ECTS - University of Pisa
Gli studenti acquisiranno le conoscenze circa i criteri di dimensionamento e i parametri caratteristici delle principali strutture guidanti (cavi coassiali, linee stampate, guide d’onda), le caratteristiche della propagazione di onde di tensione/corrente in una linea di trasmissione, i parametri per la caratterizzazione dei dispositivi passivi a RF e microonde (matrice di scattering, matrice ABCD), le tecniche di realizzazione di alcuni dispositivi passivi(per esempio, reti di adattamento, divisori di potenza, accoppiatori direzionali), i parametri caratteristici delle antenne.
Students will have acquired knowledge about the main design criteria and characteristic parameters of main electromagnetic guiding structures (coaxial cables, printed lines, waveguides), the propagation properties of voltage/current waves in a transmission line, the characteristic parameters of RF and microwave devices (scattering matrix, ABCD matrix), the implementation techniques of some passive devices (as for example: impedance matching networks, power dividers/combiners, directional couplers), antenna characteristic parameters.
Discussioni con studenti durante lo svolgimento delle lezioni
Discussions with students during course classes
Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di scegliere e dimensionare il dispositivo passivo più adatto per il ricetrasmettitore di un sistema wireless, radar o sistema di comunicazione.
By the end of the course the students will know how to choose and design the most suitable passive device forte transceiver of a wireless system, radar or communication system.
Attraverso piccoli esercizi/progetti svolti in classe
During the lab classes, small excercises/projects will be carried out.
Gli studenti avranno l'occasione per capire come la teoria dei campi elettromagnetici possa essere applicata all'analisi e al progetto di dispositivi passivi integrati nei trasmettitori/ricevitori di sistemi wireless.
Students will acquire and/or develop an awareness of how the basic electromagnetic theory can be applied to the analysis and design of passive devices used in the tansceivers of the wireless systems.
Discussioni con gli studenti durante le lezioni in classe
Discussion with students during course classes
Teoremi fondamentali dei campi elettromagnetici, parametri caratteristici della propagazione elettromagnetica, strumenti per l'analisi dei circuiti elettrici
Fundamental theorems of electromagnetic fields, characteristic parameters of the electromagnetic propagation, tools for the analysis of the electrical circuits
Lezioni frontali
Lectures
Introduzione alle strutture guidanti, rappresentazione modale delle soluzioni elettromagnetiche. Il modo TEM, relazione tra tensioni/corrente e campi elettrico/magnetico. Teoria delle linee di trasmissione: analisi mediante circuito elettrico equivalente e costanti primarie, onda stazionaria, impedenza caratteristica, costante di propagazione e lunghezza d’onda. Linea di trasmissione chiusa su un carico arbitrario: coefficiente di riflessione, formula di trasformazione dell’impedenza, VSWR. Esempi con condizioni di carico particolari: corto circuito, circuito aperto, linea adattata, carico resistivo e carico puramente reattivo. Flusso di potenza attiva lungo una struttura guidante, attenuazione in presenza di piccole perdite. Descrizione della Carta di Smith per impedenze/ammettenze normalizzate. Transitori in una linea di trasmissione con perdite trascurabili.
Reti di adattamento di impedenza: singolo stub e doppio stub, in configurazione serie o parallelo. Trasformatore in quarto d’onda.
Cavo coassiale: parametri primari, modo TEM e modi di ordine superiore, costante di attenuazione. Linee a microstriscia, CPW, stripline: costante dielettrica efficace, curva di dispersione, criteri di dimensionamento. Guide d’onda rettangolari e circolari: modo fondamentale, frequenze di cut-off, calcolo della potenza trasportata, curve di dispersione, correnti elettriche superficiali.
Caratterizzazione delle giunzioni passive a RF e microonde: matrice di scattering (definizione, proprietà, relazione con matrice delle impedenze/ammettenze e matrice ABCD). Illustrazione di dispositivi passivi: sfasatori, attenuatori, divisori di potenza, accoppiatori direzionali, circolatori.
Introduzione alle antenne e descrizione dei parametri caratteristici (guadagno, direttività, efficienza di radiazione, diagrammi di irradiazione, impedenza di ingresso, banda, ecc.). Circuito elettrico equivalente di un’antenna, in trasmissione e in ricezione. Derivazione della formula del collegamento; definizione di RCS di un bersaglio e derivazione della formula del radar.
Esempi numerici sugli argomenti del corso, misure di dispositivi passivi con VNA, illustrazione di tool elettromagnetici per l’analisi e la progettazione di dispositivi passivi a microonde (ADS).
Introduction to electromagnetic guiding structures, modal expansion of the electromagnetic solutions. TEM mode, relationships between voltage/current and electric/magnetic fields. Transmission line theory: analysis based on the equivalent electric circuit, wave equation, stationary wave, characteristic impedance, propagation constant and wavelength. Transmission line closed on an arbitrary load: reflection coefficient, impedance transformation equation, VSWR. Examples with specific load conditions: short circuit, open circuit, matched load, resistive load, reactive load. Power transmitted in a transmission line. Power attenuation in a low-loss transmission line. The Smith Chart for normalized impedance/admittance. Transients in an ideal transmission line.
Impedance matching networks: single and double stubs, series or parallel connection. Quarter-wave transformer.
Coaxial cable: characteristic parameters of the equivalent electric circuit, TEM mode and higher-order modes, attenuation constant. Microstrips, CPW, stripline: effective dielectric constant, dispersion diagram, design criteria. Rectangular and circular waveguides: fundamental mode, cut-off frequencies, power flux, dispersion diagram, mode surface currents.
RF and microwave passive junctions: scattering matrix (definition, properties, relationships with impedance/admittance matrix and ABCD matrix). Description of some passive devices: phase shifters, attenuators, power dividers/combiners, directional couplers, circulators.
Introduction to antennas and their characteristic parameters (gain, directivity, radiation efficiency, radiation patterns, input impedance, impedance bandwidth, etc.). Equivalent electric circuit of an antenna (transmitting or receiving antenna). Derivation of the link budget equation. Definition of the RCS of a target and derivation of the radar equation.
Numerical exercises related to the course topics, measurements with a VNA, presentation of a numerical tool for the EM analysis and design of passive RF/microwave passive devices (ADS).
David M. Pozar, Microwave Engineering, Wiley
David M. Pozar, Microwave Engineering, Wiley
L'esame consiste in una prova scritta ed una orale. La prova scitta dura tre ore e consiste in esercizi numerici. L'ammissione alla prova orale avviene con una valutazione di almeno 18/30.
Durante la prova orale il candidato discute davanti ad almeno un paio di docenti alcuni argomenti del corso selezionati dai docenti. In media, una prova orale dura da 30 a 60 minuti.
The exam is made up of a written test and an oral test. The written test takes three hours and is about some numerical excercises. Admission to the oral est requires an evaluation of at least 18/30. During the oral test the candidate is required to discuss with (at least) two professors about a few course topics that are chosen by the professors. On average, the interview takes between half-an-hour and one hour.
