L'obiettivo principale di questo Progetto di ricerca è lo sviluppo di modelli e metodi innovativi per la progettazione di circuiti elettronici integrati a basso rumore ed elevata dinamica ed, in particolare, mixer, amplificatori ed oscillatori a basso rumore di fase, che sono blocchi funzionali fondamentali per la realizzazione di sistemi di telecomunicazioni ad alte prestazioni operanti a microonde ed onde millimetriche. La principale motivazione applicativa del programma deriva dalla richiesta di sistemi per comunicazioni radio ad alte prestazioni e basso costo, come conseguenza della crescente domanda di servizi a larga banda. Tuttavia vi sono anche importanti motivazioni scientifiche che hanno stimolato la proposta in oggetto, essendo ancora da esplorare ed approfondire diverse, importanti aree di ricerca nel campo dello studio dei modelli e degli strumenti di progetto per circuiti non lineari a basso rumore impiegati nei sistemi di telecomunicazioni a microonde. Infatti, benché i modelli di rumore ed il progetto di circuiti a basso rumore siano già stati ampiamente studiati e sviluppati nel caso di funzionamento lineare in regime di piccoli segnali (in particolare nel caso di amplificatori a basso rumore per piccoli segnali), lo stato dell'arte dei modelli di rumore per la progettazione di circuiti il cui funzionamento è intrinsecamente non lineare (oscillatori, mixer ed amplificatori a basso rumore soggetti a forti segnali interferenti) è ancora lontano dall'aver raggiunto un livello di maturità pienamente soddisfacente. Ciò è comprensibile se si considera che modelli e tecniche di progettazione a basso rumore divengono molto più complessi da studiare quando si deve tener conto anche dei problemi di conversione di frequenza del rumore derivanti da modalità di funzionamento fortemente non lineari. L'importanza di queste problematiche è confermata del fatto che, in altri paesi europei, sono già stati attivati progetti nazionali di ricerca su tali tematiche e che le stesse sono state oggetto di numerosi workshop, special session e short-course nell'ambito di importanti congressi internazionali (European Microwave Week, MTTS, ecc). Per tali motivi l'attività di ricerca sarà orientata verso lo sviluppo di modelli e metodi innovativi per il progetto di circuiti integrati per microonde a basso rumore e bassa distorsione. Verranno progettati e realizzati prototipi di mixer ed oscillatori, e sviluppate tecniche di misura per la caratterizzazione dei transistori in termini di rumore in regime non lineare e per la validazione degli strumenti di progetto. Il know-how scientifico necessario per queste attività si può trovare nell'ambito delle Unità di ricerca che partecipano al Progetto e che hanno già collaborato su questi argomenti in passato ottenendo in un precedente progetto risultati interessanti, seppur preliminari e limitati al rumore di fase negli oscillatori. Pertanto uno degli obiettivi del presente progetto è anche quello di ampliare, stimolare ulteriormente e finalizzare la collaborazione tra gruppi di ricerca che hanno competenze di alto livello nei diversi settori che fanno riferimento ai modelli ed alle tecniche di misura del rumore, ai modelli non lineari dei dispositivi elettronici ed alla progettazione di circuiti integrati ad alte prestazioni per applicazioni nel campo delle telecomunicazioni a microonde. Infine, considerando le possibili applicazioni industriali, si può anche osservare che i circuiti non lineari a basso rumore per microonde sono importanti non solo nei sistemi di telecomunicazioni propriamente detti, ma anche per la telemetria ed il telerilevamento (per esempio radar e radiometri). Diverse industrie italiane operanti nei settori dell'elettronica per telecomunicazioni e per telerilevamento hanno manifestato esplicitamente il loro interesse per gli obiettivi del Progetto di ricerca, dichiarando anche la propria disponibilità a fornire il proprio contributo tecnolo...

Modelli non lineari e metodi di progetto per sistemi radio integrati a basso rumore ed elevata dinamica

FILICORI, FABIO
2006

Abstract

L'obiettivo principale di questo Progetto di ricerca è lo sviluppo di modelli e metodi innovativi per la progettazione di circuiti elettronici integrati a basso rumore ed elevata dinamica ed, in particolare, mixer, amplificatori ed oscillatori a basso rumore di fase, che sono blocchi funzionali fondamentali per la realizzazione di sistemi di telecomunicazioni ad alte prestazioni operanti a microonde ed onde millimetriche. La principale motivazione applicativa del programma deriva dalla richiesta di sistemi per comunicazioni radio ad alte prestazioni e basso costo, come conseguenza della crescente domanda di servizi a larga banda. Tuttavia vi sono anche importanti motivazioni scientifiche che hanno stimolato la proposta in oggetto, essendo ancora da esplorare ed approfondire diverse, importanti aree di ricerca nel campo dello studio dei modelli e degli strumenti di progetto per circuiti non lineari a basso rumore impiegati nei sistemi di telecomunicazioni a microonde. Infatti, benché i modelli di rumore ed il progetto di circuiti a basso rumore siano già stati ampiamente studiati e sviluppati nel caso di funzionamento lineare in regime di piccoli segnali (in particolare nel caso di amplificatori a basso rumore per piccoli segnali), lo stato dell'arte dei modelli di rumore per la progettazione di circuiti il cui funzionamento è intrinsecamente non lineare (oscillatori, mixer ed amplificatori a basso rumore soggetti a forti segnali interferenti) è ancora lontano dall'aver raggiunto un livello di maturità pienamente soddisfacente. Ciò è comprensibile se si considera che modelli e tecniche di progettazione a basso rumore divengono molto più complessi da studiare quando si deve tener conto anche dei problemi di conversione di frequenza del rumore derivanti da modalità di funzionamento fortemente non lineari. L'importanza di queste problematiche è confermata del fatto che, in altri paesi europei, sono già stati attivati progetti nazionali di ricerca su tali tematiche e che le stesse sono state oggetto di numerosi workshop, special session e short-course nell'ambito di importanti congressi internazionali (European Microwave Week, MTTS, ecc). Per tali motivi l'attività di ricerca sarà orientata verso lo sviluppo di modelli e metodi innovativi per il progetto di circuiti integrati per microonde a basso rumore e bassa distorsione. Verranno progettati e realizzati prototipi di mixer ed oscillatori, e sviluppate tecniche di misura per la caratterizzazione dei transistori in termini di rumore in regime non lineare e per la validazione degli strumenti di progetto. Il know-how scientifico necessario per queste attività si può trovare nell'ambito delle Unità di ricerca che partecipano al Progetto e che hanno già collaborato su questi argomenti in passato ottenendo in un precedente progetto risultati interessanti, seppur preliminari e limitati al rumore di fase negli oscillatori. Pertanto uno degli obiettivi del presente progetto è anche quello di ampliare, stimolare ulteriormente e finalizzare la collaborazione tra gruppi di ricerca che hanno competenze di alto livello nei diversi settori che fanno riferimento ai modelli ed alle tecniche di misura del rumore, ai modelli non lineari dei dispositivi elettronici ed alla progettazione di circuiti integrati ad alte prestazioni per applicazioni nel campo delle telecomunicazioni a microonde. Infine, considerando le possibili applicazioni industriali, si può anche osservare che i circuiti non lineari a basso rumore per microonde sono importanti non solo nei sistemi di telecomunicazioni propriamente detti, ma anche per la telemetria ed il telerilevamento (per esempio radar e radiometri). Diverse industrie italiane operanti nei settori dell'elettronica per telecomunicazioni e per telerilevamento hanno manifestato esplicitamente il loro interesse per gli obiettivi del Progetto di ricerca, dichiarando anche la propria disponibilità a fornire il proprio contributo tecnolo...
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