Insegnamento mutuato da: B010342 - MISURE ELETTRONICHE Laurea Magistrale in INGEGNERIA DEI SISTEMI ELETTRONICI Curriculum SISTEMI ELETTRONICI PER L'INDUSTRIA
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.
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.
Alla fine del corso lo studente avrà sviluppato competenze circa le misure a radiofrequenza (RF) e la struttura ed il funzionamento di alcuni strumenti di misura (analizzatore di spettro, misuratore di potenza RF, impedenzimetro vettoriale, analizzatore vettoriale di reti) e varie apparecchiature di misura ancillari (divisori di potenza a due e tre resistori, accoppiatore direzionale, ponte direzionale, antenne e siti per misure di campi elettromagnetici). Lo studente inoltre, attraverso l'analisi del processo che porta allo sviluppo e alla manutenzione della normativa tecnica internazionale, svilupperà consapevolezza del contesto in cui opera chi esegue misure professionali, nell'ambito delle prove e delle tarature.
Prerequisiti
Conoscenza della teoria dei circuiti (costanti concentrate), dell'elettromagnetismo (costanti distribuite e radiazione) e delle misure elettriche (oscilloscopio, 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 volto ad accertare le competenze teoriche e pratiche necessarie per potere effettuare una misura attendibile di segnali a radiofrequenza con ricevitori (analizzatori di spettro) e wattmetri a radiofrequenza, di impedenze vettoriali e parametri complessi di una rete elettrica. Si valuterà la competenza sia circa il funzionamento della strumentazione di misura che dei dispositivi ausiliari. E' particolarmente apprezzata la capacità di valutare l'attendibilità di un risultato di misura e l'individuazione delle non idealità inerenti ogni tecnica di misurazione.
Programma del corso
INTRODUZIONE AL CORSO
Informazioni su lezioni frontali, esercitazioni, esami.
Misure per il "conformity assessment", direttive e norme armonizzate
NORME TECNICHE, RIFERIBILITA’ E ACCREDITAMENTO
Norme tecniche in ambito elettrotecnico. Accreditamento, mutuo riconoscimento in ambito EA, ILAC, norma ISO/IEC 17025.
Laboratori di taratura, laboratori di prova, riferibilità delle misure, istituti metrologici nazionali.
RICHIAMI
Unità logaritmiche assolute e formula di conversione da dBm a dB(uV). Esempi uso unità logaritmiche assolute e insidie (argomento già trattato nell'ambito del corso di Misure Elettriche per Ingegneria Elettronica, non verrà nuovamente affrontato, è dato per conosciuto).
Rumore termico, banda equivalente di rumore, densità spettrale di potenza (misura co wattmetro e filtro selettivo), fattore e cifra di rumore.
Formula di Friis per il fattore di rumore una cascata di stadi adattati.
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.
ATTENUATORI E SONDE DI TENSIONE E DI CORRENTE
Attenuatori resistivi ed equazioni di progetto per T e PI-GRECO. Cascata di attenuatori resistivi (argomento già trattato nell'ambito del corso di Misure Elettriche per Ingegneria Elettronica, non verrà nuovamente affrontato, è dato per conosciuto).
DIVISORI E COMBINATORI DI POTENZA, PONTI E ACCOPPIATORI DIREZIONALI
Power divider/combiner (tre resistori) e power splitter (due resistori): struttura, caratteristiche e impiego.
Accoppiatori direzionali: struttura e principio di funzionamento. Caratteristiche operative: isolamento, perdita di inserzione e direttività.
Ponte direzionale mod. ZRB 2 Rohde & Schwarz: principio di funzionamento, realizzazione, parametri S ideali e reali.
Misura di coefficiente di riflessione di generatore (dispositivo attivo) attraverso l'impiego del ponte direzionale. Procedura di misura.
ANALIZZATORE DI SPETTRO
Introduzione all’analizzatore di spettro (caratteristiche principali e impiego).
Architettura interna: 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. Gamma dinamica dell'analizzatore di spettro (gamma dinamica istantanea, punto di compressione ad 1 dB, gamma dinamica esente da spurie, livelli tipici).
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.
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 potenza di rumore visualizzata, banda di risoluzione e attenuazione interna.
Misura di segnali persistenti e modulati, rappresentazione dell'andamento nel tempo della modulante con l'analizzatore di spettro (in modalità "zero span").
Misura di segnali non coerenti. Derivazione della densità di probabilità del rumore all'uscita di rivelatore di inviluppo (Rayleigh). Misura della potenza di rumore in uscita da filtro a banda stretta. Misura del livello medio di rumore in scala lineare e logaritmica, valore quadratico medio del rumore, relazione col fattore di rumore dell’analizzatore di spettro. Errore sistematico nella misura di segnali deboli, vicini al livello medio di rumore.
Misura di segnali impulsivi. Definizione della banda equivalente impulsiva, relazione fra banda equivalente impulsiva risposta in frequenza del filtro IF e inviluppo della risposta impulsiva del filtro IF. 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).
Principio di funzionamento e impiego del "tracking generator". Uso del "tracking generator" per la misura della perdita d'inserzione.
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.
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).
Schema a blocchi, principio di funzionamento e dettagli realizzativi del wattmetro bolometrico HP 432A con testa bolometrica HP 478A. Efficienza e fattore di calibrazione.
Analisi delle specifiche della testa bolometrica HP 478 A (in particolare disadattamento e accuratezza del fattore di calibrazione).
MISURA VETTORIALE DI IMPEDENZA
Schema a blocchi 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).
MISURA VETTORIALE DI PARAMETRI DI RETI
Schema di principio e funzionamento dell'analizzatore vettoriale di reti, calibrazione e kit di calibrazione, errori residui di misura.
ANTENNE E MISURE DI CAMPI ELETTROMAGNETICI
Misure selettive di campo elettromagnetico. Antenne: antenna a loop, antenna a stilo (rod antenna), antenna biconica, antenna log-periodica, antenna a tromba, camere anecoiche e verifica dell'uniformità di campo (NSA, VSWR).
ESERCITAZIONI
Esercitazione sulla misura della cifra di rumore e della banda equivalente di rumore di un analizzatore di spettro.
Esercitazione sulla misura della banda equivalente impulsiva dell'analizzatore di spettro (dettagli operativi).
Esercitazione sulla misura dei parassiti di un condensatore con "tracking generator" e analizzatore di spettro.
Esercitazione sulla misura selettiva di campo elettromagnetico con antenna biconica e analizzatore di spettro.