Insegnamento INGEGNERIA DELLE RADIOFREQUENZE
- Corso
- Ingegneria informatica ed elettronica
- Codice insegnamento
- 70001109
- Curriculum
- Ingegneria elettronica
- Docente
- Paolo Mezzanotte
- Docenti
-
- Paolo Mezzanotte
- Ore
- 90 ore - Paolo Mezzanotte
- CFU
- 9
- Regolamento
- Coorte 2020
- Erogato
- 2022/23
- 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.