Obiettivi Formativi

Acquisizione di conoscenze e comprensione riguardanti la propagazione guidata, i componenti passivi mono- e multi- porta, gli amplificatori a microonde,  le procedure di caratterizzazione lineare a microonde. Sviluppo di capacità di utilizzo di tecniche per il CAD di componenti passivi mono- e multi- porta in tecnologia planare e di amplificatori lineari per applicazioni a microonde attraverso un corretto approccio procedurale e di interpretazione dei requisiti del problema, unitamente all'impiego di strumenti software di simulazione a livello circuitale. Sviluppo delle competenze necessarie per la valutazione delle prestazioni di componenti e circuiti a microonde. 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, su approcci innovativi di progettazione e test di componenti e circuiti a microonde.

Learning Goals

Acquisition of technical knowledge and comprehension concerning microwave guided propagation, one and multi-port passive components, microwave amplifiers, linear characterization  procedures of microwave devices and circuits. Development of skills concerning CAD techniques of passive mono-, multi-port planar components  and linear microwave amplifiers by a correct procedural approach and a keen understanding of the technical specifications, together with the ability of managing circuit simulation software tools. 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 by 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 understanding new approaches for designing and testing microwave components and circuits.

Metodi didattici

Lezioni frontali con materiale didattico in formato elettronico preparato dal docente finalizzate all’acquisizione delle conoscenze e alla comprensione di temi fondamentali nel campo dell’elettronica delle microonde. 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 semplici 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 microwave electronics. 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 simple 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

Conoscenze di base di elettronica circuitale e di elettromagnetismo.

Prerequisites

Basic knowledge of circuit electronics and electromagnetisms.

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 mette a disposizione on-line e discute 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 are available on-line and are discussed with the teacher during the course development.

Programma del Corso

PROPAGAZIONE WIRELESS: Telecomunicazioni satellitari. Costellazioni LEO. Satelliti geostazionari. Struttura generale di un satellite. Cubesat. PROPAGAZIONE GUIDATA: Linee di trasmissione ideali. Fondamenti della carta di Smith. Linee di trasmissione per microonde: parametri e prestazioni. Linee planari: linea a microstriscia, linea coplanare. Substrati e laminati. Tecniche di adattamento d’impedenza con linee a microstriscia. Cavo coassiale: struttura, caratteristiche della propagazione TEM, prestazioni tipiche di cavi per microonde. Guide d'onda rettangolare e circolare: fondamenti dell’analisi modale, studio delle prestazioni. COMPONENTI PASSIVI MULTI-PORTA: divisori e combinatori di potenza, accoppiatori direzionali. TRAINING PER IL CAD A MICROONDE: Training all'utilizzo del software Cadence-AWR Microwave Office per il progetto e l’analisi di componenti e circuiti in tecnologia planare e ibrida con simulatore circuitale e simulatore elettromagnetico 3D AXIEM. CARATTERIZZAZIONE LINEARE A MICROONDE: Parametri di scattering: definizione, utilizzo, interpretazione grafica. Strumentazione per le misure lineari a microonde: analizzatore vettoriale di reti, analizzatore di spettro, misuratore di potenza, analizzatore di cifra di rumore. PROGETTAZIONE DI FILTRI A MICROONDE: progetto di filtri a microonde con il metodo dell’insertion loss. CARATTERIZZAZIONE DI RUMORE A MICROONDE: Cifra di rumore e parametri di rumore di componenti e sistemi a microonde. PROGETTAZIONE DI AMPLIFICATORI LINEARI: Definizione dei guadagni. Ipotesi ed effetti dell’unilateralità di un biporta. Stabilità di un biporta: definizione e verifica. Adattamento simultaneo coniugato. Reti di bias per FET in circuiti a microonde. Analisi e progetto di un amplificatore a basso rumore con specifiche commerciali.

Course Syllabus

WIRELESS PROPAGATION: Satellite telecommunications. LEO constellations, Geostationary satellites. General structure of a satellite. Cubesat. GUIDED PROPAGATION: Ideal transmission line. Basics of the Smith chart use. Planar transmission lines. Substrates and laminates, datasheets. Matching network techniques with microstrip lines. Coaxial cable: structure, propagation characteristics, technical specifications of cables for microwave applications. Waveguides: rectangular guide, circular guide. Basics of modal analysis, Performance investigation. MULTI-PORT PASSIVE COMPONENTS: power dividers and combiners, directional couplers. MICROWAVE CAD TRAINING: Training and use of software Cadence-AWR Microwave Office for the design and the analysis of planar components and circuits with circuit simulator and AXIEM 3D electromagnetic simulator. LINEAR MICROWAVE CHARACTERIZATION: Scattering parameters: definition, use and graphical representation. Fundamentals of microwave instrumentation: vectorial network analyzer, spectrum analyzer, power meter, noise figure analyzer. MICROWAVE FILTER DESIGN: Basics of microwave filter design with the insertion loss method. MICROWAVE NOISE CHARACTERIZATION: Noise figure and noise parameters. Noisy stage chain. Noise figure measurements. DESIGN OF LINEAR MICROWAVE AMPLIFIERS: Gain definition. Two-port stability issues. Simultaneous conjugate matching. Bias networks for FET devices. Analysis and design of a low-noise amplifier with commercial technical specifications.