programma_2014-2015

+Corso di Circuiti attivi a microonde e radiofrequenza
A.A. 2014-2015
Prof. N. Rinaldi
Dipartimento di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione
via Claudio 21, 80125, Napoli
tel: 081 7683517
e-mail: [email protected]
Richiami sui circuiti risonanti
Circuito risonante serie, circuito risonante parallelo; fattore di merito, frequenza di risonanza; componenti
passivi ad alta frequenza: induttori, condensatori, resistori; potenza complessa.
Richiami sulle linee di trasmissione
modello distribuito della linea di trasmissione; costante di propagazione, impedenza caratteristica e velocità
di fase, onde progressive e regressive; analisi delle linee di trasmissione con carico: coefficiente di
riflessione, VSWR, linea in corto circuito, linea a circuito aperto, adattatore a quarto di onda, coefficiente di
trasmissione, la linea di trasmissione con perdite
Rappresentazione a doppio bipolo delle reti elettriche
Rappresentazioni con parametri di impedenza, ammettenza, ibridi e ABCD; matrice di scattering, matrice di
trasmissione, traslazione dei piani di riferimento, proprietà dei parametri di scattering, matrice di scattering
per un n-polo, onde di potenza e parametri di scattering generalizzati: definizione dei parametri di scattering
generalizzati per un bipolo e un doppio bipolo; matrice di scattering generalizzata per una rete a n porte;
potenza dissipata in un n-polo; conversione tra i parametri delle reti a due porte, proprietà dei parametri di
scattering in un n-polo reciproco e reattivo.
La carta di Smith
Definizione della carta di Smith; carta di Smith relativa alle ammettenze e alle impedenze ed ammettenze;
carta di Smith compressa; analisi delle linee di trasmissione con la carta di Smith;
L’adattamento di impedenza
Reti di adattamento a L, realizzabilità dell’adattamento, fattore di merito, reti di adattamento a T e pi greco;
reti di adattamento a microstrisce; analisi delle diverse topologie delle reti distribuite.
Tecniche di progetto degli amplificatori a microonde
Definizione dei guadagni di potenza; analisi dei fattori di disadattamento; espressioni dei guadagni di
potenza in termini dei parametri Sp; calcolo del VSWR; stabilità degli amplificatori: doppi bipoli a stabilità
incondizionata e potenzialmente instabili, cerchi di stabilità; trasformazioni bilineari; condizioni per la stabilità
incondizionata, metodi di stabilizzazione; cerchi a guadagno costante: il caso unilaterale; massimo
guadagno unilaterale di traduzione, cerchi a guadagno costante per il caso unilaterale; figura di merito
unilaterale; adattamento coniugato simultaneo: il caso bilaterale; valore massimo del guadagno di
trasduzione; massimo guadagno stabile; cerchi di guadagno operativo: caso di stabilità incondizionata e
potenziale instabilità; cerchi di guadagno disponibile: caso di stabilità incondizionata e potenziale instabilità;
cerchi a VSWR costante;
Tecniche di progetto degli amplificatori a basso rumore
Richiami di teoria della probabilità; rappresentazione circuitale di bipoli rumorosi; modello di rumore di un
resistore; rappresentazione circuitale di doppi bipoli rumorosi; cifra e temperatura di rumore; cifra di rumore
di un doppio bipolo; cifra di rumore di doppi bipoli in cascata; cerchi di rumore; esempi di progettazione di
amplificatori a basso rumore.
Progettazione degli amplificatori ad alta frequenza
Caratteristiche degli amplificatori; amplificatori a larga banda e a banda stretta; passi di progetto di un
amplificatore; tecniche di stabilizzazione. Polarizzazione: reti di polarizzazione per BJT e FET, reti bias T.
Circuiti monolitici integrati a microonde. Circuiti ibridi integrati a microonde.
Progettazione di amplificatori a larga banda; reti di equalizzazione; l’amplificatore bilanciato; amplificatori
retro azionati.
Dispositivi e tecnologie per applicazioni a microonde e radiofrequenza
Proprietà dell’arseniuro di gallio; tecniche di crescita MBE e MOCVD; caratteristiche delle eterogiunzioni; il
MESFET: derivazione delle caratteristiche IV, tensione di pinch off, modello IV semplificato, circuito
equivalente a piccolo segnale; figure di merito: frequenza di transizione e frequenza di massima oscillazione;
calcolo della frequenza di massima oscillazione del MESFET; il transistore HEMT: strutture convenzionali e
pseudomorfiche; il transistore bipolare a eterogiunzione; confronto tra le tecnologie.
Amplificatori di potenza
Caratteristiche degli amplificatori di potenza: guadagno, efficienza e efficienza aggiunta, prodotti di
intermodulazione, curva Pin-Pout, punto di compressione a 1 dB, intercetta di terza armonica; analisi
dell’amplificatore in classe A: forme d’onda e calcolo del rendimento; impedenza di carico ottima e curve di
load-pull; analisi dell’amplificatore in classe B: forme d’onda e calcolo del rendimento; cenni sugli
amplificatori in classe AB e C.
Filtri
Caratteristiche generali dei filtri; attenuazione; filtri passa-basso: Butterworth, Chebyshev, Bessel e filtri
ellittici. filtro passa-basso prototipo; tabelle dei filtri; trasformazioni di impedenza e di frequenza;
trasformazione del filtro passa-basso prototipo in filtri a risposta arbitraria; analisi delle specifiche dei filtri;
progetto di filtri passa-basso con tecnica distribuita; applicazione delle identità di Kuroda e filtri a impedenza
caratteristica a gradino.
Oscillatori
Caratteristiche generali degli oscillatori; modello nel dominio del tempo di un oscillatore a una porta e nel
dominio della frequenza; condizioni di oscillazione. Oscillatori di Colpitts, Hartley e Clapp: analisi e equazioni
di progetto. Progettazione di un oscillatore di Colpitts. Oscillatori ad alta frequenza: analisi e metodologie di
progetto.
Mixer
Caratteristiche degli amplificatori; amplificatori a larga banda e a banda stretta; passi di progetto di un
amplificatore; tecniche di stabilizzazione.
Caratteristiche degli amplificatori; amplificatori a larga banda e a banda stretta; passi di progetto di un
amplificatore; tecniche di stabilizzazione.
Mixer: principi di funzionamento; conversione di frequenza e ricevitore a supereterodina; Mixer single-ended;
mixer single-balanced e double-balanced; cella di Gilbert
Testi consigliati:
1) Dispense e note delle lezioni
2) G. Gonzalez, Microwave Transistor Amplifiers: Analysis and Design (2nd Edition), Prentice Hall (August
20, 1996).
3) G. Ghione e M. Pirola, Elettronica delle microonde (parte I e II), http://www.otto.to.it/otto/index2.php