Insegnamento INGEGNERIA DELLE RADIOFREQUENZE

Nome del corso	Ingegneria informatica ed elettronica
Codice insegnamento	A001040
Curriculum	Ingegneria elettronica
Docente responsabile	Paolo Mezzanotte
Docenti	Paolo Mezzanotte
Ore	90 ore - Paolo Mezzanotte
CFU	6
Regolamento	Coorte 2020
Erogato	Erogato nel 2022/23
Erogato altro regolamento	Coorte 2021 - Erogato nell'anno 2023
Attività	Caratterizzante
Ambito	Ingegneria delle telecomunicazioni
Settore	ING-INF/02
Tipo insegnamento
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	Contenuti CONTENUTI Sì Introduzione, Linee di trasmissione (ripasso), Adattamento di impedenza (ripasso), Elementi di propagazione guidata, Guide d’onda, Linee stampate, Analisi di reti a microonde, Componenti e dispositivi a RF, Progettazione al CAD di dispositivi a Microonde Introduction, Transmission lines (review), Impedance matching (review), Guided propagation elements, Waveguides, Printed lines, Analysis of microwave networks, RF components and devices, CAD design of Microwave devices
Testi di riferimento	Trasparenze scaricabili da: https://www.unistudium.unipg.it/unistudium/ R.Collin, “Foundations for Microwave Engineering”, McGraw-Hill, 1992. D.M Pozar, “Microwave Engineering”, J.Wiley & Sons, 3rd Edition, 2004. R. Sorrentino, G. Bianchi, “Ingegneria delle microonde e radiofrequenze”, McGraw-Hi ll 2006
Obiettivi formativi	il corso fornisce le basi di conoscenza della propagazione elettromagnetica guidata, dei circuiti passivi alle alte frequenze.
Prerequisiti	Campi Elettromagnetici con Laboratorio e Fisica B
Metodi didattici	Metodi didattici METODI_DID Sì l'insegnamento viene erogato con lezioni frontali che si avvalgono dell'ausilio di strumenti informatici (registrazioni, lavagna virtuale in cloud, proiezione di slides). Il laboratorio consiste di due strumenti: progettazione al CAD e prove sperimentali in laboratorio
Altre informazioni	Nessuna
Modalità di verifica dell'apprendimento	Colloquio orale sul programma svolto (sia per chi ha scelto il corso da 6 CFU che per chi ha scelto il corso da 9 CFU) o in alternativa 3 prove scritte di esonero distribuite lungo il trimestre (la prima alla fine di marzo, la seconda alla fine di aprile e la terza a fine corso). Ciascuna prova di esonero è dedicata a una specifica parte del programma ed è composta da 10 domande a risposta multipla, tre domande a risposta aperta e un esercizio articolato in due/tre parti (sia per chi ha scelto il corso da 6 CFU che per chi ha scelto il corso da 9 CFU). Progetto di uno dei dispositivi studiati durante il corso, realizzato con l’ausilio di strumenti CAD (solo per chi ha scelto il corso da 9 CFU)
Programma esteso	Programma esteso PROGR_EST Sì Lezioni: Introduzione del corso, Spettro delle frequenze, suddivisione dello spettro in bande standardizzate; Standard IEEE; Ripasso: linee di trasmissione, coefficienti di riflessione e trasmissione; definizione di rapporto di Onda stazionaria (ROS); costruzione della carta di Smith; Ripasso Adattamento di impedenza: adattatore a quarto d'onda, adattatore a singolo stub. Adattamento mediante elementi concentrati reattivi; Teoria delle piccole riflessioni; adattatori a multi-sezioni (cenni) Ripasso equazioni di Maxwell e relative condizioni al contorno; Operatori vettoriali e differenziali - Potenziali Elettrodinamici; Modi TE, TM e TEM: legame tra potenziali e campi EM; Tecnica di separazione delle variabili; modi in guida; Impedenza d'onda; frequenza di taglio; velocità di fase e velocità di gruppo; modo fondamentale e modi di ordine superiore; guida d'onda rettangolare: configurazione modi TM e TE, frequenza di taglio; Guida d'onda rettangolare: frequenza di taglio; modo fondamentale; esercizi; guida d'onda rettangolare: impedenza d'onda; eccitazione modo TE10; perdite e attenuazione;esercizi; Cavo Coassiale, modo fondamentale, impedenza caratteristica, esercizi; tensioni e correnti equivalenti; Guida circolare: espressioni delle componenti di campo EM per il modo TE11; microstriscia: costante dielettrica efficace, modo quasi TEM, modello a guida planare; esercizi; Matrice delle impedenze e delle ammettenze; matrice S e relative proprietà; Spostamento dei piani di riferimento; matrice S di una rete n-porte parzialmente caricata; esercizi; Circuiti risonanti a microonde; Eccitazione di modo pari e dispari; circuiti a microonde a 3-porte; giunzione a T e a Y; divisore resistivo; divisore di wilkinson; esercizi; Accoppiatori direzionali: parametri caratteristici e matrice di scattering; Rat-race, Magic-T; attenuatori: a lamina e di precisione; sfasatore a rotazione; Branch-line; Accoppiatori a linee accoppiate. Laboratorio: esercizi: adattatore a doppio Stub, Adattamento mediante elementi concentrati reattivi; introduzione al metodo delle Differenze Finite nel Dominio del Tempo (FDTD)-algoritmi di calcolo; introduzione all'uso dei software Commerciali "fullwave"; esercizi al CAD; introduzione all'uso del simulatore circuitale ADS; esercizi al CAD: adattatore a doppio Stub, Adattamento mediante elementi concentrati reattivi; esercizi al CAD: modellazione di una guida rettangolare; progetto al CAD di una transizione cavo coassiale/guida d'onda; dimensionamento mediante strumenti software di linee planari; architettura di un SA e un VNA; tecniche di calibrazione di un VNA; Misure di dispositivi a microonde mediante l'uso di un VNA; progetto al CAD di una cavità risonante dual mode; progetto al CAD di un divisore di Wilkinson. Esempio di progettazione di una rete di alimentazione d'antenna composta da divisori di Wilkinson; progetto al CAD di un accoppiatore e 2-fori e di un Rat-race. Lessons: Introduction of the course, Frequency spectrum, subdivision of the spectrum into standardized bands; IEEE standard; Review: transmission lines, reflection and transmission coefficients; stationary wave ratio (ROS) definition; construction of the Smith chart; Review: Impedance matching: quarter wave adapter, single stub adapter. Adaptation by concentrated reactive elements; Small reflections theory; multi-section adapters (outline) Review of Maxwell's equations and related boundary conditions; Vector and differential operators - Electrodynamic potentials; TE, TM and TEM modes: link between potentials and EM fields; Variable separation technique; waveguide modes; Wave impedance; cutoff frequency; phase velocity and group velocity; fundamental mode and higher order modes; rectangular waveguide: TM and TE modes configuration, cutoff frequency; Rectangular waveguide: cutoff frequency; fundamental mode; exercises; rectangular waveguide: wave impedance; excitation mode TE10; losses and attenuation; exercises; Coaxial cable, fundamental way, characteristic impedance, exercises; equivalent voltages and currents; Circular guide: expressions of the EM field components for the TE11 mode; microstrip: effective dielectric constant, quasi-TEM mode, planar guide model; exercises; Impedances and admissions matrix; S matrix and related properties; Moving the reference planes; matrix S of a partially loaded n-port network; exercises; Microwave resonant circuits; Even and odd way excitement; 3-port microwave circuits; T and Y junction; resistive divider; wilkinson divider; exercises; Directional couplers: characteristic parameters and scattering matrix; Rat-race, Magic-T; attenuators; rotation phase shifter; Branch-line; Couplers with coupled lines. Laboratory: exercises: double Stub adapter; introduction to the Finite Differences in Time Domain (FDTD) method - calculation algorithms; introduction to the use of "fullwave" commercial software; CAD exercises; introduction to the use of the ADS circuit simulator; CAD exercises: double Stub adapter, Adaptation by means of concentrated reactive elements; CAD exercises: modeling of a rectangular guide; CAD project of a coaxial cable / waveguide transition; sizing of planar lines using software tools; architecture of an SA and a VNA; calibration techniques of a VNA; Measurements of microwave devices using a VNA; CAD design of a dual mode resonant cavity; CAD project of a Wilkinson divider. Example of design of an antenna beam forming network composed of Wilkinson dividers; CAD design of a coupler and 2-holes and a Rat-race.