MICROONDE I. Corsi di Laurea: Ingegneria delle Telecomunicazioni Ingegneria Elettronica. Docente: Prof. Giuseppe Macchiarella

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Daniella Di Giovanni
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1 MICROONDE I Corsi di Laurea: Ingegneria delle Telecomunicazioni Ingegneria Elettronica Docente: Prof. Giuseppe Macchiarella

2 Informazioni utili (1) Prof. Giuseppe Macchiarella Dipartimento Elettronica e Informazione (Sezione TLC) Tel: macchiar@elet.polimi.it Website: Ricevimento: Giovedi

3 Informazioni utili (2) Orario Lezioni/Esercitazioni Lunedì: Aula D23 Martedì: Aula D22 Esercitazioni Si alternano in modo asincrono alle lezioni e consistono in applicazioni della teoria mediante la soluzione di esercizi e problemi. Modalità d'esame L'esame consiste in una prova scritta, che può essere seguita da un colloquio orale (a discrezione del docente).

4 Testi e Materiale didattico Libri consigliati David M. Pozar: Microwave Engineering, Addison- Wesley R. Sorrentino, G. Bianchi, Ingegneria delle microonde e radiofrequenze, McGraw-Hill Robert E. Collin: Foundations for microwave engineering, McGraw-Hill Co. Giovanni B. Stracca: Teoria e tecnica delle microonde, CLUP - CittàStudi, Milano, Sul sito é possibile reperire materiale didattico e informativo sul corso

5 Di cosa si occupa l ingeneria l delle microonde? Il temine microonde usato usato nei sistemi di telecomunicazione, identifica us ualmente segnali elettrici il cui spettro è compreso tra 300 MHz e 300 GHz (circa) La lunghezza d onda di questi segnali risulta quindi compresa tra 1m e 1mm Le tecnologie circuitali utilizza te per trattare tali segnali sono molto differenti da quelle imp iegate per i segnali a bassa frequenza (dove le dimensioni dei componenti sono molto inferiori alla lunghezza d onda) I circuiti a microonde utilizzano tipicamente elementi distribuiti, costituiti cioè da tratti di li nea di trasmissione opportunament e interconnessi; possono includere anche elementi concentrati e particolari componenti attivi allo stato solido, adatti al funzionamento ad altissima frequenza

6 In tempi recenti le tecnologie di fabbricazione dei circuit i integrati si sono spinte, con l ad ozione di particolari materiali (GaAs), fino alle frequenze delle microonde (MMIC) La teoria dei circuiti a micro onde è derivata direttamente delle equazioni di Maxwell, che rappresentano la base culturale dell elettromagnetismo; peraltro solo particolari circuit i richiedono, per la loro progettazione, di far ricorso alla soluzione di tali equazioni (più precisamente delle equazioni d onda di Helmotz) I circuiti a microonde piu comunemente utilizzati sono di tipo planare; per la loro progettazione dei si fa largo ricorso al CAD.

7 Le microonde nei sistemi di Telecomunicazione L elevata frequenza dei segnali a microonde consente di utilizzare antenne che presentano maggiore guadagno a parit à di dimensioni Maggiore guadagno delle antenn e significa anche maggiore direttività; si riducono quindi le interferenze reciproche fra differenti collegamenti I segnali a microonde hanno reso possibile, con i sistemi tlc via satellite, la copertura radio globale della terra E possibile generare segnali RF modulati con elevate bande assolute (e quindi maggiore quantità di informazione associata)

8 Il piccolo valore della lung realizzazione di sistemi di ra posizionamento (GPS) hezza d onda rende possibile la diolocalizzazione (RADAR) e di Con segnali a microonde si sono sviluppate le tecnologie di radioaiuto alla navigazione aerea; oggi sono in fase di estensione ai sistemi di trasporto terrestri (radar anticollisione, ecc) L impiego delle microonde ha consentito lo sviluppo dei sistemi di comunicazione cellulari, che o ggi rapresenta il segmento del mercato delle telecomunicazioni con più ampie prospettive di sviluppo.

9 Evoluzione cronologica dell ingegneria delle microonde 1873: Trattato di Maxwell sull elettromagnetismo : Heaviside pone le basi della teoria delle linee di trasmissione; avvicina la teoria di Maxwell al mondo delle applicazioni pratiche : Esperimenti di Hertz sulla propagazione di onde elettromagnetiche; validazione delle teorie di Maxwell 1897: Lord Rayleigh dimostra matematicamente la possibilità di far propagare onde elettromagnetiche dentro un tubo vuoto di metallo (guida d onda) : Scoperta e sviluppo della radio (Marconi)

10 : Esperimenti di Marconi sulle trasmissioni radio a microonde e sulla radiolocalizzazione : Esperimenti di propagazione in guida d onda rettangolare (Schelkunoff presso i Bell Laboratories) : Invenzione di tubi elettronici a micoonde (Klystron e Magnetron); sviluppo del radar : Sviluppo delle basi della teoria dei circuiti a microonde (MIT) 1950: Invenzione del TWT (amplificatore lineare a basso rumore) : Sviluppo di FET a microonde su GaAs

11 : Prime realizzazioni sperimentali di circuiti integrati monolitici a microonde su GaAs (MMIC) 1970: Inizio delle applicazioni industriali di circuiti planari a microonde. Realizzazioni di circuiti ibridi con le tecnologie del film sottile e del film spesso : Introduzione e sviluppo delle tecniche CAD nella progettazione di circuiti a microonde attivi e passivi. Impiego su grande scala di moduli integrati monolitici su GaAs 1980 in avanti: Sviluppo dei sistemi di comunicazione cellulare nelle gamme basse delle microonde (0.9, 1.8, 2.1 GHz)

12 Il programma del corso di microonde I Introduzione ai circuiti a parametri distribuiti. Caratterizzazione dei circuiti a costanti distribuite mediante matrici Calcolo di Zc e a per linee di trasmissione TEM (2 ore) Linee di trasmissione planari (stripline, microstriscia) (2 ore) Rappresentazione circuitale di strutture distribuite interconnesse Cenni sulle tecniche CAD per circuiti a microonde Cavità risonanti Accoppiamento tra cavità e con carichi esterni Filtri a microonde (cenni) Combinatori e Accoppiatori direzionali

13 Programma di massima del corso di MICROONDE II Dispositivi attivi a microonde allo stato solido. Tecniche di simulazione di periodico. reti non lineari in regime CAD (lineare e non lineare) per circuiti a microonde Amplificatori con transistor a microonde. Oscillatori sinusoidali. Convertitori di frequenza (mixers).

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