimo trasferimento di potenza↓ 
      
      
        Svolgiamo per intero la dimostrazione delle 
(16.65↑). Verifichiamo subito che, mantenendo 
Zg(f) fisso e per qualunque valore di 
Rc(f), la potenza ceduta ad un carico
        espressa dalla 
(16.64↑):
        
Wzc(f) = Pvg(f)(Rc(f))/(|Zc(f) +
               Zg(f)|2) risulta massima se il suo
        denominatore è il più piccolo possibile, e ciò si verifica quando 
Xc(f) =  − Xg(f), ed in tal caso risulta
        
        Per individuare ora la condizione su 
Rc(f)
        che rende minimo il denominatore (e dunque 
Wzc(f)
        massima), eseguiamone la derivata rispetto ad 
Rc
        (omettendo per brevità la dipendenza da 
f)
        ed eguagliamola a zero:
        
        che fornisce la condizione 
Rc(f) = ±Rg(f)
        in cui il valore negativo viene scartato mentre quello positivo, assieme
        alla condizione 
Xc(f) =  − Xg(f)
        determina la condizione 
Zc(f) = Z*g(f)
        espressa alla 
(16.65↑).
        Volendo verificare che la 
(16.102↑)
        individui effettivamente un minimo e non un massimo del denominatore di
        
(16.101↑),
        se ne può eseguire la derivata seconda, ottenendo
        
          (d2)/(dR2c)⎛⎝Rc 
          + 2Rg + (R2g)/(Rc)⎞⎠ 
          = (d)/(dRc)⎡⎣1 − ⎛⎝(Rg)/(Rc)⎞⎠2⎤⎦ 
          = 2(R2g)/(R3c)
        
        che verifichiamo immediatamente essere sempre positiva.
      
        15.5.3  Potenza ceduta ad un carico↓
        Zc(f) ≠ Z*g(f)
      
      
        Avendo a disposizione un generatore di segnale di potenza disponibile 
Wd(f)
        ed impedenza interna 
Zg(f)
        assegnate, la tensione a vuoto ai suoi capi ha densità di potenza (di
        segnale) pari a 
Pv(f) = Wd(f)4Rg(f). Collegando al generatore un carico
        generico 
Zc(f), la potenza dissipata da
        quest’ultimo risulta pari a 
Wzc(f) = Pv(f)(Rc(f))/(|Zg(f) +
               Zc(f)|2). Il rapporto tra la
        densità di potenza effettivamente ceduta a 
Zc(f),
        e quella che le sarebbe ceduta se questa fosse adattata per il massimo
        trasferimento di potenza, fornisce la perdita di potenza subìta:
        
          (Wzc(f))/(Wd(f)) = Wd(f)4Rg(Rc(f))/(|Zg(f) +
               Zc(f)|2)⋅(1)/( Wd(f)) = (4Rg(f)Rc(f))/(|Zg(f) +
               Zc(f)|2) = α(f)
        
        Pertanto, se 
Zc(f) ≠ Z*g(f), su 
Zc(f)
        si dissipa una potenza pari a 
Wzc(f) = α(f)Wd(f). Il medesimo risultato è valido
        anche per l’analisi dell’accoppiamento tra il generatore equivalente di
        uscita di una rete due porte ed un carico.
      
         Consideriamo
            un generatore con Zg(f)
            resistiva e pari a 50 Ω, e con
            densità di potenza disponibile (a frequenze positive)
            
              W 
                  + d(f) = (Wd)/(4W)rect2W(f − f0)
            
            in cui Wd 
              =  1 Watt è la potenza disponibile totale, distribuita
            uniformemente in una banda 2W
            = 10 KHz centrata a frequenza f0 
              = 1MHz. Il generatore è collegato ad un carico
            
              Zc(f) = Rc(f) + jXc(f)
            
            con Rc(f) = 50 Ω
            ed Xc(f) = 2πfL = 50 Ω per f = f0
            (da cui L = (50)/(2π106) = 7.96 μH).
             
          
            Essendo la banda di segnale
                2W≪f0,
                approssimiamo la dipendenza da f
                di Xc(f) come una costante. In queste
                ipotesi, la potenza effettivamente ceduta al carico risulta Wzc 
                  = αWd,
                con
                
                  α = (4RgRc)/(|Zg + Zc|2) 
                  = (4⋅50⋅50)/(|50 + 50
                       + j50|2) = (10000)/(12500) = 0.8
                
                e quindi Wzc
                = 0,8 Watt ovvero, in dBm: 10log100.8
                = -0.97 dbW = 29.03 dBm. 
           
          
            Il valore αdB 
                  = 10log10α = 0,97 dB rappresenta il
                valore della perdita di potenza causata dal mancato verificarsi
                delle condizioni di massimo trasferimento di potenza, e può
                essere tenuto in conto come una attenuazione supplementare al
                collegamento, in fase di valutazione del link budget
                (vedi capitolo seguente).