Ingegneria Biomedica
Cod 108607
- Laurea triennale
- 3 anni
- 180 CFU
- L-8 R / L-9 R
ING-INF/02
Antenne per Comunicazioni Mobili
Codice: 20802047
Scheda insegnamento
- Anno Accademico di erogazione
- 2026/2027
- Corso di studi
- Ingegneria elettronica
- Periodo di erogazione
- Secondo semestre
- CFU
- 6 CFU
- Lingua
- Italiano
- SSD
- ING-INF/02
Scopri il programma didattico
Programma, testi adottati e modalità d’esame sono quelli pubblicati dai docenti per l’anno accademico 2026/2027.
- Docente
- Mirko Barbuto
- Curriculum
- Curriculum unico
- Anno di corso
- 3
- Periodo
- Secondo semestre
- Ore
- 48
- CUIN
- 260000506
Programma
Modulo 1: OVERVIEW DEI SISTEMI CELLULARI E CONCETTI DI ANTENNE
o Introduzione ai sistemi di comunicazione cellulare (dalla prima generazione ai sistemi 5G e 6G).
o Concetti di base della radiazione elettromagnetica (funzione di spazio libero di Green, dipolo di Hertz, near-field e far-field).
o Concetti di base di antenne: una prospettiva storica, tipi di antenna, meccanismi di radiazione, distribuzione di corrente su antenne lineari.
o Proprietà elettriche e radiative di antenne: intensità di radiazione, potenza irradiata, direttività, efficienza, guadagno, larghezza di fascio, polarizzazione, impedenza di ingresso, larghezza di banda, lunghezza efficace ed area efficace.
o Formula di Friis.
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Modulo 2: ANTENNE PER STAZIONI RADIO BASE
o Introduzione alle sfide relative al progetto di antenne per stazioni radio base.
o Panoramica delle antenne trasmittenti. Antenne omnidirezionali. Antenne a dipolo sottile e spesso. Proprietà elettriche e radianti di antenne dipolari. Dipoli a banda larga. Antenne direttive. Principio delle immagini ed uso dei riflettori. Antenne dipolari con riflettore.
o Array di antenne: schiere di antenne uniformi per i pannelli della stazione base. Analisi e sintesi metodi dell'elemento antenna singola di un pannello di base. Esempi di progettazione di antenne a dipolo omnidirezionali e direttive per GSM 900/1800 e UMTS.
o Diversità di spazio e diversità di polarizzazione. Reti formatrici di fascio per schiere di antenne. Inclinazione meccanica ed elettrica delle antenne. Antenne intelligenti ed adattative.
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Modulo 3: ANTENNE PER TERMINALI MOBILI
o Introduzione alle sfide relative al progetto di antenne per terminali mobili.
o Panoramica di antenne per terminali mobili.
o Antenne a microstriscia: concetti di base. Proprietà elettriche e radiative delle antenne a microstriscia. Analisi di antenne a microstriscia utilizzando il modello a linea di trasmissione. Tecniche di progettazione di antenne a microstriscia che lavorano in polarizzazione lineare, doppio-lineare e polarizzazione circolare.
o Esempi di antenne a microstriscia per GSM 900/1800 e UMTS. Esempi di antenne a microstriscia per Bluetooth e Wi-Fi. Esempi di pannelli di antenne a microstriscia da utilizzare come stazione UMTS per interni e antenne per punti di accesso WI-Fi.
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Modulo 4: ANALISI, PROGETTAZIONE E MISURE DI ANTENNE (LABORATORIO)
o Uso di simulatori software per l'analisi di antenne per stazioni radio-base e terminali mobili. Progettazione di array di antenne al calcolatore. Misura di antenne e reverse engineering.
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Module 5: CONCETTI AVANZATI DI ANTENNA PER SISTEMI MOBILI
o Beam steering and reconfigurable antennas.
o Metasurfaces and Vortex theory, and their potential in mobile systems.
Prerequisiti
Teoria dei Campi Elettromagnetici (Nozioni fondamentali sulle equazioni di Maxwell, la propagazione delle onde, le condizioni al contorno, e la radiazione elettromagnetica).
Testi adottati
Materiale didattico a cura del docente.
Bibliografia di riferimento
1. Antenna Theory: Analysis and Design" by Constantine A. Balanis.
2. "Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems" by Simon R. Saunders and Alejandro Aragón-Zavala.
Modalità di erogazione
L’insegnamento è articolato in lezioni frontali, esercitazioni applicative, attività di simulazione e attività pratiche di laboratorio. Le lezioni frontali introducono i principi teorici della radiazione elettromagnetica, i parametri fondamentali delle antenne e le metodologie di analisi e progettazione delle antenne per stazioni radio base e terminali mobili.
Le esercitazioni e le attività di simulazione, svolte mediante ambienti di calcolo simbolico e numerico e software specialistici quali MATLAB e CST Studio Suite, consentono agli studenti di applicare le conoscenze acquisite all’analisi, al dimensionamento e all’ottimizzazione di antenne e schiere di antenne per sistemi di comunicazione mobile.
Infine, le attività pratiche di laboratorio, ove disponibili, prevedono l’impiego guidato di strumenti e procedure per la misura e la caratterizzazione sperimentale delle antenne, nonché il confronto tra risultati sperimentali, previsioni teoriche e risultati delle simulazioni.
Modalità di frequenza
Frequenza facoltativa ma altamente raccomandata.
Modalità di valutazione
La valutazione prevede una prova scritta composta da due domande sugli argomenti del corso e lo svolgimento di un progetto in itinere.
Prove previste
- Prova orale
- Prova scritta
- Prove intermedie
- Valutazione di un progetto
Esplora gli obiettivi dell’insegnamento
Ambito disciplinare: A scelta dello studente
Il corso ha il compito di fornire allo studente la conoscenza sui metodi di analisi e di progetto delle antenne per le stazioni radio base e per i terminali mobili impiegate nei sistemi di comunicazione cellulari.
Risultati di apprendimento attesi
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:
1) descrivere l’evoluzione e le principali caratteristiche dei sistemi di comunicazione cellulare, dalle prime generazioni ai sistemi 5G e 6G;
2) spiegare i meccanismi fondamentali della radiazione elettromagnetica e distinguere le caratteristiche dei campi in zona vicina e in zona lontana;
3) definire e calcolare i principali parametri elettrici e radiativi delle antenne, tra cui diagramma di radiazione, direttività, guadagno, efficienza, polarizzazione, impedenza d’ingresso, larghezza di banda, lunghezza efficace e area efficace;
4) applicare la formula di Friis e i concetti fondamentali del collegamento radio per valutare le prestazioni di un sistema di comunicazione wireless;
5) analizzare il funzionamento e le prestazioni delle principali tipologie di antenna impiegate nelle stazioni radio base, comprese antenne a dipolo, antenne con riflettore e schiere di antenne;
6) analizzare e progettare schiere di antenne e reti di alimentazione per il controllo del diagramma di radiazione, considerando anche la diversità spaziale e di polarizzazione, l’inclinazione del fascio e le tecniche di beamforming;
7) analizzare e dimensionare antenne a microstriscia per terminali mobili e applicazioni wireless, con polarizzazione lineare, doppio-lineare o circolare;
8) selezionare la tipologia e la configurazione di antenna più appropriate in funzione dei requisiti di uno specifico sistema di comunicazione mobile;
9) utilizzare strumenti di calcolo e simulazione, quali MATLAB e CST Studio Suite, per l’analisi, la progettazione e l’ottimizzazione di antenne e schiere di antenne;
10) eseguire e interpretare misure per la caratterizzazione sperimentale delle antenne, confrontando i risultati ottenuti con le previsioni teoriche e numeriche;
11) descrivere e valutare criticamente concetti avanzati quali beam steering, antenne riconfigurabili, metasuperfici e teoria dei vortici elettromagnetici, considerandone le potenziali applicazioni nei sistemi mobili;
12) documentare e comunicare con chiarezza le scelte progettuali, le procedure adottate e i risultati delle attività di simulazione e laboratorio.
Informazioni utili
Per questo insegnamento non sono pubblicate informazioni aggiuntive. Materiale didattico e documenti si trovano sulla piattaforma del corso.