Obiettivi Formativi

Acquisizione di conoscenze e comprensione riguardanti la progettazione di antenne a schiera in tecnologia planare e i sistemi radar compatti a microonde. Acquisizione di conoscenze di base e comprensione riguardante la compatibilità elettromagnetica e le relative procedure di test di pre-compatibilità. Sviluppo della capacità di utilizzo di tecniche di CAD di antenne a schiera in tecnologia planare per applicazioni a microonde. Sviluppo di competenze riguardanti la simulazione e il test di sistemi radar compatti ad alta definizione. Sviluppo di competenze riguardanti le procedure di test di pre-compatibilità elettromagnetica. Sviluppo di un adeguato grado di autonomia di giudizio nella scelta della tecnica progettuale, dell'individuazione dei componenti e della valutazione del livello di accuratezza e affidabilità della soluzione proposta. Sviluppo della capacità di comunicare efficacemente e con linguaggio tecnico adeguato per un'interazione proficua nell’ambito di un gruppo di lavoro. Sviluppo della capacità di aggiornamento sull’evoluzione scientifica e tecnologica nel settore dell’elettronica delle microonde e sulle applicazioni innovative di radar compatti a microonde.

Learning Goals

Acquisition of technical knowledge and comprehension concerning the performance and the design criteria of planar antenna arrays and the performance of compact microwave radar systems. Acquisition of basic knowledge and comprehension concerning the electromagnetic compatibility issues and the relevant test procedures. Development of skills concerning the computer-aided design techniques of planar microwave antenna arrays. Development of skills concerning radar system simulation and test procedures, as well as to perform electromagnetic pre-compliance tests. Development of an adequate autonomy of judgements about the choice of the design technique, the identification of the components and the evaluation of the accuracy and reliability degree of the proposed solution. Development of the communication skills to interact efficiently within a working group employing a sound technical language. Development of learning skills in updating knowledge of the scientific and technological progress in the microwave electronics field, as well as in innovative applications of compact microwave radar systems.

Metodi didattici

Lezioni frontali con materiale didattico in formato elettronico preparato dal docente finalizzate all’acquisizione delle conoscenze e alla comprensione di temi importanti nel campo applicativo dell’elettronica delle altissime frequenze. Esercitazioni in aula in con la guida del docente, basate (a) sulla consultazione di caratteristiche tecniche di componenti, circuiti e strumentazione, (b) sulla valutazione di casi pratici, (c) su analisi e progetto di componenti e circuiti con CAD Microwave Office Cadence-AWR, finalizzate allo sviluppo di autonomia di giudizio nella valutazione delle prestazioni di componenti e sistemi a microonde, alla capacità di utilizzo di CAD specializzato per applicazioni a microonde e allo sviluppo della capacità di ampliare delle proprie conoscenze mediante l’approfondimento e l’aggiornamento autonomo su specifici argomenti nel campo dell’elettronica delle microonde.

Teaching Methods

Lectures in the classroom with course e-material developed by the teacher aimed to support the acquisition of knowledge and the comprehension of key topics in the field of extra-high frequency electronic applications. Exercises in the classroom guided by the teacher, based on: (a) analysis of component and instrument data sheets, (b) evaluation of case studies, (c) hands-on practice of component design and simulation with software Microwave Office by Cadence-AWR aimed to support the development of autonomy of judgement in the evaluation of the performance of components and systems for microwave applications, skill in the use of specific software tool  for the analysis of microwave devices and the ability in gaining new insights through individual investigation and updating on specific topics of microwave electronics.

Prerequisiti

Contenuti del corso di “Principles and applications of microwave electronics I.”

Prerequisites

Contents of the course “Principles and applications of microwave electronics I”.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame finale consiste in una prova scritta basata su n. 10 quesiti (n.8 domande a risposta aperta e n.2 esercizi numerici di analisi o dimensionamento) e strutturata in modo da verificare la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, la capacità di ragionamento critico sullo studio realizzato e la competenza nell’impiego del lessico specialistico. Non è prevista alcuna integrazione orale, pertanto l’esame si intende superato se si risponde in modo corretto e completo ad almeno n.6 quesiti (equivalenti al voto di 18/30). Non è ammessa la consultazione di materiale didattico o tecnico e il formulario viene fornito dal docente con il testo della prova. É consentito l’uso della calcolatrice. Il corso prevede anche lo svolgimento di due prove in itinere scritte a metà del semestre e al termine, della durata di 2 ore ciascuna e relative al contenuto di ciascuna metà del corso. La partecipazione non è obbligatoria, ma consigliata dal docente. In caso di mancato superamento della prima prova, o di mancata partecipazione, lo studente dovrà sostenere la prova scritta finale relativa all’intero programma del corso come da calendario degli esami reso pubblico. Anche la struttura delle prove in itinere prevede n. 10 quesiti (n.8 domande a risposta aperta e n.2 esercizi numerici di analisi o dimensionamento). Nelle prove in itinere è prevista una domanda aggiuntiva (bonus) per incentivare e premiare lo studio produttivo dei partecipanti durante lo svolgimento del corso. Il voto finale è costituito dalla media aritmetica dei voti delle due prove assegnati su base 30, eventualmente arrotondato per eccesso. Il periodo di validità dell'esito delle prove in itinere ovvero della prova finale è di una sessione di esami. Il docente metterà a disposizione on-line e discuterà in aula testi di prove scritte erogati in appelli di esame precedenti.

Assessment

The final exam is based on a written test containing n. 10 items (n.8 questions requiring an open answer and 2 numerical exercises concerning either analysis or sizing of components/systems) conceived in order to verify the ability of the student to discursively organize knowledge, his/her critical reasoning skills on the study conducted and his/her expertise in the use of specialized vocabulary. No oral part of the exam is planned and therefore the exam will be passed if at least n.6 questions/exercises are answered/solved correctly (equivalent to a score of 18/30). The use of teaching material or technical documentation is not allowed and the requested formulas to solve the exercises are provided in exam text. Use of a scientific calculator is allowed. Two written ongoing tests are scheduled in the middle of the course and at the end of the course with reference to each half of the course content. Participation of regular students is not mandatory but is highly encouraged. If the first test is not passed or done at all, the final written examination concerning the full course content is required. The typical test structure is based upon n. 10 items (n.8 questions requiring an open answer and 2 numerical exercises concerning either analysis or sizing of components/systems). In the ongoing tests a bonus question is added to promote the student's participation. A score out-of-thirty is always employed. The final evaluation will be based on the arithmetic mean of the two intermediate scores, possibly rounded up. The validity period of either the final written exam or the ongoing test evaluation is one exam session. The text of previous exams will be available on-line and will be discussed with the teacher during the course development.

Programma del Corso

ANTENNE PLANARI: schiera di antenne a patch in tecnologia planare, principi teorici, struttura, tecniche di adattamento d’impedenza, parametri fondamentali, prestazioni tipiche. Schiera di antenne a patch con controllo di fase per la scansione elettronica del fascio. Progetto e simulazione elettromagnetica di una schiera di antenne a patch. LINK BUDGET: definizione di effective isotropic radiated power – EIRP e della sensibilità del ricevitore – DANL. Attenuazione del mezzo trasmissivo e valutazione dei fattori di influenza, EIRP di un trasponder satellitare, rapporto segnale/rumore. Valutazione numerica e grafica di link budget in sistemi di telecomunicazione wireless. ELEMENTI DI COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA: definizione del problema, normativa internazionale (CE, USA), procedure di test di pre-compatibilità elettromagnetica per emissioni radiate e condotte. Cenni sull’inquinamento elettromagnetico e sulle normative nazionali per la sicurezza da esposizione ai campi EM. SISTEMI RADAR A MICROONDE: principi di funzionamento e struttura del radar monostatico a impulsi, parametri tipici e analisi delle prestazioni. Equazione del radar. Radar doppler CW, radar FMCW: parametri tipici, analisi delle prestazioni e applicazioni. Sistemi radar compatti a microonde e onde millimetriche: struttura a blocchi e analisi delle funzioni. Simulazione e procedure di test di un sistema radar FMCW. Procedure di data processing analitico e grafico per l’analisi qualitativa e quantitativa dei dati misurati.

Course Syllabus

PLANAR ANTENNAS: planar technology array of patch antennas structures, theoretical principles, structure, key parameters, impedance matching techniques, typical performances. Patch antenna arrays with phase control features for electronic beam steering. Design and electromagnetic simulation of a patch antenna array. LINK BUDGET: definition of the effective isotropic radiated power - EIRP, of the receiver sensitivity – DANL. Attenuation of the transmissive medium and related affecting factors, EIRP of a satellite trasponder, signal-to-noise ratio. Numerical and graphical evaluation of the link budget in wireless telecommunication systems. BASICS OF ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY: problem definition, international regulations (CE, USA), pre-compliance test procedures for radiated and conducted emissions. Brief notes on the electromagnetic pollution and the related national regulations for human safety in EM field exposed environments. MICROWAVE RADAR SYSTEMS: basic pulse radar, system structure, key parameters and typical performances. Radar equation. Doppler CW radar. Frequency-modulated continuous wave (FMCW) radars: system structure, key parameters, performance and applications. Compact microwave and millimeter wave radar systems: structural blocks and performance analysis. Computer-aided simulation and test procedures of a FMCW radar system. Numerical and graphical data processing procedures aimed at the qualitative and quantitative evaluation of the measured data.