Il corso descrive il funzionamento di circuiti a parametri distribuiti che operano a radiofrequenze e microonde.
La partecipazione attiva alle attività formative proposte in questo modulo (lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio) e lo studio individuale consentirà agli studenti di:
- comprendere i principi di base della propagazione elettromagnetica guidata e dei circuiti a parametri distribuiti;
- comprendere il funzionamento delle principali strutture guidanti in radiofrequenze e microonde (guide d'onda e linee di trasmissione);
- conoscere i principali componenti passivi utilizzati nei circuiti operanti a radiofrequenze e microonde.
I risultati di apprendimento previsti verranno raggiunti mediante un insieme di lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio, in cui verranno trattati gli argomenti del programma.
Introduzione e organizzazione del corso
Onde elettromagnetiche guidate
Equazioni di Maxwell in strutture cilindriche.
Comportamento del campo elettromagnetico in direzione longitudinale e sul piano trasversale.
Condizioni al contorno di Dirichlet e di Neumann.
Classificazione e calcolo dei modi.
Effetti delle perdite: metodo perturbativo, perdite nei conduttori e nei dielettrici.
Proprietà delle onde: velocità di fase e di gruppo, lunghezza d’onda e fenomeni di taglio.
Sistemi guidanti
Guida d’onda a piatti piani paralleli, guida d’onda rettangolare e circolare, linea coassiale.
Linee di trasmissione planari: linea a striscia e microstriscia, guida d’onda coplanare, linea a fessura, guida d’onda integrata nel substrato.
Teoria dei circuiti a parametri distribuiti
Propagazione modale e linee di trasmissione equivalenti: forma generale delle equazioni dei telegrafisti.
Rappresentazione del campo nelle strutture guidanti e trasferimento di potenza.
Linee di trasmissione e circuiti a parametri distribuiti.
Componenti passivi nei circuiti a radiofrequenze e microonde
Descrizione generale dei componenti, loro rappresentazioni e parametri di scattering.
Componenti ad una porta: carichi, corti circuiti e circuiti aperti.
Componenti a due porte: discontinuità e giunzioni, transizioni e adattatori, attenuatori, sfasatori, isolatori, giratori.
Componenti a tre porte: giunzioni a T, divisori di potenza, circolatori.
Componenti a quattro porte: accoppiatori direzionali, giunzioni ibride.
Risonatori a microonde: fattore di qualità e cavità risonanti.
Esperienze di laboratorio
Obiettivi di sviluppo sostenibile
Gli argomenti del presente modulo sono di grande rilievo per l'innovazione nell'ambito delle infrastrutture di trasmissione delle informazioni e nei sistemi elettronici, nell'ottica di una maggiore sostenibilità ambientale. La conoscenza della propagazione guidata e dei circuiti in radiofrequenze e microonde consente infatti di adottare soluzioni volte a minimizzare la potenza dissipata e incrementare l'efficienza dei sistemi elettronici e di telecomunicazione.
Dispense del corso e presentazioni delle esercitazioni.
Testi di base:
R. E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, New York: IEEE Press/John Wiley & Sons, 2001.
D. M. Pozar, Microwave Engineering. New York: John Wiley & Sons, 2011.
R. Sorrentino, G. Bianchi, Microwave and RF Engineering. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2010.
Testi per l’approfondimento:
R. Garg, I. Bahl, and M. Bozzi, Microstrip lines and slotlines, 3rd edition. Norwood, MA: Artech House, 2013.
G. Pelosi, R. Coccioli, and S. Selleri, Quick finite elements for electromagnetic waves, 2nd edition. Norwood, MA: Artech House, 2009.
Nota
La partecipazione diretta alle attività didattiche è fortemente raccomandata per il raggiungimento degli obiettivi di apprendimento. Nel caso di impossibilità a frequentare le lezioni, gli studenti sono invitati ad informare il docente, in modo da poter discutere modalità di studio alternative.
Ricevimento: Su appuntamento.
DANIELE CAVIGLIA (Presidente)
ANDREA RANDAZZO
ALESSANDRO FEDELI (Presidente Supplente)
Secondo il calendario accademico.
Durante l'esame orale vengono poste almeno tre domande, di cui una a scelta dello studente, una di tipo teorico e una di tipo pratico (molto spesso un esercizio).
Gli studenti disabili e con disturbi specifici di apprendimento (DSA) potranno utilizzare specifiche modalità d'esame e opportuni supporti che saranno determinati caso per caso insieme ai Referenti di Scuola per l'inclusione universitaria degli studenti con disabilità e con DSA.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà dimostrare di conoscere i concetti fondamentali che sono alla base della realizzazione dei circuiti a parametri distribuiti operanti a radiofrequenze e microonde, i principi di funzionamento dei sistemi guidanti standard e dei più importanti componenti passivi.
Il docente è disponibile per fornire qualsiasi altra informazione relativa al corso.
