65693 - CIRCUITI A RADIOFREQUENZA M

Conoscenze e abilità da conseguire

Fornire i principi di funzionamento e le tecniche di progetto dei circuiti e sottosistemi a radiofrequenza per i moderni sistemi di telecomunicazioni, con particolare riferimento ai sistemi radiomobili. Introdurre alla conoscenza dei principali sottosistemi attivi e non lineari e dei metodi per la loro simulazione e ottimizzazione (deterministica e statistica) e all'uso delle reti neurali artificiali.

Contenuti

Importanza del progetto con l'ausilio del calcolatore e di un'accurata simulazione di componenti e circuiti a radiofrequenza. Le microonde e le loro applicazioni nei sistemi di telecomunicazione. Il front end e i suoi blocchi funzionali fondamentali.

 

Evoluzione dei circuiti per alte frequenze e cenni sulle tecnologie realizzative. Strutture planari. Circuiti ibridi su substrato dielettrico e monolitici su substrato di silicio o di arseniuro di gallio.

 

Richiami di principi di propagazione guidata. Concetto di rete elettrica e di multiporta. Matrice di diffusione e sue proprietà. Altre matrici circuitali. Connessione di multiporta.

 

Esempi di strutture guidanti: la triplata (dielettrico omogeneo) e la microstriscia (dielettrico non omogeneo). Loro caratterizzazione rispettivamente in regime TEM e quasi TEM.  Modelli della microstriscia alle alte frequenze.

 

Simulazione delle reti lineari. Analisi circuitale e analisi elettromagnetica. Metodi basati sulla scomposizione dei circuiti in componenti: approccio diretto, Subnetwork-Growth Algorithm e analisi nodale. Funzioni di rete per i circuiti lineari.

 

Filtri. Proprietà fondamentali. Approssimazione delle funzioni di trasferimento ideali. Tipi di filtri. Filtri a costanti concentrate e loro sintesi. Filtro prototipo e trasformazioni di frequenza. Filtri a costanti distribuite. Filtri con invertitori di immettenza. Filtri a microonde.

 

Circolatori.

 

Accoppiatori direzionali ideali e reali. Usi degli accoppiatori direzionali. Progetto di accoppiatori controdirezionali in dielettrico omogeneo (triplata) e in dielettrico non omogeneo (microstriscia). Accoppiatori interdigitati. Accoppiatori a interferenza. Accoppiatori a diramazione.

 

Circuiti non lineari. Serie di Volterra. Generazione di componenti spettrali nelle non linearità. Regimi strettamente periodici e quasi periodici. Intermodulazione. Strutture degli spettri dei segnali e loro troncamento. Fenomeni non lineari.

 

Simulazione per via numerica di circuiti a microonde non lineari. Cenni sulle tecniche di simulazione non lineare nel dominio dei tempi. Metodo del bilanciamento armonico. Formulazione a scomposizione e nodale. Risoluzione del sistema non lineare ottenuto: metodo di Newton-Raphson. Conversione dal dominio dei tempi al dominio delle frequenze. Circuiti autonomi. Funzioni di rete per i circuiti non lineari.

 

Progetto assistito dal calcolatore. Progetto numerico mediante analisi ripetute. Ottimizzazione delle prestazioni nominali. Algoritmi di ottimizzazione. Progetto di circuiti lineari e non lineari, a banda stretta e a larga banda. Tolleranze di lavorazione e concetto di resa di produzione. Calcolo della resa: i metodi Monte Carlo. Centraggio del progetto. Progetto statistico basato sull'ottimizzazione della resa.

 

Il Corso è integrato da esercitazioni pratiche in laboratorio consistenti nell'analisi e nel progetto al calcolatore di circuiti mediante l'uso di programmi commerciali.

Testi/Bibliografia

Vittorio Rizzoli e Alessandro Lipparini, "Propagazione Elettromagnetica Guidata", Esculapio-Progetto Leonardo, 2002.

Robert E. Collin, "Foundations for Microwave Engineering", John Wiley & Sons-IEEE Press, 2000.

Metodi didattici

Nelle lezioni vengono trattati in dettaglio i principi di funzionamento e le metodologie di simulazione e ottimizzazione dei circuiti e sottosistemi per alte frequenze. Le esercitazioni sono dedicate allo sviluppo di esempi applicativi.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Colloquio orientato ad appurare la comprensione da parte dello studente dei principi e delle metodologie trattate e la sua capacità di applicarli a concreti problemi ingegneristici.

Strumenti a supporto della didattica

Per tutti gli argomenti trattati nel Corso sono distribuite dispense o schemi sintetici delle lezioni prodotti dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Lipparini