Insegnamento COMPONENTI E SISTEMI A MICROONDE E RADIOFREQUENZA
| Nome del corso | Ingegneria elettronica per l'internet-of-things |
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| Codice insegnamento | A004785 |
| Curriculum | Consumer and aerospace iot |
| Docente responsabile | Cristiano Tomassoni |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 9 |
| Regolamento | Coorte 2024 |
| Erogato | Erogato nel 2025/26 |
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Ingegneria elettronica |
| Settore | ING-INF/02 |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | In questo corso vengono insegnati i metodi base per la progettazione di alcuni tra i più comuni component e sistemi a microonde, quali adattatori, filtri radar ecc.. |
| Testi di riferimento | R. Sorrentino, G. Bianchi, Ingegneria delle microonde e radiofrequenze, McGrawHill. K.Chang, RF and Microwave Wireless Systems, J.Wiley & Sons, 2000. R.Collin, “Foundations for Microwave Engineering”, McGraw-Hill, 1992. D.M Pozar, “Microwave and RF Design of Wireless Systems”, J.Wiley & Sons, 2001. |
| Obiettivi formativi | lo scopo del corso è di fornire gli strumenti teorici e pratici per la progettazione di circuiti e sistemi a microonde. L'obbiettivo è quello di permettere allo studenti di fare un progetto di massima partendo dalla teoria per poi affinare il progetto grazie all'uso di software CAD. |
| Prerequisiti | Conoscenza dei circuiti a costanti concentrate. Conoscenza dei fondamenti di campi elettromagnetici. |
| Metodi didattici | Lezioni frontali teoriche. Esercizi per la progettazione di massima dei componenti. Utilizzo di software CAD elettromangnetici. |
| Altre informazioni | N/A |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Esame orale. Tesina con progetto di un componente a microonde e sua realizzazione tramite stampa 3D. |
| Programma esteso | Introduzione al corso. Richiami sulle linee di trasmissione a microonde e RF: guide coassiali, rettangolari e circolari. Circuiti stampati. ADATTATORI DI IMPEDENZA: • Introduzione agli adattatori di impedenza. Adattatore a lambda quarti. Variazione del coefficiente di riflessione con la frequenza negli adattatori a lambda quarti. Simulazione CAD di un adattatore a lambda quarti. • Calcolo della banda del trasformatore a quarto d'onda. Esercizi sui trasformatori a quarto d'onda. Teoria delle piccole riflessioni. • Trasformatori multisezione. Trasformatore binomiale. Esercitazione Matlab: scrittura di un programma per il calcolo del trasformatore a lambda quarti in guida rettangolare. • Approssimazione logaritmica del trasformatore binomiale. Esercizio di progetto di un trasformatore binomiale. • Polinomi di Chebyshev. Trasformatore di Chebyshev. Approssimazione logaritmica per il trasformatore di Chebyshev. Esercizi per il progetto di trasformatori di Chebyshev. Uso delle tabelle per il progetto di trasformatori di impedenza. Scrittura di un programma per il calcolo dei parametri di un trasformatore di impedenza per guide rettangolari. FILTRI A MICROONDE: • Definizioni generali: Power Loss ratio, Insertion Loss, Return Loss. Prototipo di filtri passa-basso. Risposte di Butterworth, Chebyshev e Cauer e loro confronto. • Prototipi di filtri passa-basso a scala. Denormalizzazione dei filtri in frequenza e in impedenza di riferimento. Esempio di calcolo della risposta passa-basso di Chebyshev per un filtro prototipo a scala di ordine 2. • Trasformazioni passa-basso-passa-alto, passa-basso-passa-banda, passa-basso-arresta-banda. Trasformazione periodica di Richards. • Richiami sulla matrice ABCD. • Introduzione all'invertitore di impedenza. • Caratterizzazione degli invertitori di impedenza tramite matrice ABCD, matrice Z, matrice Y e matrice di scattering. Invertitori di ammettenza e loro relazione con quelli di impedenza. Realizzazione degli inverter tramite elementi concentrati, linee di trasmissione lambda/4 e reti miste. • Trasformazioni da risonatori serie a parallelo (e viceversa) tramite l'uso di invertitori di impedenza/ammettenza. Circuito equivalente per filtri a cavità risonanti: trasformazione del filtro passa-banda a risonatori serie e parallelo al filtro con invertitori di impedenza e soli risonatori serie risonanti tutti alla stessa frequenza. • Equivalenza fra risonatori a linee di trasmissione e risonatori a costanti concentrate serie o parallele. Definizione di Slope parameter. Calcolo degli slope parameter per circuiti a costanti concentrate serie e parallelo. Slope parameter per linea a lambda mezzi chiusa su cortocircuito e circuito aperto. Circuito equivalente di filtri composti da invertitori e linee a lambda mezzi. • Esercizi sul progetto di filtri in guida d'onda e filtri in microstriscia. WIRELESS POWER TRANSFER: • Nozioni base sul wireless power transfer. Circuiti equivalenti per sistemi di trasferimento potenza senza fili costituiti da induttori risonanti accoppiati. Relazione con il circuito equivalente di filtri. Circuiti equivalenti di filtri ottenuti con induttori accoppiati. PROGETTI TRAMITE CAD • Nozioni base sulla matrice di accoppiamento. • Esercizio: Sintesi di un filtro a 5 poli e calcolo dei parametri del circuito equivalente a linee di trasmissione a lambda mezzi e invertitori di impedenza. Scrittura di uno script Matlab che implementa le formule. Dimensionamento delle iridi che implementano gli invertitori di impedenza tramite simulazione full-wave. • Esercizio per il calcolo dei parametri di un filtro con invertitori e linee di trasmissione dispersive. Simulazione con ADS del circuito equivalente calcolato. • Progetto di un filtro a microstriscia utilizzando HFSS. • Costruzione di un filtro a microonde in guida rettangolare progettato dallo studente e realizzato tramite stampante 3D. RADAR: • Breve storia del RADAR. Accenni sul Magnetron. Derivazione dell'equazione del radar. Classificazione dei sistemi radar. Esempi di immagini radar. • Probabilità di rilevazione e di falso allarme. Integrazione sul numero degli impulsi per ridurre la probabilità di errore. Inclusione delle perdite del sistema nell'equazione del radar. Approfondimenti sulla radar cross-section e sul suo significato fisico. Radar cross-section di una sfera. Panoramica sui possibili target e ordine di grandezza della relativa radar cross-section. Variabilità della radar cross-section con la frequenza. Accenni alla tecnologia stealth. • Radar ad impulsi e suo principio di funzionamento. Schema a blocchi del radar ad impulsi. Calcolo del range e del range massimo. Radar ad onda continua (doppler); principio di funzionamento e schema a blocchi. Principio di funzionamento del radar ad onda continua modulata in frequenza: caso di target fermo e target in movimento. Schema a blocchi del radar ad onda continua modulata. • Radar per l'inseguimento. Sequential lobing. Conical scan. Monopulse tracking e suo schema a blocchi. Utilizzo della giunzione ibrida nel monopulse. • Monopulse a 4 antenne per inseguimento in elevazione e azimut. Esempio di monopulse in banda Ka. Principio di funzionamento dell'MTI (Moving Target Indication). Improvement factor, MTI a cancellatore singolo. • Blind speed. MTI a cancellatore doppio. MTI con filtri sagomati in frequenza. Range-gated doppler filters. Fase cieca. MTI confronto fra tecnologie analogiche e digitali. • Synthetic Aperture Radar (SAR) principio di funzionamento e geometria di osservazione. Risoluzione cross-track. Radar a compressione d'impulso (segnale chirp) per l'incremento della risoluzione cross-track (azimutale). Prova con un sonar fatto in casa ottenuto programmando in Matlab per mostrare il principio di funzionamento della compressione del segnale (segnale chirp). • SAR risoluzione azimutale: lunghezza di apertura sintetica. Tempo di apertura sintetica. Banda azimutale. Calcolo della risoluzione azimutale del SAR. • Discriminazione dei punti a terra: linee isodoppler e linea isodistanza. Spotlight SAR. Interpretazione delle immagini SAR. Foreshortening, layover e shadowing. Immagine SAR di un ponte e interpretazione dell'immagine dovuta alle riflessioni multiple. Interferometria SAR: stima delle altezze e stima dei cambiamenti della superficie. • Esempio di sistema radar con visualizzazione del sito e delle strutture. Panoramica sulle caratteristiche tecniche in relazione all'utilizzo del radar. Esempio di radar SAR montati su aerei e su veicoli spaziali. |