B010342 - MISURE ELETTRONICHE

ITALIANO

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

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.

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).

Lezioni in aula ed esercitazioni in laboratorio.

Calendario esami: consultare il servizio di registrazione agli esami gestito da SIAF.

Esame orale.

A.A. 2016-2017 – 53 ore “frontali”

Introduzione al corso: lezioni, esercitazioni, esami, visita d'istruzione INRIM. Misure per il "conformity assessment": direttive, norme armonizzate, laboratori di prova, accreditamento (2 ore)
Accreditamento, mutuo riconoscimento in ambito ILAC, norme ISO/IEC 17025 e ISO/IEC 17011. Laboratori di taratura, riferibilità delle misure, istituti metrologici nazionali, capacità di misura, key comparison, key comparison data base del BIPM. Cenno al nuovo SI (dalle 7 grandezze di base alle 7 costanti fisiche) (3 ore).
Unità logaritmiche assolute e formula di conversione P(dBm) = V(dBuV) - 107. Esempi uso unità logaritmiche assolute e insidie. Attenuatori resistivi ed equazioni di progetto per T e Π. Cascata di attenuatori resistivi. Richiamo attenuatori compensati (risposta in frequenza e impedenza d'ingresso) (2 ore).
Attenuatori compensati: equazioni di progetto di una cascata, risposta al gradino, sonde per oscilloscopio e loro compensazione, struttura fisica e smorzamento delle risonanze. Relazione fra banda e tempo di salita della risposta al gradino di un sistema: passa basso I ordine, gaussiano, rettangolare ideale (3 ore).
Simulazione SPICE di: sonda per oscilloscopio commerciale ad alta impedenza (1:10, 250 MHz), sonda bassa impedenza (1:10, resistenza d'ingresso 500 Ohm), sonda ad alta impedenza in cui si usa un cavo RF a basse perdite (es. RG58C/U). Introduzione al funzionamento dell'analizzatore di spettro. Serie di Fourier dell'onda quadra (2 ore).
Analizzatore di spettro: schema a blocchi, interpretazione del display. Funzionamento del primo mixer: prodotti di mescolazione, traslazione in frequenza, equazione di sintonia in fondamentale, condizione P_LO >> P_RF e linearità (3 ore).
Relazione fra tempo di scansione T, intervallo di frequenza esplorato F e banda di risoluzione B per ottenere una risposta tarata dell'analizzatore di spettro (T > F/B^2). Risposta di filtro gaussiano a segnale a frequenza linearmente variabile (2 ore).
Illustrazione dal vivo del funzionamento dell'analizzatore di spettro: comandi fondamentali (Frequency, Span, Amplitude, Resolution Bandwidth, Video Bandwidth, Sweep Time). Verifica effetto di compressione, perdita di risoluzione e spostamento di frequenza per tempi di scansione ridotti. Relazione fra rumore e banda di risoluzione e attenuazione interna (3 ore).
*** 20 ore ***
Rumore termico, banda equivalente di rumore, densità spettrale di potenza (misura co wattmetro e filtro selettivo), fattore e cifra di rumore (definizioni Ru/Rui=(Si/Ri)/(Su/Ru)=F) (2 ore).
Formula di Friis per il fattore di rumore una cascata di stadi adattati. Dimostrazione dal vivo di misura di segnali modulati (con oscilloscopio, analizzatore di spettro), rappresentazione dell'andamento nel tempo della modulante con l'analizzatore di spettro (in "zero span") (3 ore).
Derivazione della densità di probabilità del rumore all'uscita di rivelatore di inviluppo (Rayleigh). Misura dal vivo (con analizzatore di spettro) della misura del rumore in uscita da filtro a banda stretta. Misura (dal vivo) del livello medio di rumore in scala lineare e logaritmica, valore quadratico medio del rumore, relazione col fattore di rumore dell’analizzatore di spettro (3 ore).
Definizione della banda equivalente impulsiva, relazione fra banda equivalente impulsiva risposta in frequenza del filtro IF e inviluppo della risposta impulsiva del filtro IF. Rappresentazione del vivo della risposta agli impulsi dell'analizzatore di spettro. Metodi di misura della banda equivalente impulsiva (con impulso tarato, variando la frequenza di ripetizione, integrando la risposta del filtro IF) (3 ore).
Esercitazione sulla misura della banda equivalente impulsiva dell'analizzatore di spettro (dettagli operativi). Gamma dinamica dell'analizzatore di spettro (gamma dinamica istantanea, punto di compressione ad 1 dB, gamma dinamica esente da spurie, livelli tipici). Principio di funzionamento del "tracking generator" (2 ore).
Uso del "tracking generator" per la misura della perdita d'inserzione. Dettagli operativi della esercitazione di laboratorio sulla misura dei parassiti di un condensatore con "tracking generator". Cenno ai parassiti di induttori e resistori (3 ore).
Errore sistematico nella misura di segnali deboli, vicini al livello medio di rumore. Specifiche e procedure di verifica delle prestazioni degli analizzatori di spettro della serie HP 8590. Esempio di calcolo di accuratezza di misura di ampiezza assoluta di potenza basato sulle specifiche (2 ore).
Misure di potenza a radiofrequenza, richiami: potenza disponibile, potenza assorbita, potenza su carico adattato (potenza diretta), potenza riflessa. Condizioni di adattamento (per massimo trasferimento di potenza e per eliminazione di potenza riflessa). Incertezza per disadattamento: errore massimo/minimo per disadattamento, densità di probabilità ad "U" (2 ore).
*** 40 ore ***
Richiami sui parametri S: definizione di onda diretta (a), riflessa (b), coefficiente di riflessione (b/a) e relazione con impedenza. Parametri S di un quadripolo. Esemplificazioni: attenuatore resistivo, power divider (tre resistori), power splitter (due resistori) (3 ore).
Power combiner: condizioni necessarie e sufficienti per la somma delle potenze. Ponte direzionale mod. ZRB 2 Rohde & Schwarz: principio di funzionamento, realizzazione, parametri S ideali e reali (2 ore).
Misura di coefficiente di riflessione di generatore (dispositivo attivo) attraverso l'impiego del ponte direzionale. Procedura di misura. Schema a blocchi, principio di funzionamento e dettagli realizzativi del wattmetro bolometrico HP 432A con testa bolometrica HP 478A. Efficienza e fattore di calibrazione (3 ore).
Analisi delle specifiche della testa bolometrica HP 478 A (in particolare disadattamento e accuratezza del fattore di calibrazione). Sonde di corrente a radiofrequenza: impedenza di trasferimento, impedenza di inserzione (effetto di carico). Schema a blocchi impedenzimetro vettoriale HP 4193A (2 ore).
Dettagli costruttivi di sonda di corrente a RF, ruolo dello schermo della sonda (schermo selettivo). Impedenzimetro vettoriale HP 4193A: conversione di frequenza per tramite di sotto-campionamento, parassiti della sonda "nuda" e di adattatori. Residenza dei parassiti e loro origine fisica. Entità dei parassiti, correzione delle misure. Specifiche dello strumento (portate, risoluzione e accuratezza) (3 ore).
*** 53 ore ***