MICROONDE Corso di Laurea: Ingegneria Elettronica Docente: Prof. Giuseppe Macchiarella
Informazioni utili (1) Prof. Giuseppe Macchiarella Dipartimento Elettronica e Informazione (Sezione TLC) Tel:02 23993593 e-mail: macchiar@elet.polimi.it Website: www.elet.polimi.it/~macchiar Ricevimento: Giovedi 13.00 18.30
Informazioni utili (2) Orario Lezioni/Esercitazioni Lunedì: 8.30 10 Aula 3B Giovedì: 10.30 12 Aula 3B 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.
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. Sul sito http://home.dei.polimi.it/macchiar é possibile reperire materiale didattico e informativo sul corso
Di cosa si occupa l ingenerial delle microonde? Il temine microonde usato usato nei sistemi di telecomunicazione, identifica usualmente 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 utilizzate per trattare tali segnali sono molto differenti da quelle impiegate 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 linea di trasmissione opportunamente interconnessi; possono includere anche elementi concentrati e particolari componenti attivi allo stato solido, adatti al funzionamento ad altissima frequenza
In tempi recenti le tecnologie di fabbricazione dei circuiti integrati si sono spinte, con l adozione di particolari materiali (GaAs), fino alle frequenze delle microonde (MMIC) La teoria dei circuiti a microonde è derivata direttamente delle equazioni di Maxwell, che rappresentano i fondamenti matematici dell elettromagnetismo; peraltro solo particolari circuiti 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.
Le microonde nei sistemi di Telecomunicazione L elevata frequenza dei segnali a microonde consente di utilizzare antenne che presentano maggiore guadagno a parità di dimensioni Maggiore guadagno delle antenne 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)
Il piccolo valore della lunghezza d onda rende possibile la realizzazione di sistemi di radiolocalizzazione (RADAR) e di posizionamento (GPS) 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 oggi rapresenta il segmento del mercato delle telecomunicazioni con più ampie prospettive di sviluppo.
Evoluzione cronologica dell ingegneria delle microonde 1873: Trattato di Maxwell sull elettromagnetismo 1885-87: Heaviside pone le basi della teoria delle linee di trasmissione; avvicina la teoria di Maxwell al mondo delle applicazioni pratiche 1887-91: 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) 1895-1920: Scoperta e sviluppo della radio (Marconi)
1930-35: Esperimenti di Marconi sulle trasmissioni radio a microonde e sulla radiolocalizzazione 1933-36: Esperimenti di propagazione in guida d onda rettangolare (Schelkunoff presso i Bell Laboratories) 1939-40: Invenzione di tubi elettronici a micoonde (Klystron e Magnetron); sviluppo del radar 1940-45: Sviluppo delle basi della teoria dei circuiti a microonde (MIT) 1950: Invenzione del TWT (amplificatore lineare a basso rumore) 1960-65: Sviluppo di FET a microonde su GaAs
1965: Inizio delle telecomunicazioni via satellite (Intelsat I) 1965-70: 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. 1970-80: 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)
Il programma del corso di Microonde Propagazione guidata di segnali elettrici (linee di trasmissione) Cenni sulla propagazione guidata del campo elettromagnetico Circuiti a parametri distribuiti. Caratterizzazione dei circuiti a costanti distribuite mediante matrici. Descrizione 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