Insegnamento mutuato da: B010342 - MISURE ELETTRONICHE Laurea Magistrale in INGEGNERIA ELETTRONICA
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Contenuto del corso
Si forniscono le conoscenze essenziali per un uso consapevole della principale strumentazione elettronica per impiego nella tecnica delle radiofrequenza.
Nessun testo adottato.
Per la parte di programma riguardante la strumentazione generale si consiglia la consultazione di:
- Giovanni Colella, "Manuale di metrologia e strumentazione elettronica", Hoepli, 2006.
- Agilent Technologies, Application Note 150, "Spectrum Analysis Basics", 2006.
- Dispense del corso di misure elettroniche scaricabili dal sito www.emc.unifi.it
Obiettivi Formativi
Fornire le conoscenze fondamentali circa il funzionamento e l'impiego della strumentazione elettronica per misure nel dominio della frequenza.
Attraverso le esercitazioni si cerca di sviluppare la capacità di eseguire alcune misure a radiofrequenza.
Prerequisiti
Conoscenza della teoria dei circuiti (costanti concentrate), dell'elettromagnetismo (costanti distribuite e radiazione) e delle misure elettriche (oscilloscopio analogico e digitle, multimetro, incertezza di misura).
Metodi Didattici
Lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio.
Altre Informazioni
Calendario esami: consultare il servizio di registrazione agli esami gestito da SIAF.
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale.
Programma del corso
1 - Richiami e definizioni. Decibel e unita' logaritmiche assolute. Serie di Fourier, serie di Fourier di onda quadra. Rumore termico. Densita' di potenza di rumore e sua misura, banda equivalente di rumore. Guadagno di potenza e funzione di trasferimento di un quadripolo. Fattore e cifra di rumore. Cifra di rumore della cascata di N quadripoli non interagenti, discussione e applicazioni. Linee di trasmissione. Caso di linea corta rispetto alla lunghezza d'onda chiusa in cc oppure in ca. Caso generale(sempre per lunghezza molto minore di lambda). Analisi della cascata infinita di celle L e C. Impedenza e funzione di trasferimento. Dalle costanti concentrate alle costanti distribuite. Caso di linea infinita o adattata. Onda diretta, espressione matematica (fasori e dominio del tempo in regime sinusoidale). Lunghezza d'onda, velocita' di propagazione, verso di propagazione. Relazione fra parametri per unita' di lunghezza, impedenza caratteristica, velocita' di propagazione. Equazioni per tensione e corrente lungo la linea di trasmissione, onda diretta e onda inversa, coefficiente di riflessione (lungo la linea, al carico, al generatore). Rapporto d'onda stazionaria. Impedenza (lungo la linea e all'ingresso). Espressione esplicita di tensione e corrente. Analisi con le
riflessioni multiple e interpretazione fisica del risultato dell'analisi. Potenza che fluisce lungo la linea. Potenza diretta e inversa, potenza disponibile. Perdite: come si modificano le equazioni fondamentali per includere le perdite. Attenuazione nei cavi. Casi particolari (generatore e/o carico adattati). Comportamento reale dei componenti. Resistore. Condensatore (inclusa derivazione induttanza parassita interna per condensatore con armature piane parallele e circolari). Induttore (con discussione del fenomeno del rilassamento e perdite per isteresi del materiale magnetico). Induttori mutuamente accoppiati. Corto-circuito (inclusa trattazione dell'induttanza interna per filo tondo e formule per cavo coassiale). Circuito aperto.
2 - Analizzatore di spettro. Presentazione del visore (REF_LEV, SPAN, dB/, CF, ATT, RBW. Ricevitore supereterodina, oscillatore locale, segnale, frequenza intermedia. Mixer: sovrapposizione del segnale e dell'oscillatore locale, ipotesi Vo>>Vs (prodotti di mescolazione esclusi). Non linearita' intrinseca del mixer e prodotti di mescolazione nfo±fs (nfo±mfs se Vs diviene comparabile con Vo). Equazione di sintonia: fo-fs=fIF. Rivelatore di inviluppo a valle di filtro più amplificatore a frequenza intermedia. Necessità di bande di risoluzione variabili per risolvere componenti spettrali vicine. Perdita di conversione del mixer. Analisi della risposta del filtro IF (filtro gaussiano) ad un segnale con frequenza modulata linearmente. Condizione T>kF/B3^2. Esempi numerici. Criteri progettuali analizzatore di spettro (fTkF/(B3*Bv). Valore medio del rumore sul display: scala lineare e scala logaritmica. Vari metodi di determinazione della cifra di rumore dell'analizzatore di spettro: 1) dal livello di rumore medio in scala lineare, 2) dal livello di rumore medio in scala logaritmica, 3) dal valore efficace della tensione rivelata, 4) da valutazione di un fattore di cresta. Tracking generator e misura della perdita di inserzione, relazione con funzione di trasferimento. Normalizzazione delle tracce. Risposta dell'analizzatore di spettro agli impulsi. Banda equivalente impulsiva. Casi in cui la frequenza di ripetizione degli impulsi è maggiore o minore della banda di risoluzione.
3 - Impedenzimetro vettoriale (HP 4193A, 400 kHz-100 MHz). Schema a blocchi e principio di funzionamento (con cenno a schema di principio di rivelatore di fase e traslazione di frequenza per tramite di campionamento). Parassiti (residenza fisica, valutazione ordine di grandezza, misura, modello circuitale, depurazione della misura dagli effetti dei parassiti). Analisi specifica nel caso del parassita ohmicoinduttivo. Specifiche dello strumento, accuratezza, ripercussione degli errori di misura di ampiezza e fase su parte reale e parte immaginaria
dell'impedenza, esempi.
4 - Wattmetro bolometrico (HP 432A, 10 MHz-18 GHz). Schema a blocchi semplificato e principio di funzionamento (basato su impiego di termistori). Dettaglio dello schema dello strumento di misura e della testa bolometrica HP 478A, 10 MHz-10 GHz (in particolare evidenziata la separazione del circuito di polarizzazione da quello RF). Cenno alla necessita' di mantenere la potenza dissipata sul termistore costante al variare della frequenza (DC vs. RF, considerazioni su effetto pelle e parassiti). Specifiche. Misure di precisione con wattmetro bolometrico: effetto del disadattamento del wattmetro e del generatore (fattore di calibrazione, correzione per riflessioni multiple).
5 - Dispositivi ausiliari: attenuatori resistivi, accoppiatori direzionali, divisori di potenza resistivi, balun, antenne (guadagno e ACF, antenne tipiche per impiego in ambito metrologico).