Obiettivi Formativi

I principali obiettivi formativi di questo corso sono: fornire conoscenze di base sulla teoria e sulle applicazioni più recenti nel campo delle tecnologie wireless; sviluppare competenze sull'utilizzo della strumentazione di laboratorio e di software di simulazione mediante esercitazioni pratiche; favorire lo sviluppo di abilità comunicative scritte ed orali anche grazie alla pratica in lingua inglese e all'utilizzo di strumenti multimediali; favorire lo sviluppo di un'autonomia di giudizio e di uno spirito critico al fine di poter mettere in pratica in modo autonomo le conoscenze acquisite durante il corso.

Learning Goals

The main learning goals of this course are: to provide the theoretical background and the latest applications in the field of the wireless technologies; to develop skills in using laboratory instruments and simulation softwares by means of practical training; to foster the development of written and oral communication skills also through the practice in English and the use of multimedia tools; to foster the development of independent and critical thinking skills in order to be able to put into practice in an autonomous way the knowledge acquired during the course.

Metodi didattici

Il corso si svolge attraverso lezioni frontali facendo uso di materiale didattico in formato elettronico preparato dal docente, esercitazioni pratiche sull'utilizzo della strumentazione di laboratorio e di software di simulazione circuitale, consultazione di data sheet di dispositivi elettronici e strumenti di misura, ed interazioni continue con gli studenti per valutare linteresse per la disciplina e il livello di apprendimento.

Teaching Methods

The course consists of lectures making use of teaching material in electronic format prepared by the teacher, practical training on the use of laboratory instrumentation and circuit simulation software, consultation of data sheets of electronic devices and measuring instruments, and continuous interactions with students to assess their interest in the discipline and the level of learning.

Prerequisiti

Conoscenze di base di fisica, elettromagnetismo ed elettronica.

Prerequisites

Basic knowledge about physics, electromagnetism, and electronics.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica consiste in prove in itinere scritte ed esame finale scritto e/o orale su vari argomenti trattati durante il corso al fine di accertare le conoscenze, competenze e capacità acquisite. Le prove in itinere sono facoltative ed, in caso di superamento con esito positivo, danno diritto all'esonero dalla prova finale. Le prove in itinere sono previste a metà ed alla fine del corso. La prova scritta, sia in itinere che finale, prevede quindici quesiti in forma di domande a risposta multipla, domande a risposta aperta, ed esercizi numerici.

Assessment

The verification consists of written mid-term tests and final written and/or oral examination on various arguments developed during the course in order to assess the acquired knowledge, competencies, and skills. Students will be exempt from the final exam if they pass the optional written mid-term tests. The written mid-term tests are scheduled in the middle and at the end of the course. The written examination, both mid-term and final, consists of fifteen questions in the form of multiple choice questions, open-ended questions, and numerical exercises.

Programma del Corso

Introduzione al corso. Onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico. Segnali wireless. Ricetrasmettitore. Comunicazioni wireless. Tecnologie wireless. Applicazioni wireless. Radar. Applicazioni 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. Dispositivi attivi a semiconduttore nel campo delle microonde. 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 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 ad ampio 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. 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 limplementazione 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 to the course. Electromagnetic waves. Electromagnetic spectrum. Wireless signals. Transceiver. Wireless communications. Wireless technologies. Wireless applications. Radar. Applications in the microwave field. Basic concepts of electronics. Analog-to-digital conversion. Electronics components: active and passive. Electronics components: linear and non-linear. Diode. Active microwave semiconductor devices. 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. 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. Noise correlation matrixes. Definition of noise figure. Noise parameters: definition and graphical representation. Transformation formulas between correlation matrix and noise parameters. Friiss 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.