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70/LM-0074 - PROGETTAZIONE DI SISTEMI WIRELESS

Anno Accademico 2017/2018

Docente
GIOVANNI ANDREA CASULA (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/81]  INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI [81/00 - Ord. 2016]  INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI770
[70/83]  INGEGNERIA ELETTRONICA [83/00 - Ord. 2016]  PERCORSO COMUNE770
Obiettivi

Obiettivo del corso è fornire allo studente le principali tecniche di pianificazione di un sistema di telecomunicazioni, in particolare per sistemi di comunicazione cellulare in ambito urbano. Verranno descritte le principali tecniche empiriche di pianificazione e i meccanismi fisici della propagazione in ambito urbano, e saranno inoltre esposti i limiti di legge relativi alla esposizione alle onde elettromagnetiche sia degli utenti che degli operatori addetti alla manutenzione degli impianti. Le esercitazioni saranno svolte con l'ausilio di programmi di simulazione e di CAD. In particolare si intende far sviluppare piccoli progetti di pianificazione di copertura utilizzando i già citati programmi di simulazione.
Nel dettaglio, gli obiettivi formativi, declinati secondo i Descrittori di Dublino, e in accordo con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica, sono i seguenti.
Indicatore Conoscenza e comprensione (sapere):
Lo studente acquisirà conoscenze degli aspetti metodologico-operativi dell’elettromagnetismo applicato, nel quale sarà capace di identificare, formulare e risolvere i principali problemi ingegneristici relativi alla progettazione delle Antenne e dei sistemi di telefonia mobile, utilizzando metodi, tecniche e strumenti adeguati.
Lo studente, al termine del corso dovrà conoscere e comprendere:
- i principali tipi di antenne utilizzati nei moderni sistemi di comunicazione, ed i criteri essenziali necessari alla loro progettazione;
- i più importanti meccanismi di propagazione in ambiente urbano e le problematiche connesse alla elevata attenuazione del segnale e all’interferenza fra segnali a radiofrequenza.
Indicatore Capacità di applicare conoscenza e comprensione (saper fare):
Lo studente saprà utilizzare tecniche e strumenti per la progettazione di antenne nel settore delle telecomunicazioni e per la pianificazione di copertura di sistemi di telefonia mobile; conoscerà i contesti contemporanei; acquisirà capacità relazionali e decisionali (saprà operare in gruppo).
Lo studente, al termine del corso, dovrà saper:
- analizzare il comportamento di un qualunque sistema di antenne a radio frequenza
- individuare le caratteristiche di un generico sistema di antenne a radio frequenza
- definire i parametri di un sistema di antenne sulla base di determinate specifiche
- progettare un qualunque sistema di antenne a radio frequenza, note le specifiche ad esso richieste.
Autonomia di giudizio
Lo studente, al termine del corso, dovrà essere capace di discriminare i meccanismi propagativi del campo elettromagnetico in base all’ambiente di propagazione, di analizzare un collegamento fra due o più sistemi di antenne, e di descrivere in maniera adeguata i diversi moduli che compongono un sistema di comunicazione a radio frequenza.
Abilità comunicative
Lo studente, al termine del corso, dovrà essere in grado di esporre, con un linguaggio tecnico adeguato, le problematiche connesse agli aspetti propagativi e radiativi relativi ai sistemi di antenne a radiofrequenza, descrivendo adeguatamente i meccanismi che regolano la propagazione del campo elettromagnetico nei vari scenari del collegamento.
Capacità di apprendimento
L’evoluzione continua dei dispositivi a radiofrequenza richiede una continua capacità di aggiornamento alle moderne tecnologie. Lo studente dovrà quindi essere in grado di approfondire autonomamente gli argomenti trattati nel corso, ricorrendo anche ad adeguati ed opportuni supporti, diversi da quelli proposti.

Prerequisiti

Lessicali: comprensione e capacità di utilizzo del linguaggio tecnico-scientifico, in particolare riguardo la fisica e la matematica di base
Informatici: capacità di utilizzo/apprendimento di strumenti e software di base per il calcolo scientifico
Comunicativi: saper presentare concetti ed informazioni in forma orale, scritta e grafica
Organizzativi: saper organizzare le attività nell'arco della giornata e programmare un piano di lavoro/studio a medio termine
Conoscitivi: Equazioni di Maxwell, Linee di Trasmissione, Adattamenti di Impedenza, Onde Piane, Polarizzazione del Campo Elettromagnetico, Antenne, Trasformata di Fourier, Teoria dei Segnali, Teoria della probabilità.
Competenze: capacità di definire il legame tra fenomeni fisici, le loro proprietà e la loro rappresentazione sia matematica che in forma grafica.
Queste conoscenze, abilità e competenze sono di solito acquisite durante i corsi di laurea di primo livello.

Contenuti

Argomento Ore lezione Ore esercitaz.

Fondamenti: Campo di una distribuzione di correnti, potenziali vettore elettrico e magnetico, campo lontano; Polarizzazione, rapporto assiale, componenti copolari e crosspolari; Teorema di equivalenza, aperture, spettro di onde piane; Funzione di Green in mezzi stratificati, valutazione asintotica; Uso del teorema del campionamento. 4 -
Antenne filiformi: Distribuzione di corrente, equazioni di Pocklington e di Hallén, metodo dei momenti; Impedenza di ingresso e mutua; Antenne corte. 8 6
Allineamenti: Fattore di allineamento, array uniformi, array superdirettivi; Rappresentazioni analitiche del fattore d'array, serie di Fourier, polinomio di Schelkunoff; Distribuzioni tipiche di array a fascio sottile; Array ad elementi parassiti, antenne Yagi. 12 6
Antenne stampate: Modello a cavità, analisi col metodo dei momenti, circuiti di alimentazione; Allineamenti stampati;
6 6
Antenne a riflettore: Ottica fisica, teoria geometrica della diffrazione, metodo dell’ottica geometrica e del campo di apertura per lo studio di antenne a riflettore, efficienze di un riflettore, sistemi ad offset, sistemi a doppio riflettore, horn. 6 2
Misure sulle antenne: Misura del guadagno e del diagramma di irradiazione in spazio libero e in presenza del suolo. Misure in camera anecoica. Trasformazioni campo vicino-campo lontano. 4 -
Caratteristiche della propagazione urbana: Fast fading e slow fading, Dipendenza dalla distanza, Modello di Hokumura-Hata, Propagazione nelle micorcelle, Correlazione del fading veloce, Diversita', Trasmissione di impulsi 10 2
Valutazione del Link Budget: Caratteristiche dei sistemi cellulari - riuso di frequenza, Antenne per telefonia cellulare, Interferenze, Capacita' e copertura nell'UMTS, Radio Link Budget - Margini di Fading e di interferenza 6 2
Modelli di propagazione - Diffrazione: Propagazione per raggi, Volume efficace di un raggio - Ellissoide di Fresnel, Modelli a due e sei raggi, Diffrazione da uno schermo - GTD, Campo nella zona di transizione - UTD, Diffrazione di onde piane e sferiche, Diffrazione multipla, Propagazione orizzontale sui tetti, Attenuazione tetto-terminale mobile, Attraversamento di pareti, Propagazione indoor 13 2
Compatibilita' elettromagnetica: Riferimenti normativi sulla esposizione elettromagnetica, Campo vicino radiativo di una antenna, Volume di rispetto, Misure dei campi EM diffusi nell'ambiente, Campo vicino reattivo - esposizione nelle fasi di manutenzione 8 1

Metodi Didattici

Lezioni frontali (40 ore) ed esercitazioni in laboratorio (30 ore)
Il corso è organizzato con
- lezioni frontali con supporto di presentazioni grafiche
- esercitazioni basate su diversi software di simulazione, in particolare NEC e Prelude
- esercitazioni pratiche su sistemi hardware (misure di componenti a microonde con Network Analyzer, misure di livelli di Campo Elettromagnetico con sonda a banda larga)

Il materiale didattico è disponibile nel sito
https://www.diee.unica.it/campi/Corsi/PSWireless/materiale.html

Il docente è disponibile a fornire spiegazioni e chiarimenti durante l'intervallo fra le ore di lezione, durante l'orario di ricevimento, oppure fissando un appuntamento, o tramite posta elettronica.

Verifica dell'apprendimento

Al termine del corso lo studente dovrà scegliere due progetti da svolgere, impiegando i software di simulazione utilizzati durante le esercitazioni di laboratorio. Tali progetti verranno valutati con un punteggio fino a 3/30 ciascuno. La verifica dell’apprendimento viene effettuata a fine corso attraverso una prova orale che verterà su tutti gli argomenti presentati durante il corso, al fine di verificare le conoscenze, le abilità e le competenze che coprono l’intero programma del corso stesso. Il voto massimo assegnato all’esame orale è pari a 24/30. Il voto finale si ottiene come somma dei punteggi ottenuti in ciascun progetto e il punteggio assegnato all’esame orale.

Testi

R. E. Collin: Antennas and radiowave propagation, McGraw-Hill (student edition)

H. L. Bertoni: Radio Propagation for modern wireless systems, Prentice HAll

Pablo Angueira, Juan Romo: Microwave Line of Sight Link Engineering, Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Inc.

Altre Informazioni

Materiale del docente sul sito del corso.

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