Circuiti ad Alta Frequenza per Systems-on-Chip

Il corso ha l'obiettivo di fornire allo studente le competenze teoriche e la conoscenza delle tecniche di studio e design relative alla analisi, progettazione, e validazione di circuiti e sistemi ad alta frequenza per comunicazioni mobili basati su superfici artificiali, metasuperfici e smart skin elettromagnetiche sia statiche sia riconfigurabili e sistemi on-chip. Nella prima parte del corso si introdurranno i principi fondamentali della radiazione da superfici con impedenza controllabile a micro-scala e dei relativi parametri descrittivi. Nella seconda parte del corso saranno fornite agli studenti le competenze fondamentali (sia teoriche sia tecnologiche) per la progettazione di applicazioni basate su metasuperfici e smart skin elettromagnetiche (tra cui reflectarray, WAIMs, polarizzatori d'onda, wave absorbers, wave benders) per comunicazioni mobili. Durante il corso saranno svolte esercitazioni guidate al calcolatore per la progettazione, simulazione elettromagnetica, e la validazione numerica mediante tool SW commerciali di design basati su metasuperfici e smart skin sia statiche sia riconfigurabili in scenari di comunicazioni mobili. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di analizzare teoricamente, progettare, modellare, simulare, e validare sistemi basati su metasuperfici e smart skin elettromagnetiche sia statiche sia riconfigurabili.

Contenuti del corso

Parte 1. Richiami di propagazione wireless

Introduzione e fondamenti dei sistemi wireless per comunicazioni. Richiami ai principi della radiazione e i parametri descrittivi dei sistemi wireless.  

Parte 2. Introduzione alle superfici artificiali, metasuperfici, e smart skin elettromagnetiche

Il concetto di "Surface Electromagnetics". Superfici uniformi, frequency-selective surfaces, soft/hard surfaces, quasi-periodic surfaces. Teorema di equivalenza superficiale.  

Parte 3. Sintesi, analisi, e simulazione di metasuperfici e smart skins

Sintesi mediante concetto di impedenza superficiale. Analisi numerica di metasuperfici ed esempi illustrativi. Realizzazione pratica di metasuperfici. Analisi e modeling di strutture quasi-periodiche. Applicazione al design di reflectarray e transmittarray. Cenni alle metasuperfici con impedenza modulata.  

Parte 4. Applicazioni in sistemi a microonde, Terahertz, e frequenze ottiche

Esempi di applicazioni delle superfici artificiali, metasuperfici, e smart skin in sistemi wireless a microonde tra cui assorbitori ultra-sottili, superfici a controllo della polarizzazione, antenna a basso profilo, WAIMs, Reflectarrays e Transmitarrays. Cenni ad applicazioni ad altissima frequenza (metalenti ottiche, invisibility cloaks).

 

Bibliografia

• C. A. Balanis, Antenna Theory, John Wiley & Sons, 1997.
• R. J. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, 2nd Ed. Artech House, 2005.
• F. Yang, Y. Rahmat-Samii, Surface Electromagnetics with Applications in Antenna, Microwave, and Optical Engineering, Cambridge University Press, 2019.
• D. H. Werner and D. H. Kwon, Transformation Electromagnetics and Metamaterials, Fundamental Principles and Applications, Springer, 2014.