Circuiti e sottosistemi a microonde e onde millimetriche per ricevitori a basso rumore e antenne intelligenti

This work deals with aspects relating to analysis and design methodologies and techniques for some circuits in high sensitivity and reconfigurable front-end RF receivers. These circuits are: low noise amplifier and RF attenuators. Finally, further investigation has focused aspects and issues of multi-function high integration circuits. A methodology for designing microwave low noise amplifiers is reported. The latter has led to define the I/O matching relationships simultaneously achievable in an LNA. The main result of this investigation is the identification of a chart that allows to synoptically evaluating the achievable gain and I/O matching of a 2-port amplifier, once the source impedance is fixed and consequently the LNA noise factor. A set of analytical and synthetic methods on millimetre wave low noise amplifiers has been proposed, covering topics from the active device technology selection to test the realized LNA. The meaning of the noise measure parameter is reprised for designing millimetre wave low-noise. The issues of and 3D planar EM millimetre wave simulation is also investigated. The parasitic phase shift in digital attenuators has been investigated in depth. Such parasitic effect is related to the change of state in digital switched attenuators. A technique has been suggested and circuit equations were derived that allow to compensate such unwanted phase shift, providing design relations that allows to estimate the value of the reactive element that compensates for this undesirable effect. Finally, in the field of multi-function high-integration circuits design, the feasibility of a module containing several functionalities has been investigated. The latter are: control of the signal amplitude, amplification, selection of Tx/Rx mode, control the phase of the signal and serial to parallel control data conversion. The design procedures of some sub-modules, together with the criteria and the steps followed in the process of integration, have been reported.

Questo lavoro affronta gli aspetti riguardanti le metodologie e tecniche di analisi e progettazione per alcune funzionalità in front-end ricevitori a radiofrequenza ad elevata sensibilità e riconfigurabili. Tali funzionalità sono: l’amplificazione a basso rumore e il controllo dell’ampiezza di un segnale a RF. Infine, un’ulteriore investigazione ha focalizzato gli aspetti e le criticità in circuiti multi-funzione a elevata integrazione. E’ stata mostrata una metodologia per progettazione di amplificatori a basso rumore a microonde che ha portato a definire le relazioni di adattamento simultaneamente ottenibile in ingresso e uscita in un LNA. Il principale risultato di tale investigazione è l’individuazione di un grafico che permette di valutare in modo sinottico il guadagno di trasduzione e gli adattamenti I/O di una rete 2-porte amplificatrice una volta fissata l’impedenza di sorgente, e quindi il fattore di rumore del LNA. Sull’argomento degli amplificatori a basso rumore a onde millimetriche, è stato proposto un insieme di metodi analitici e sintetici che coprono le tematiche dalla scelta della tecnologia del dispositivo attivo al test del LNA realizzato. E’ stato ripreso il significato della Misura di Rumore nella progettazione a basso rumore a onde millimetriche investigando anche le tematiche della simulazione EM planare e 3D a onde millimetriche. All’interno della tematica sul controllo dell’ampiezza di un segnale a RF è stato investigato in profondità lo sfasamento parassita connesso al cambio di stato in attenuatori digitali a commutazione. E’ stata suggerita una tecnica circuitale e sono state ricavate equazioni di progetto che permettono di compensare tale sfasamento indesiderato, fornendo una relazione che consente di dimensionare l’elemento reattivo che compensa tale effetto sgradito. Infine, sulla materia della progettazione di circuiti-multi funzione a elevata integrazione è stata investigata la realizzabilità di un modulo contenente diverse funzionalità: controllo dell’ampiezza del segnale, amplificazione, scelta del modo T/R, controllo della fase del segnale e conversione seriale/parallelo dei dati di comando. Sono state presentate le procedure di progetto di alcuni sottosistemi nonché i criteri e i passi seguiti nella fase di integrazione.