Sistemi e circuiti a microonde       ( 9 CFU )

Prof. Giovanni Chiorboli      Tel. 0521.905809 - E-mail: giovanni.chiorboli@unipr.it

Prof. Andrea Boni      Tel. 0521-905815 - E-mail: andrea.boni@unipr.it

Finalità
obiettivi del corso sono rappresentati da una conoscenza di base del progetto di circuiti a microonde, e in particolare:
1. linee di trasmissione, microstrisce, teoria delle reti
2. regole di adattamento mediante circuiti a costanti concentrate e distribuite
3. ibridi, accoppiatori, divisori, rivelatori e mixer passivi
4. circuiti attivi a microonde: Amplificatori a basso rumore (LNA) e Oscillatori accordabili.
5. Architetture dei ricetrasmettitori radio

Programma
MODULO A
1. Tecniche di base delle reti lineari per microonde
Descrizione mediante impedenze e ammettenze. Parametri di diffusione e di trasmissione. Misura dei parametri S multiporta con l’analizzatore di rete.
Grafi di flusso del segnale: loro soluzione topografica e analitica.
2. Circuiti risonanti e cavità
Condizione di risonanza, fattore di qualità. Risonatori a linee di trasmissione. Risonatori planari. Risonatori dielettrici.
3. Componenti passivi a microonde
Circolatori e isolatori. Divisori e combinatori. Analisi di modo pari e modo dispari. Accoppiatori direzionali: branch line, rat race e accoppiatori a linee accoppiate.
4. Filtri a microonde e trasformatori multisezione
Definizioni. Prototipo passa-basso: Butterworth, Chebysheff e Cauer. Sintesi a costanti concentrate. Trasformazioni di frequenza. Trasformazioni di Richards, identità di Kuroda e invertitori di impedenza. Filtri a linee e stub. Filtri a linee accoppiate. Trasformatori multisezione.
5. Rivelatori e mixer multisezione
Rivelatori termici: bolometri e termocoppie. Rivelatori a diodo: sensibilità in corrente e in tensione, rumore. Mixer passivi a diodo: a diodo singolo, a singolo e doppio bilanciamento. Parametri dei mixer. Rivelatori logaritmici.
6. Attività di laboratorio
Progetti di filtri e giunzioni con ADS

MODULO B

7. Architetture di un ricetrasmettitore
Schema a blocchi di un ricetrasmettitore. Concetti di sensibilità, selettività e range dinamico di un ricevitore. Il ricevitore supereterodina: architettura, problematiche e vantaggi. Il ricevitore omodina: architettura, problematiche e vantaggi. Ricevitori a reiezione della frequenza immagine: architettura di Hartley. Concetti di emissioni spurie e di ACP (Adjacent Channel Power) di un trasmettitore. Il trasmettitore a conversione diretta e a doppia conversione.
8. Adattamento di impedenza
Adattamento di impedenza per rumore, potenza e linea. Reti di adattamento a parametri distribuiti: linee di trasmissione e stub. Uso delle carte di Smith per l’adattamento e la trasformazione di impedenza. Formule di progetto di una linea a microstriscia.
9. LNA (Low Noise Amplifier)
Concetti di guadagno di tensione, delivered ed available power. Richiami sul rumore. Non-linearità: modello cubico. Concetti di punto di compressione ad 1dB ed IIP3. Effetti di desensitization, blocking, e cross-modulation. Stabilità: circoli di stabilità sul piano del carico e sul piano della sorgente. Concetti di stabilità condizionata ed incondizionata. Tecniche di stabilizzazione. Circoli di guadagno e circoli di rumore. Progetto di un LNA: ottimizzazione della NF e del guadagno. LNA integrati in tecnologia CMOS: tecniche di adattamento e ottimizzazione.
10. VCO e Sintetizzatori
Oscillatori a diodo Gunn ed a transistor. VCO: architetture e varactor. Phase noise e tuning range.
Richiami su PLL con divisore intero o frazionale.
11. Dal sistema al circuito
Valutazione della sensibilità, della selettività e del blocking dynamic range (BDR) di un ricetrasmettitore. Calcolo del guadagno, della figura di rumore e dell’IIP3 di una cascata di blocchi.
12. Attività di laboratorio
Progetto di un LNA con ADS


Modalità d'esame
Esame orale.


Testi consigliati
Bahl I., Bhartia P., Microwave Solid State Circuit Design, John Wiley & Son
B. Razavi, “RF Microelectronics”, Prentice-Hall.
David M. Pozar, “Microwave Engineering, 2nd edition”, Wiley
T. H. Lee ``The design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits'', Cambridge University Press