35112 - SISTEMI A RF ENERGETICAMENTE AUTONOMI LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce gli strumenti necessari per l'analisi ed il progetto dei circuiti e dei sottosistemi che costituiscono i front-end a RF e a microonde. Conosce, inoltre, le non linearità che stanno alla base del loro funzionamento e gli strumenti CAD che permettono di caratterizzarle accuratamente. Infine, lo studente possiede conoscenza dei metodi per realizzare l'autonomia energetica dei front-end mediante sfruttamento delle onde radio ricevute e i relativi vantaggi ambientali dovuti all’ assenza delle batterie. Lo studente inoltre conosce le applicazioni nel campo dell'identificazione a RF ed a microonde (RFID) e nel campo delle reti di sensori per il controllo ambientale.

Contenuti

Blocchi funzionali dei sistemi wireless a radiofrequenza (RF) e le principali non-linearità che stanno alla base del loro funzionamento, e strumenti per poterli analizzare e progettare.

Metodi analitici per caratterizzare le principali non linearità in regime mono e multitonale: generazione di nuove frequenze, saturazione, conversione AM-PM, conversione di frequenza e distorsione non-lineare.

Modelli circuitali non-lineari dei dispositivi per la generazione di potenza (lato trasmettitore) e per la conversione RF-dc (lato ricevitore): MESFET e DIODI.

Metodo del bilanciamento armonico ed introduzione ai simulatori commerciali di circuiti non lineari a RF. Cenni sui simulatori elettromagnetici. Definizione delle principali funzioni di rete per la valutazione circuitale di un sistema a RF. In particolare viene considerata l’efficienza di un intero collegamento per Wireless Power Transfer (WPT) e vengono descritti dal punto di vista circuitale e sistemistico i diversi contributi. Analisi e progetto dei sottosistemi per WPT sia radiativi (far-field) che non (near-field).

Tecniche near-field

Accoppiamento induttivo e capacitivo: progetto del link wireless e definizione dell’efficienza.

Modelli elettromagnetici dei coil e analisi delle prestazioni

Schemi e progetti del trasmettitore e del ricevitore.

Tecniche far-field

Raccolta di energia dall’ambiente e trasmissione di potenza intenzionale

Principali caratteristiche delle antenne da utilizzare

Possibili schemi di sistemi per la ricezione della potenza. Diverse topologie di rectenna (antenna rettificatrice).

La parte finale del corso è dedicata allo studio di:

- alcune applicazioni di sistemi di trasmissione near-field per dispositivi indossabili o impiantabili

- Rectenne a larga banda per Energy Harvesting dall’ambiente (far-field).

Testi/Bibliografia

• D. Pozar, Microwave engineering, 4th Edition, Wiley

• Slide delle lezioni

• Articoli selezionati tratti dalla letteratura specializzata

• "Wireless Power Transfer - Principles and Engineering Exploration", Ki Young Kim, InTech

Metodi didattici

Lezioni frontali

- Sono previste anche:

i) alcune attività di verifica delle conoscenze intermedie, ma non soggette a valutazioni,

ii) alcune ore di laboratorio software in cui gli studenti faranno pratica con la simulazione elettromagnetica/circuitale e costruiranno semplici modelli per caratterizzare una rectenna

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Progetto di gruppo di un circuito per la trasmissione dell'energia

Esame orale sulla parte teorica e sulla parte pratica (laboratorio)

Strumenti a supporto della didattica

Nello studio della parte teorica, verrà fatto continuo riferimento e presentati "dal vivo" sottosistemi a RF sviluppati nella attività di ricerca del gruppo di appartenenza (con particolare riferimento a sistemi per energy harvesting e WPT)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandra Costanzo