Gruppo opzionale:
Gruppo 9-11: Tre insegnamenti (caratterizzanti o affini) tra I e II anno per 21 CFU totali, di cui almeno 15 caratterizzanti (B) - (visualizza)
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15
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20810339 -
ADVANCED ELECTROMAGNETIC COMPONENTS AND CIRCUITS
(obiettivi)
Il corso presenta il progetto di componenti e circuiti elettromagnetici in scenari applicativi moderni avanzati tra i quali le comunicazioni wireless, i componenti e dispositivi a microonde e a frequenze ottiche, i circuiti, le comunicazioni a microonde ed i sistemi radar, produzione/ trasferimento/immagazzinamento dell’energia in modalità wireless, con particolare riferimento agli aspetti innovativi legati all’impiego di materiali elettromagnetici artificiali e metamateriali.
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TOSCANO ALESSANDRO
( programma)
Il corso è composto da 5 unità didattiche articolate come segue:
PARTE 1 –PROPAGAZIONE GUIDATA E CIRCUITI DI ADATTAMENTO
Modellizzazione di strutture guidanti, Circuiti reali di adattamento delle strutture guidanti, Reti di adattamento a banda stretta e a banda larga, Trasformatore a larga banda con funzione di trasferimento binomiale e di Chebyshev.
PARTE 2 – RETI A MICROONDE: MODELLI E PROPRIETA’
Rappresentazioni matriciali delle reti a microonde e loro relazioni (Matrice ABCD, Matrice delle impedenze e delle ammettenze, Matrice di scattering e relazioni con le altre rappresentazioni matriciali), Matrice di Scattering [S] di una rete a N porte, Proprietà del componente osservando la matrice [S]: Reciprocità, Adattamento, Lossless. Rappresentazione a Grafo della matrice [S] per l'analisi dei componenti, Analisi della risposta in frequenza di componenti in una rete a microonde e progettazione delle reti compensatrici.
PARTE 3 – COMPONENTI A 3 PORTE
Analisi di una rete 3 porte generica, Analisi e progettazione di un circolatore a microonde, Analisi e progettazione di divisori di potenza (Divisore a giunzione, Divisore resistivo, Divisore di Wilkinson) in configurazione bilanciata e sbilanciata.
PARTE 4 – COMPONENTI A 4 PORTE
Analisi di una rete 4 porte generica, Proprietà e parametri di un accoppiatore direzionale, Analisi di accoppiatori direzionali simmetrici, antisimmetrici e ibridi in quadratura ed ad anello, Progettazione di accoppiatori direzionali
PARTE 5 –PROGETTAZIONE DI RETI E COMPONENTI AVANZATI
Introduzione alla progettazione di reti a microonde ed onde millimetriche reali quali i filtri e gli amplificatori per piccoli segnali. Introduzione all’uso di software CAD elettromagnetici per l’analisi e progettazione dei circuiti a microonde. Introduzione ai componenti in metamateriale per applicazioni radar, satellitari e comunicazioni wireless.
( testi)
I testi di riferimento del corso sono:
1) Appunti del docente disponibili su Teams
2) “Microwave engineering”, autore David Pozar, editore Wiley
3) “Electromagnetic Waves and Antennas”, autore S.J. Orfanidis (free book online)
4) “Microwave solid state circuit design”, autori: I Bahl e P. Bhartia, editore: Wiley
5) “Foundation of Microwave Engineering”, autore: Robert E. Collin, editore: Wiley
6) “The stripline circulator: Theory and practice” , autore: J. Helszajn, editore: Wiley
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ING-INF/02
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Attività formative caratterizzanti
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20810153 -
ANTENNAS AND PROPAGATION
(obiettivi)
Il corso si propone di completare la formazione sulle antenne ricevuta in corsi precedenti, in particolare in relazione allo studio e progettazione delle antenne ad apertura, delle antenne planari e degli allineamenti di antenne. Introduce inoltre il problema dello scattering elettromagnetico sia da strutture presenti nell’ambiente che da eventuali diffusori presenti nel terreno. Si propone infine di affrontare lo studio della propagazione delle onde radio e microonde nell’atmosfera terrestre. Ambiti di applicazione: industria biomedica, elettrica, elettronica e delle telecomunicazioni.
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ING-INF/02
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Attività formative caratterizzanti
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20802052 -
DISPOSITIVI E SISTEMI FOTOVOLTAICI
(obiettivi)
Il corso fornisce una conoscenza di base dei principi fisici di funzionamento e delle tecnologie dei dispositivi fotovoltaici partendo dalle celle solari di prima generazione in silicio (cristallino, policristallino e amorfo) e proseguendo con i dispositivi di seconda (tecnologie a film sottile) e terza generazione (celle multigiunzione). Il corso tratta dispositivi, moduli e sistemi fotovoltaici e comprende un'introduzione all'accumulo e alla distribuzione dell'energia solare. Obiettivo del corso è far acquisire le conoscenze specifiche per il progetto, l'analisi e la caratterizzazione di dispositivi e sistemi fotovoltaici. Sono previste esercitazioni in laboratorio su celle commerciali e sperimentali e simulazioni con SPICE.
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COLACE LORENZO
( programma)
Introduzione: Cenni storici. Costi e previsioni di mercato. Obiettivi delle ricerche attuali. Sviluppo e sfide del silicio cristallino e delle tecnologie a film sottile. Sistemi a concentrazione. Tecnologie emergenti e future.
Fisica della cella solare: Radiazione solare. Richiami di teoria dei semiconduttori. Assorbimento ottico. Generazione, ricombinazione e trasporto. Caratteristiche I–V e parametri caratteristici. Celle solari a elevata efficienza. Effetti di ricombinazione superficiale. Band gap ed efficienza. Risposta spettrale. Effetti di resistenza parassita. Effetti della temperatura. Celle solari a concentrazione. Limitazioni di efficienza. Criteri di ottimizzazione.
Celle e moduli in silicio cristallino: Il silicio monocristallino. Celle solari in Si monocristalino. Celle multicristalline. Moduli in silicio monocristallino. Proprietà elettriche e ottiche dei moduli. Proprietà dei moduli sul campo.
Celle solari a film sottile in Si: Panoramica delle celle a film sottile. Criteri di progetto. Tendenze future.
Celle solari multigiunzione III-V: Fisica delle celle multigiunzione. Configurazione delle celle. Calcolo delle prestazioni. Considerazioni sui materiali. Celle multigiunzione di ultima generazione.
Celle solari a concentrazione: Tipi di concentratori. Ottica dei concentratori. Analisi e progetto.
Celle solari in silicio amorfo: Struttura elettronica del silicio amorfo idrogenato. Deposizione di silicio amorfo. Celle solari in a-Si. Celle multigiunzione. Celle in a-Si su supporto flessibile.
Celle solari in Cu(InGa)Se2: Proprietà del materiale. Metodi di deposizione. Realizzazione dei dispositivi. Principio di funzionamento. Caratteristiche ottiche ed elettriche.
Caratterizzazione di celle e moduli: Figure di merito. Misura delle caratteristiche I-V. Responsività spettrale. Qualificazione e certificazione dei moduli.
Sistemi fotovoltaici: Introduzione ai sistemi fotovoltaici. Componenti. Sviluppi della tecnologia dei sistemi. Immagazzinamento. Power Conditioning. Energia assorbita e fornita da sistemi fotovoltaici. Considerazioni economiche e ambientali.
Simulazioni con PC1D.
Esercitazioni in laboratorio: caratteristiche I-V, estrazione dei parametri.
( testi)
M.A. Green "Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications" (Prentice-Hall)
J. Nelson "Physics of Solar Cells" Imperial College Press 1st (first) Edition
+ contenuti aggiuntivi su piattaforma e-learning Moodle
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Attività formative caratterizzanti
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20810202 -
MICRO E NANOTECNOLOGIE ELETTRONICHE
(obiettivi)
Il corso si propone di illustrare le principali tecnologie micro e nano elettroniche attualmente in uso in diversi ambiti, per alte frequenza nelle telecomunicazioni, per elettronica organica su substrati plastici flessibili, per display nell’elettronica di consumo. Vengono poi analizzate alcune tecnologie emergenti, quali l’elettronica in grafene e l’elettronica basata su fili quantici e nanotubi di carbonio. Particolare attenzione è rivolta al principio di funzionamento dei computer quantistici e le nuove prospettive di calcolo.
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ROSSI MARIA CRISTINA
( programma)
Richieste del mercato elettronico: altissima densità di integrazione dei dispositivi elettronici, MOSFET sub micrometrici, effetti di canale corto, drain induced barrier lowering (DIBL), correnti di perdita nel gate.
Elettronica per alta frequenza nelle telecomunicazioni: bandgap engineering, eterogiunzioni, dispositivi ad alta mobilità elettronica (HEMT) e transistor bipolari a etero giunzione (HBT), tecniche di realizzazione. Ingegneria della deformazione all’eterogiunzione (STRAINTRONICS).
Elettronica organica su substrati plastici flessibili, elettronica indossabile: semiconduttori organici, trasporto di carica, dispositivi organici, tecniche di realizzazione.
Tecnologie elettroniche per display: a cristalli liquidi (LCD display), a punti quantici (QD display), OLED display. Struttura e proprietà dei punti quantici (QD).
Tecnologie emergenti
Elettronica in Grafene: Struttura, proprietà e tecniche di realizzazione. Dispositivi in grafene.
Porte logiche, circuiti di calcolo per la nano elettronica: fili quantici (QW, quantum wires). Struttura, proprietà e tecniche di realizzazione.
Sensori chimici e biosensori nanometrici: nanotubi di carbonio (CNT). Struttura, proprietà, tecniche di realizzazione.
Computer quantistici: computazione quantistica, capacità di calcolo e parallelismo quantistico, bit quantistici (Qubit) e porte logiche quantistiche, “entanglement” quantistico.
( testi)
ThomasBrozek, Micro- and Nanoelectronics: Emerging Device Challenges and Solutions, CRC Press (2014)
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ING-INF/01
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Attività formative caratterizzanti
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20810086 -
SUPERCONDUTTIVITÀ SPERIMENTALE
(obiettivi)
Acquisire conoscenze riguardanti: le applicazioni della superconduttività, le metodologie delle principali indagini sperimentali sui superconduttori, i fondamenti dei principali modelli teorici. Identificare quali peculiarità della superconduttività siano sfruttate in dispositivi e sistemi basati su superconduttori.
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SILVA ENRICO
( programma)
1 Fondamenti e complementi.
Resistenza nulla, correnti persistenti. Persistent Current Switch. Effetto Meissner. Superconduttori di tipo I e II. Campi critici. Quantizzazione del flussoide. Equazioni dei London. Modello a due fluidi.
2 Materiali superconduttori.
Metalli e leghe: superconduttori tecnologici. Superconduttori ad alta Tc. Superconduttori a base di ferro. Superconduttori anisotropi.
3 Teoria.
Cenni alla teoria microscopica BCS. Termodinamica dello stato superconduttivo. Teoria di Ginzburg-Landau
4.Conducibilità a radiofrequenza.
Conducibilità ac. Impedenza superficiale. Dispositivi superconduttivi rf. Superconduttori per le cavità acceleratrici e per i grandi esperimenti.
5 Superconduttori di Tipo II.
Flussoni. Reticolo di Abrikosov. Campi critici inferiore e superiore. Moto flussonico. Pinning. Irreversibilità. Modello di Bean. Flux-flow, flux-creep, TAFF.
6.Superconduttività per l'energia
Applicazioni: SFCL: limitatori di corrente a superconduttore; Magneti superconduttori per la fusione nucleare; Accumulatori: SMES, Flywheels
7.Superconduttività nel quantum computing
8. (facoltativo) Effetto Josephson.
Effetto Josephson (derivazione di Feynmann). Modello RCSJ. Effetto Josephson ac. Shapiro steps. Standard di tensione. SQUID; Effetto del campo magnetico, corrente critica e interferenza quantistica. Caso di schermaggio debole. Applicazioni.
( testi)
Sono elencati i testi da cui sono tratti gli argomenti. Sul sito sono indicati i capitoli rilevanti e le eventuali integrzioni. Lucidi e dispense vengono distribuiti durante il corso attraverso il sito web.
Sito web (al momento della redazione di questa nota): http://www.sea.uniroma3.it/eldem/
[BK]
W. Buckel, R. Kleiner, "Superconductivity - Fundamentals and Applications", Wiley
[EH]
C. Enss, S. Hunklinger, "Low-Temperature Physics", Springer
[FS]
K. Fossheim, A. Sudbø, "Superconductivity - Physics and applications", John Wiley and Sons, Ltd.
[IW]
Iwasa, "Case Studies in Superconducting Magnets", 2nd Edition, Springer
[OD]
T.P. Orlando, K.A. Delin, "Foundations of Applied Superconductivity", Addison Wesley
si vedano anche le slide del corso "Applied Superconductivity" del MIT (Open CourseWare)
[OPe]
F. J. Owens, Ch. P. Poole, Jr., "Electromagnetic Absorption in the Copper Oxide Superconductors", Springer
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ING-INF/07
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Attività formative caratterizzanti
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Gruppo opzionale:
Gruppo 9-11: Tre insegnamenti tra I e II anno per 21 CFU totali, di cui almeno 15 caratterizzanti (B) - (visualizza)
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20810216 -
ENERGETICA ELETTRICA
(obiettivi)
Lo studente verrà posto in grado di familiarizzare con le problematiche relative all’efficienza energetica alla luce del fabbisogno energetico delle utenze industriali e del terziario. Saranno forniti gli strumenti per comprendere le problematiche della generazione elettrica distribuita con riguardo alla generazione elettrica da fonti rinnovabili, fotovoltaico ed eolico, e dei diversi sistemi di accumulo. Per i sistemi sopradetti verranno trattati i problemi che sono alla base delle scelte dei sistemi di connessione alla rete elettrica ed i sistemi attivi per ridurre le cause di inquinamento della rete stessa.
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Erogato presso
20810216 ENERGETICA ELETTRICA in Ingegneria meccanica LM-33 CRESCIMBINI FABIO
( programma)
Il vettore energetico "elettricità" e la sua produzione nei contesti mondiale, europeo e nazionale. Macrosettori di utilizzazione dell’elettricità e tipici diagrammi di carico del sistema elettrico di trasmissione e di distribuzione. Cenni sul mercato dell’energia elettrica in Italia. Fonti energetiche rinnovabili: quadro generale; contesto globale, europeo e nazionale. Aspetti tecnici della transizione tecnologica verso la generazione distribuita, le comunità energetiche e le smart-grid.
Efficienza energetica degli impianti elettrici utilizzatori (norma CEI 64-8/8-1): localizzazione dei quadri elettrici (metodo del baricentro elettrico), scelta della taglia dei trasformatori della cabina di distribuzione, perdite nei conduttori, criteri di progettazione per zone/utilizzo/maglie, motori elettrici ad alta efficienza e azionamenti a velocità variabile per la gestione dei fluidi, gestione dei carichi elettrici, correzione del fattore di potenza, qualità dell’alimentazione e continuità del servizio.
Dispositivi per l’accumulo di energia per la gestione di fonti rinnovabili non programmabili: accumulatori elettrochimici, sistemi combinati accumulatore elettrochimico e supercondensatori, sistemi superconducting magnetic energy storage (SMES), sistemi per la produzione e l’accumulo di idrogeno (P2G). Sistemi di generazione elettrica con celle a combustibile. Convertitori elettronici di potenza DC-DC per la regolazione e il controllo della potenza in corrente continua ai terminali di generatori elettrici (moduli fotovoltaici, celle a combustibile) o di sistemi di accumulo.
Caratteristiche della radiazione solare e di funzionamento di una cella fotovoltaica. Moduli fotovoltaici e tipiche configurazioni dei campi fotovoltaici per la generazione stand-alone o per il collegamento in rete. Algoritmi di maximum power point tracking. Norma CEI 0-21 e aspetti di regolazione e controllo nei sistemi connessi alla rete.
Sistemi di generazione da fonte eolica: producibilità potenziale e cenni sul principio di funzionamento di un aeromotore. Curva di potenza di un aeromotore e tipico campo di funzionamento in relazione alla velocità del vento. Architetture dei sistemi eolici a velocità fissa o a velocità variabile con macchina elettrica sincrona oppure asincrona con rotore a gabbia o con rotore avvolto. Algoritmi di controllo per la regolazione di maximum power point tracking nei sistemi eolici a velocità variabile e algoritmi di regolazione della potenza attiva e reattiva dei sistemi collegati alla rete. Parchi eolici offshore e sistemi HVDC per il collegamento con la rete elettrica.
Cenni sui sistemi di generazione idroelettrica con impianti ad acqua fluente o a bacino. Generazione distribuita con sistemi mini o micro-idraulici per funzionamento in isola o in parallelo alla rete. Accumulo di energia con sistemi di pompaggio. Cenni sulla generazione idroelettrica da onde e maree.
( testi)
Materiale didattico reso disponibile a cura del docente sulle pagine web Teams e Moodle del corso.
Testi di approfondimento disponibili tramite SBA, IEEE-Xplore:
Renewable and Efficient Electric Power Systems https://ieeexplore.ieee.org/book/5237268
Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems https://ieeexplore.ieee.org/book/5732788
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ING-IND/32
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Attività formative affini ed integrative
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Università Roma Tre