Corso di Corso di Metodi per lMetodi per l’’Elettronica delle MicroondeElettronica delle Microonde

Docente : Prof. Ernesto LimitiDipartimento di Ingegneria Elettronica(Edificio Ingegneria dell’Informazione, I Piano)tel : 06 7259 7351e.mail : limiti@ing.uniroma2.it

Riferimenti - Dispense a cura del Docente- Giovanni Ghione, Marco Pirola, Elettronica delle Microonde

Parte I e II, Otto Editore- Vendelin, Pavio, Rohde, “Microwave Circuit Design using

Linear and Nonlinear Techniques”, John Wiley & Sons- Bahl, Bhartia, “Microwave Solid-State Circuit Design”, John

Wiley & Sons

PerchPerchèè unun’’elettronica specialistica per le alte frequenze elettronica specialistica per le alte frequenze (microonde ed onde millimetriche) ?(microonde ed onde millimetriche) ?

L’elettronica di ‘bassa frequenza’ è basata sull’ipotesi che le dimensioni fisiche dei componenti costituenti un circuito siano molto più piccole della lunghezza d’onda dei segnali che li attraversano. Si parla di solito di dimensioni ‘elettriche’ per evidenziare questo rapporto. In tali condizioni i componenti si possono considerare come puntiformi rispetto al segnale (circuiti 0-dimensionali, a costanti concentrate).

All’aumentare della frequenza tale ipotesi comincia a perdere di validità. Il limite (convenzionale) èquello delle ‘basse microonde’ (qualche GHz).Oltrepassato tale limite le dimensioni dei componenti iniziano a rappresentare una frazione non trascurabile della lunghezza d’onda del segnale e hanno un effetto sul segnale stesso (circuiti mono-dimensionali, a costanti distribuite). Anche le dimensioni trasversali (rispetto alla direzione di propagazione del segnale) di tali componenti devono spesso essere tenute in conto, descrivendo il funzionamento del circuito con relazioni tridimensionali.

Metodi di analisi e di sintesi dei circuiti dedicatiUtilizzazione di rappresentazioni dei componenti dedicateComponenti elettronici con un maggior numero di gradi di libertàEffetto di ‘componenti parassiti’ talvolta decisivo sul funzionamentoMetodi e strumenti di misura e caratterizzazione dedicatiMaggiore criticità del progetto rispetto alla bassa frequenza

...........

( )[ ]

( )[ ]

80

9r r r

cc 3 10 1m 0,3 mf f 10 f GHz f GHz

λε ε ε

⋅= = = = ⋅

⋅ ⋅ ⋅

Denominazione delle Denominazione delle Bande di FrequenzaBande di Frequenza

Comunemente si utilizza la schematizzazione ‘radar’

Applicazioni dellApplicazioni dell’’elettronica per le alte frequenze (esempi)elettronica per le alte frequenze (esempi)

TelecomunicazioniTelecomunicazioniPonti radio (radio links)BroadcastingTelecomunicazioni satellitariReti localiCom. ottiche

RilevazioneRilevazioneTelerilevamentoApplicazioni radar (civili e militari)Radioastronomia........

Strumentazione di misuraStrumentazione di misuraGuerra elettronica (EW , ECM, ECCM)Guerra elettronica (EW , ECM, ECCM)Elettronica per mezzi mobiliElettronica per mezzi mobili

RadiolocalizzazioneRadionavigazioneCollision Avoidance......

Elettronica di consumoElettronica di consumoBluetoothTelefonia cellulareSensoristica ad alta frequenza

Attenuazione atmosferica Attenuazione atmosferica

Scelta della frequenza di lavoro dell’applicazione in base alle caratteristiche di attenuazione / propagazione

Mezzi Mezzi trasmissivitrasmissivi per per propagazione guidata propagazione guidata

convenzionali e per circuiti convenzionali e per circuiti integratiintegrati

Caratteristiche delle Caratteristiche delle microstriscemicrostrisce

Tecnologia Tecnologia realizzativarealizzativa per circuiti integrati ad alta frequenzaper circuiti integrati ad alta frequenza

Ibrida (Ibrida (HybridHybrid MicrowaveMicrowave CircuitsCircuits, HMIC) , HMIC) Le strutture di interconnessione e di adattamento vengono realizzate su un substrato isolante (allumina, Duroid, quarzo ...) e connesse ai componenti a semiconduttore (diodi, transistor) mediante fili di interconnessione.

Tecnologia Tecnologia realizzativarealizzativa per circuiti integrati ad alta frequenzaper circuiti integrati ad alta frequenza

Monolitica (Monolitica (MonolithicMonolithic MicrowaveMicrowave CircuitsCircuits, MMIC) , MMIC) Le strutture di interconnessione e di adattamento e i componenti a semiconduttore vengono tutti realizzati sul medesimo substrato semiconduttore (GaAs, InP, SiGe, SiC, GaN).

Esempi realizzativiEsempi realizzativi

VGA in banda XVGA in banda X

PhasePhase ShifterShifter

Esempi realizzativiEsempi realizzativi

Duplicatore di frequenzaDuplicatore di frequenza

Amplificatore di Amplificatore di transimpedenzatransimpedenza

Esempi realizzativiEsempi realizzativi

Amplificatore Amplificatore di basso livellodi basso livello

Mixer bilanciatoMixer bilanciato

Esempi realizzativiEsempi realizzativi

Modulo T/RModulo T/R

Corsi di Elettronica per le Alte FrequenzeCorsi di Elettronica per le Alte Frequenze

Metodi per lMetodi per l’’elettronica delle microonde (Ielettronica delle microonde (I--1 1 -- temporaneamente)temporaneamente)– Concetti di base, progettazione di amplificatori a basso rumore, piccolo segnale e oscillatori

Circuiti integrati a microonde I (ICircuiti integrati a microonde I (I--2)2)– Strutture passive, tecnologie realizzative

Elettronica per lo spazio (IElettronica per lo spazio (I--4)4)– Ripetitori satellitari trasparenti e rigenerativi, elettronica di bordo

Elettronica delle microonde (IIElettronica delle microonde (II--2)2)– Metodi di analisi nonlineari, progettazione di amplificatori di potenza, moltiplicatori e mixer

Strumentazione e misure a microonde (IIStrumentazione e misure a microonde (II--2)2)– Misure di potenza, load pull, spectrum analysers, generatori

Circuiti integrati a microonde II (IICircuiti integrati a microonde II (II--3)3)– Progettazione di strutture filtranti, phase shifters

Sistemi di misura ad alta frequenza (IISistemi di misura ad alta frequenza (II--3)3)– Analizzatori di reti, caraterizzazione di dispositivi attivi, NFM e caratterizzazione di rumore

Programma del Corso diProgramma del Corso di

Metodi per lMetodi per l’’Elettronica delle MicroondeElettronica delle Microonde

IntroduzioneIntroduzioneLinee di Trasmissione, carta di SmithLinee di Trasmissione, carta di SmithAdattamento a costanti concentrate/distribuiteAdattamento a costanti concentrate/distribuiteStabilitStabilitàà, Guadagni, Condizioni di adattamento , Guadagni, Condizioni di adattamento coniugato coniugato Progettazione di amplificatori a piccolo segnaleProgettazione di amplificatori a piccolo segnaleProgettazione di amplificatori a basso rumoreProgettazione di amplificatori a basso rumoreCondizioni di oscillazione e di innescoCondizioni di oscillazione e di innescoProgettazione di oscillatoriProgettazione di oscillatoriFenomeni Fenomeni nonlinearinonlineari negli amplificatori e loro negli amplificatori e loro caratterizzazionecaratterizzazione