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Riassunto analitico
Questa tesi è il frutto di una ricerca volta ad approfondire le caratteristiche, le principali applicazioni e le prospettive delle antenne attive integrate. La trattazione ripercorre l’evoluzione di queste strutture, introducendo le configurazioni più diffuse. Analizza i componenti costitutivi, evidenziandone caratteristiche e limiti, e descrive le possibili tecniche di modellizzazione lineari e non lineari. Si analizzano in dettaglio le principali tecniche per la combinazione spaziale di potenza nelle schiere di più elementi. Vengono esaminate, inoltre, le nuove modalità di sintonizzazione armonica per amplificatori di potenza ad alta efficienza. Si riportano infine le applicazioni più diffuse includendo alcuni confronti tra prototipi di antenne attive integrate per sistemi di comunicazione wireless e le corrispondenti antenne passive.
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Prefazione
Questa tesi costituisce un documento informativo sulla tecnologia delle antenne attive integrate. Affronta i concetti fondamentali, le caratteristiche, le principali
applicazioni e le prospettive che queste strutture possono offrire.
Organizzazione della tesi
I contenuti, suddivisi in cinque capitoli e due appendici, sono organizzati nel seguente modo.
Il primo capitolo, di carattere introduttivo, analizza le motivazioni che hanno contribuito allo sviluppo delle antenne attive integrate, presentandone i vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali, le principali caratteristiche e le difficoltà realizzative. I cenni storici ripercorrono l’evoluzione di questi sistemi fino agli sviluppi attuali, delineandone i principali ambiti applicativi.
Con il secondo capitolo inizia la parte fondamentale della tesi. Esso descrive in dettaglio la struttura e le caratteristiche dei componenti attivi e passivi di un’antenna attiva integrata. Successivamente si analizzano alcune strutture ottenute dall’integrazione di elementi radianti con diodi e transistori. La trattazione prosegue con la classificazione delle antenne attive integrate in base alla funzione svolta dai componenti attivi. Oltre alle tre configurazioni principali: oscillatore, amplificatore e convertitore di frequenza, vengono esaminate in dettaglio le configurazioni ibride, come i transricevitori, ottenute dalla combinazione delle precedenti. Il capitolo prosegue con l’analisi delle schiere di antenne attive per la combinazione spaziale di potenza. Vengono esaminate in dettaglio le principali tecniche di sincronizzazione degli oscillatori accoppiati per gli arrays con combinazione di potenza in direzione broadside, per gli arrays a scansione del fascio e per gli arrays retrodirettivi. Il capitolo si conclude con la presentazione della struttura multilivello e con la descrizione dei vantaggi ottenibili con il controllo ottico delle antenne attive integrate.
Il terzo capitolo entra in dettaglio nel progetto delle antenne attive integrate, analizzando alcune tecniche di modellizzazione sia lineari che non lineari. La trattazione prosegue con la descrizione delle tecniche di analisi degli elementi stampati e si sofferma sui metodi di analisi full-wave.
Il quarto capitolo esamina i vantaggi associati all’impiego della tecnologia AIA per la realizzazione di amplificatori di potenza ad alta efficienza. Vengono esaminate le nuove tecniche di sintonizzazione armonica basate sulla tecnica AIA e quelle ottenute dalla combinazione di antenne attive e strutture periodiche a bandgap fotonico. Il capitolo si conclude analizzando la progettazione di un amplificatore di potenza per applicazioni front-end a 7,25 GHz, realizzato integrando un transistore FET ad eterogiunzione ed un’antenna stampata a settore circolare.
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Il quinto capitolo, dopo una panoramica sulle principali aree applicative, descrive in dettaglio alcune applicazioni per sensori automobilistici e per sistemi di comunicazione. Prosegue con la valutazione delle prestazioni di un prototipo di antenna attiva integrata per sistemi di comunicazione wireless a 25 GHz e si conclude con l’analisi di un’altra struttura sperimentale per a ricezione nelle bande millimetriche. Nei due casi le prestazioni dell’antenna attiva sono confrontate con quelle di un’antenna passiva con struttura analoga.
L’appendice A offre una panoramica sulle tecniche produttive impiegate per l’implementazione di antenne attive.
Nell’appendice B sono riportate le classificazioni delle bande alle microonde.
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Ringraziamenti:
Ai relatori per la loro guida, in particolare al Prof. Paolo Nepa per la saggezza con cui ha indirizzato le mie scelte e per i preziosi consigli. Ai miei genitori e a Ezio che mi ha aiutata e non ha mai smesso di incoraggiarmi.
