Obiettivi Formativi

Gli obiettivi principali di questo corso sono quelli di fornire: - conoscenze di base sulla teoria e sugli sviluppi recenti nel campo delle tecnologie wireless - competenze sull'utilizzo della strumentazione di laboratorio e di software di simulazione mediante esercitazioni pratiche

Learning Goals

The main objectives of this course are to provide: - the theoretical background and the latest developments in the field of the wireless technologies - practical training to acquire competencies with laboratory instruments and softwares

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni

Teaching Methods

Lectures and practical applications

Prerequisiti

Conoscenze di base di Elettromagnetismo, Circuiti Elettrici, Elettronica e Tecnologie Wireless

Prerequisites

Basic knowledge about Electromagnetism, Electrical Circuits, Electronics, and Wireless Technologies

Verifiche dell'apprendimento

Prove in itinere scritte ed esame finale su vari argomenti trattati durante il corso

Assessment

Written mid-term and final examination on different arguments developed during the lectures

Programma del Corso

Introduzione Introduzione al corso. Onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Segnali wireless. Ricetrasmettitore. Comunicazioni wireless. Tecnologie wireless. Applicazioni wireless. Radar. Applicazioni nel campo delle microonde. Dispositivi attivi a semiconduttore nel campo delle microonde Richiami di nozioni di base di elettronica. Conversione analogico-digitale. Componenti elettronici: attivi e passivi. Componenti elettronici: lineari e non lineari. Diodo. Transistor: BJT e FET. JFET: struttura fisica e principio di funzionamento. MOSFET: struttura fisica e principio di funzionamento. Tecnologia CMOS: bulk e SOI. Definizione MuGFET. FinFET: struttura fisica e principio di funzionamento. Gate all around FET. MESFET: struttura fisica e principio di funzionamento. HEMT: struttura fisica e principio di funzionamento. HEMT: pseudomorfico e metamorfico. BJT e HBT: struttura fisica e principio di funzionamento. Software SPICE. Analisi di datasheet di dispositivi commerciali. Tecnologie a microonde Tecnologie e materiali per dispositivi a microonde: Silicio, Arseniuro di Gallio, Fosfuro di Indio, Silicio Germanio, Nitruro di Gallio, Carburo di Silicio. Proprietà fisiche fondamentali: vantaggi e svantaggi. Tecniche di crescita epitassiale: MBE e MOCVD. Tecniche e strumentazioni di misura nel campo delle microonde Coefficienti di riflessione e di trasmissione. Carta di Smith. Parametri di Scattering. Misure on-wafer. Misure in package. Wire-bonding. Cavi e connettori a microonde. Chiave dinamometrica. Substrato di calibrazione. Bias Tee. Analizzatore vettoriale di reti: principio di funzionamento e schema a blocchi. Planarità. Misure a largo segnale: LSNA. Tecniche di calibrazione. Tecniche di de-embedding. Procedure di modellistica nel campo delle microonde e progettazione circuitale Modello a piccolo segnale. Circuito equivalente a piccolo segnale. Determinazione degli elementi estrinseci. Determinazione degli elementi intrinseci. Approssimazione quasi-statica. Modello a largo segnale: tabelle e funzioni analitiche. Procedura di integrazione. Guadagno di corrente. Frequenza di taglio. Frequenza di risonanza di h21. Applicazione dei modelli circuitali per progettazione circuitale. Cifra e parametri di rumore a microonde Matrici di correlazione. Definizione di cifra di rumore. Parametri di rumore: definizione e rappresentazione grafica. Formule di conversione da matrice di correlazione a parametri di rumore. Formula di Friis. Modelli di rumore per FET a microonde. Misura di cifra di rumore. Analizzatore di cifra di rumore. Sorgenti di rumore. Calibrazione. Procedure per la determinazione dei parametri di rumore. Tecniche di de-embedding per parametri di rumore. Misura di cifra di rumore e guadagno di un preamplificatore 87450B. CAD a microonde Utilizzo di pacchetti CAD per l’implementazione dei modelli per transistor da utilizzare in fase di progettazione circuitale. Esperienze di laboratorio Misura dei parametri di Scattering. Misura di cifra di rumore e guadagno. Misura dei parametri di rumore. Sviluppo di software di controllo strumenti.

Course Syllabus

Introduction Introduction to the course. Electromagnetic waves. Electromagnetic spectrum. Wireless signals. Transceiver. Wireless communications. Wireless technologies. Wireless applications. Radar. Applications in the microwave field. Active microwave semiconductor devices Basic concepts of electronics. Analog-to-digital conversion. Electronics components: active and passive. Electronics components: linear and non-linear. Diode. Transistor: BJT and FET. JFET: physical structure and principle of operation. MOSFET: physical structure and principle of operation. CMOS technology: bulk and SOI. Definition of MuGFET. FinFET: physical structure and principle of operation. Gate all around FET. MESFET: physical structure and principle of operation. HEMT: physical structure and principle of operation. HEMT: pseudomorphic and metamorphic. BJT and HBT: physical structure and principle of operation. Software SPICE. Analysis of datasheets of commercial devices. Microwave technologies Technologies and materials for microwave devices: Silicon, Gallium Arsenide, Indium Phosphide, Silicon Germanium, Gallium Nitride, Silicon Carbide. Fundamental physical properties: advantages and disadvantages. Epitaxial growth techniques: MBE and MOCVD. Techniques and instrumentation for microwave measurements Reflection and transmission coefficients. Smith chart. Scattering parameters. On-wafer measurements. In package measurements. Wire-bonding. Microwave cables and connectors. Torque wrench. Calibration substrate. Bias Tee. Vector network analyzer: principle of operation and block diagram. Planarity. Large-signal measurements: LSNA. Calibration techniques. De-embedding techniques. Microwave modeling techniques and circuit design Small-signal model. Small-signal equivalent circuit. Determination of the extrinsic elements. Determination of the intrinsic elements. Quasi-static approximation. Large-signal model: look-up tables and analytical functions. Integration procedure. Current gain. Cut-off frequency. Resonance frequency of h21. Application of circuit models for circuit design. Microwave noise figure and parameters Noise correlation matrixes. Definition of noise figure. Noise parameters: definition and graphical representation Transformation formulas between correlation matrix and noise parameters. Friis’s formula. Noise models for microwave FET. Noise figure measurement. Noise figure analyzer. Noise source. Calibration. Procedures for noise parameter determination. De-embedding techniques for noise parameters. Measurement of the noise figure and gain for the preamplifier 87450B. Microwave CAD Use of CAD tools to implement transistor models for circuit design. Laboratory practices Scattering parameter measurements. Measurement of the noise figure and gain. Measurement of the noise parameters. Software development for instrument control.