Introduzione al corso di Sistemi Radio e Microonde

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Letizia Pisani
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1 Introduzione al corso di Sistemi Radio e Microonde Luca Vincetti Organizzazione del corso Corso da 9 CFU diviso in una parte di lezioni in aula e una parte di laboratorio: Lezioni in aula 7 CFU docenti: prof. Luca Vincetti e prof. Maurizio Zoboli Laboratorio 2 CFU docenti: prof. Luca Vincetti e ing. Moreno Maini Modalità d esame Lezioni in aula: prova orale Laboratorio: relazione scritta (da consegnare entro mercoledì 8 giugno) valida per un a.a. Prova orale: 6 appelli in un a.a. 2 in giugno 1 luglio 1 settembre 1 gennaio 1 febbraio Voto : Z=0.75 prova orale relazione laboratorio Voto finale = intero più vicino a Z In assenza della relazione alla parte di laboratorio verrà assegnato il punteggio di 10/30 Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

2 Obiettivi del corso Fornire le conoscenze di base della propagazione elettromagnetica guidata e delle antenne nella gamma delle microonde Illustrare i principi di funzionamento e fornire i criteri di progetto dei principali componenti passivi impiegati nei sistemi a microonde Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Il termine Microonde Con il termine microonde si intendono segnali la cui frequenza è compresa nell intervallo tra 1 GHz e 300GHz (approx.) Aumentare la frequenza permette: Antenne più direttive a parità di ingombro Riduzione delle potenze necessarie Aumento delle distanze tra tx e rx Riduzione interferenza tra sistemi differenti Propagazione quasi ottica Radio localizzazione (RADAR) Sistemi di posizionamento (GPS: Global Position System) Maggiori bande assolute A parità di banda relativa (B r = ) è possibile una maggior velocità di trasmissione Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: Telefonia cellulare GSM 900 MHz e 1800MHz UMTS 2110-2170 MHz (da base a mobile) 1920-1980 (da mobile a

3 Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: Telefonia cellulare GSM 900 MHz e 1800MHz UMTS MHz (da base a mobile) (da mobile a base) Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: Ponti radio radars Traffico aereo Automotive Telerilevamento Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: WLAN (IEEE 802.

4 Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: WLAN (IEEE WiFi) 2.45 GHz e 5.3GHz (approx.) WiMAX 3.5GHz - 5.8GHz Bluetooth, ZigBee 2.45 GHz Pico LAN 60GHz Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: Tv Satellite Tv Satellite Digitale 10GHz DVB 12GHz Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

5 Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: Sensori temperatura umidità Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Il termine Microonde Esistono numerose applicazioni tecniche che cadono in questo intervallo: RadioFrequency IDentification RFID 868 MHz e 2400MHz Wireless Sensor Networks 868 MHz e 2400MHz Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

10 0M z 1 Ghz 10 Ghz Il termine Microonde A queste frequenze la lunghezza d onda diventa confrontabile con le dimensioni dei circuiti elettronici o dei loro componenti 2 cm I(z,t=0) 100 MHz 1 GHz 10

6 10 0M z 1 Ghz 10 Ghz Il termine Microonde A queste frequenze la lunghezza d onda diventa confrontabile con le dimensioni dei circuiti elettronici o dei loro componenti 2 cm I(z,t=0) 100 MHz 1 GHz 10 GHz Concetto di elementi distribuiti: spesso non è possibile individuare un punto specifico in cui si manifesta un particolare fenomeno o si realizza una particolare funzione Concetto di propagazione: in un certo istante quello che accade in un punto della struttura in esame è diverso da quello che accade in un altro punto, ma potrà manifestarsi in un istante successivo. Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Esempi di circuiti stampati a microonde Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

7 Esempi di antenne Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Microonde: non una gamma di frequenze ma una metodologia Con microonde si intende una particolare branca della teoria dei campi elettromagnetici caratterizzata da: Le dimensioni delle strutture in esame sono confrontabili con la lunghezza d onda Le strutture in esame hanno caratteristiche di guide d onda, tendono cioè a confinare il campo in certe direzioni e a convogliarlo in altre Queste caratteristiche si ritrovano anche in strutture impiegate in altre gamme di frequenze Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

8 Oltre le microonde Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Metodologia: connubio tra analisi teorica e analisi numerica Teoria soluzioni analitiche Applicabile solo a casi particolarmente semplici Rendono comprensibile le fasi di progettazione e ne consentono successivi miglioramenti CAD soluzioni numeriche Applicabili anche a situazioni estremamente complesse Forniscono un risultato, non il motivo per cui lo si ottiene; vanno inoltre verificate in quanto non intrinsecamente corrette Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

Programma lezioni in aula Teoria dei circuiti: richiami sulle linee di trasmissione descrizione matriciale delle reti a microonde divisori e combinatori di potenza Richiami e completamento nozioni di

9 Programma lezioni in aula Teoria dei circuiti: richiami sulle linee di trasmissione descrizione matriciale delle reti a microonde divisori e combinatori di potenza Richiami e completamento nozioni di campi elettromagnetici Teoremi di base Spetti di onde piane Antenne Richiami grandezze caratteristiche Antenne a filo Antenne a microstriscia Antenne per sistemi RFID Antenne ad apertura Schiere di antenne Propagazione guidata: Concetto di struttura cilindrica e di modo; modi TEM, TE, TM e ibridi Guide aperte e chiuse Guide analizzate: guide metalliche rettangolari e circolari, cavo coassiale, microstriscia e stripline Fenomeni che limitano la banda delle guide Proprietà dei modi delle guide Luca Vincetti Corso di Microonde a.a Programma laboratorio Inizio previsto per mercoledì 30 marzo Utilizzo del software di simulazione elettromagnetica CST Microwave studio Simulazione di semplici strutture (linea di trasmissione a microstriscia e dipolo a lambda mezzi) Progetto, realizzazione e misura dei parametri circuitali di un antenna (microstriscia o a filo) Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

10 Materiale didattico Dispense del docente user: PWD: ( offerta didattica corsi di studio ecc.) Libri per consultazioni: R. Sorrentino, G. Bianchi Ingegneria delle microonde e radiofrequenze, McGraw-Hill D. Pozar, Microwave Engineering, Wiley C. A. Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design," John Wiley & Sons Inc., 1982 (1st ed.), 1997(2nd ed.) R. E. Collin, "Antennas and RadioWave Propagation," McGraw-Hill Series in Electrical Engineering, 1985 Luca Vincetti Corso di Microonde a.a

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