Ingegneria elettronica e delle comunicazioni

Il testo, ideato per gli studenti triennali di Ingegneria Elettronica, parte dai concetti acquisiti nei corsi di Fisica II ed Elettrotecnica e conduce all'acquisizione dei metodi matematici per lo studio e la risoluzione delle equazioni di Maxwell, e al loro uso per la comprensione dei fenomeni elettromagnetici di interesse di un ingegnere elettronico. In particolare, lo studio delle onde piane, la teoria delle antenne e l'ottica geometrica forniscono agli studenti le conoscenze di base per le sfide nella progettazione delle infrastrutture di comunicazione wireless per le future reti 5G e 6G, dove la generazione di fasci di onde radio focalizzate e la loro interazione con l'ambiente circostante diventeranno aspetti fondamentali per la realizzazione di una copertura capillare del territorio. Per ognuno degli argomenti che vengono trattati, viene illustrato dapprima l'aspetto fisico che sta alla base dei fenomeni, e successivamente vengono esposti i dettagli dei calcoli che consentono di giungere al risultato finale; infine, vengono proposti degli esempi che illustrano l'uso applicativo nell'ingegneria.

L'avvento delle future reti di comunicazioni 5G e 6G richiederà lo sviluppo di sistemi di comunicazione che permettano un ulteriore incremento di traffico. Questo testo intende fornire una conoscenza di base e una metodologia di studio per tutti i sistemi di comunicazione wired che realizzeranno l'infrastruttura fisica per la rete di accesso a internet. Nel testo viene discussa dapprima la propagazione nelle linee di trasmissione, ossia nei mezzi di comunicazione basati sui cavi in rame quali il doppino telefonico o il cavo coassiale che sono impiegati per la connessione alla rete degli apparati domestici. Successivamente, viene illustrata la propagazione nelle guide metalliche, indispensabili per la trasmissione e la ricezione dei segnali nei ponti radio alle microonde. Infine, viene illustrato lo studio della propagazione nelle guide dielettriche, sia planari per la realizzazione di circuiti fotonici integrati, sia nelle fibre ottiche per la trasmissione ad altissima capacità e a lunga distanza. Il testo è pensato per i corsi di Microonde e Propagazione guidata dei percorsi di laurea triennale e magistrale in Ingegneria Elettronica.

Il testo raccoglie una collezione di esercizi svolti in classe o assegnati nelle prove scritte degli insegnamenti di Campi elettromagnetici, Propagazione guidata, Propagazione e antenne e Progettazione di antenne tenuti nei corsi di Laurea triennale e magistrale in Ingegneria Elettronica presso l’Università degli Studi di Udine. Gli esercizi sono suddivisi in 5 capitoli. Nel primo vengono proposti esercizi sul potenziale vettore, i teoremi di Poynting e dell’unicità, l’analisi dimensionale, e le leggi costitutive dei mezzi materiali. Nel secondo capitolo si richiamano i temi legati a riflessione e rifrazione, alle formule di Fresnel, la propagazione in mezzi multistrato e alla polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Nel terzo capitolo si propongono esercizi sui parametri delle antenne in trasmissione e ricezione, il calcolo del campo irradiato da antenne singole o in schiera, le formule di dimensionamento dei radiocollegamenti e la formula del radar. Nel quarto capitolo vengono illustrati i casi del calcolo dei modi guidati nelle guide metalliche e dielettriche. Infine, nel quinto viene proposto lo studio della propagazione ad alta frequenza nelle linee bifilari.

Questo libro presenta una raccolta di esercizi di Elettronica Generale. Nello specifico gli argomenti trattati sono: circuiti a diodi, circuiti a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), circuiti a BJT (Bipolar Junction Transistor), amplificatori lineari a MOSFET e a BJT, risposta in frequenza degli amplificatori lineari. Gli esercizi si riferiscono al pro- gramma del primo insegnamento di Elettronica del corso di Laurea in Ingegneria Elettronica dell'Università di Firenze, ma gli stessi argomenti sono svolti nella maggior parte dei corsi di Laurea nell'area dell'Ingegneria Elettronica, Informatica e Biomedica. Gli esercizi proposti sono da svolgere “carta e penna” oppure con l'ausilio di un simulatore circuitale. Nel secondo caso si fa riferimento al software LTspice, disponibile gratuitamente, ma lo studente può usare qualsiasi altro simulatore circuitale con cui ha familiarità. Sia gli esercizi “carta e penna”, sia le simulazioni sono svolti in dettaglio con spiegazioni passo-passo. Questo libro è scritto in modo da essere quanto più possibile autoconsistente, ma non contiene spiegazioni teoriche, per le quali è necessario riferirsi a un testo di base di Elettronica.

Questo secondo volume si concentra sull'apprendimento automatico, o machine learning, i cui metodi sono alla base di moltissime delle attuali applicazioni dell'IA. Sono illustrate numerose tecniche, incluse le reti neurali e il deep learning e l'apprendimento per rinforzo. Segue poi la parte dedicata a descrivere le modalità con cui un sistema intelligente può percepire l'ambiente, per esempio attraverso la visione artificiale e la comprensione del linguaggio naturale, e i modi in cui può eseguire le proprie azioni, per esempio attraverso il movimento robotizzato e la formazione di frasi in linguaggio naturale. L'ultima parte, infine, analizza le implicazioni etiche e filosofiche dell'IA e ipotizza cosa potrà accadere in futuro. Il libro di Stuart Russell e Peter Norvig, adottato in oltre 1500 università in 134 paesi del mondo, è unanimemente apprezzato per la sua presentazione equilibrata e la sintesi efficace che permette di coprire uno spettro molto ampio di contenuti. Lo scopo principale degli autori è quello di trasmettere le idee emerse nei 65 anni di ricerca nel campo dell'IA, e nei due precedenti millenni di pensiero. Pur evitando eccessivi formalismi nella presentazione dei concetti, la precisione e l'accuratezza dell'esposizione sono esemplari. Il libro è principalmente rivolto a un corso o a una serie di corsi universitari, e può essere certamente utile anche ai professionisti che vogliono estendere le conoscenze al di fuori dal proprio campo specialistico.

Il presente testo consiste in una raccolta di esercizi di analisi di circuiti elettrici, intesa come ausilio allo studente per la preparazione degli esami di “Elettrotecnica” e di “Teoria dei Circuiti” in tutti i Corsi di Laurea nel settore dell’Ingegneria dell’Informazione.

Siamo nel marzo del 2022, e la pandemia caratterizza ancora la scena mondiale creando un bel po' di problemi e soprattutto procurando un sacco di morti. Il sistema sanitario si è dovuto evolvere rapidamente e ha dovuto adoperare dei nuovi sistemi smart di individuazione monitoraggio tracciamento e trattamento delle patologie mediche delle persone. Si sono utilizzate le prime APP dedicate specificamente al tracciamento e alla telemedicina in modo radicale e dei certificati digitali per permettere alle persone vaccinate di usufruire dei servizi di ristorazione, svago, etc.., pubblici e privati. La ''Medicina Smart'' è diventata uno dei mezzi più efficaci per combattere il diffondersi della pandemia e limitare il numero dei decessi. Il futuro ci mostra uno scenario governato dalla telemedicina, da dispositivi smart che monitorano i parametri vitali delle persone e fanno diagnosi predittive nelle abitazioni delle persone, e altri che permettono di curare le persone senza ricoverarle. I robots chirurghi permetteranno di operare i pazienti a distanza. Ciò presuppone che tutti questi sistemi integrati possano operare in sicurezza e la cybersecurity dei dispositivi e il ''modus operandi'' dei medici nell'utilizzarli diventeranno fondamentali.

Tutti gli esperti di robotica che ho incontrato sono risultati persone intelligenti, empatiche e lucide. Eppure, non penso sia giusto che su un piccolo gruppo di scienziati e ingegneri, che lavorano isolati dal resto del mondo, ricadano tutte le decisioni che avranno un'influenza su vita, morte, lavoro e mezzi di sostentamento, status sociale, privacy, identità di genere, nonché sul futuro della guerra, sulla forma dei paesaggi urbani e su tanti altri campi; per lavorare bene, queste persone hanno bisogno di essere coadiuvate, e di accogliere altre prospettive. Questo libro prova ad ampliare il circolo di individui che hanno e avranno il potere di dire cosa possono e non possono fare i robot, quale aspetto dovrebbero avere, cosa dovrebbero comprendere e cosa dovrebbe essere lasciato fuori dal loro raggio d'azione.

Utilizzando microcontrollori e orologi in tempo reale, con oscillatore a cristallo di quarzo controllato in temperatura, TCXO, si possono realizzare sistemi di misurazione del tempo con stabilità e precisione più che soddisfacenti come nel caso dei progetti qui proposti. I progetti qui presentati possono essere assemblati per creare stazioni di misurazione del tempo che comprendono il calcolo delle fasi lunari e il tempo intercorrente tra una fase di luna piena e quella successiva in un periodo di mese lunare di 29,53 giorni. Un orologio di tipo analogico e digitale e datario con o senza termometro e igrometro per misurare o meno la temperatura e l'umidità ambientale. Il calendario mensile con i giorni del mese ripartiti secondo i giorni della settimana: domenica, lunedì, ecc. Tutti questi dati vengono visualizzati su display OLED da 1,3" che per le dimensioni ridotte e il consumo di energia molto contenuto consentono la realizzazione di una stazione di misurazione del tempo alimentata con 4 pile AA. Altre due differenti stazioni di misurazione utilizzano come elemento di visualizzazione le matrici LED con 256 LED per mostrare con modalità diverse ore, minuti, secondi, data e giorno della settimana. Tutti i progetti vengono proposti con due differenti modalità costruttive: in modo classico su breadboard e in modo stabile e definitivo con gli elementi passivi saldati su basetta in fibra di vetro a doppia faccia e gli elementi attivi montati su zoccolo. Quest'ultima modalità costruttiva può essere considerata come una realizzazione a circuito stampato. I vari passaggi costruttivi sono documentati da numerose fotografie che facilitano la realizzazione. Nessuno dei progetti richiede l'accesso alla rete e le stazioni di misurazione del tempo funzionano autonomamente grazie all'utilizzo del dispositivo RTC DS3231SN.

Il testo si compone di tre parti: (1) le reti e i protocolli, (2) la rete Internet, (3) le reti di accesso. La prima parte definisce la nomenclatura di base delle reti e introduce il mondo dei protocolli e la sua architettura a strati che ne costituiscono l'ossatura portante. Sono presentati i concetti fondamentali che caratterizzano le varie tipologie di rete e di protocolli per i quali sono definiti i parametri numerici necessari a caratterizzarne le prestazioni. La seconda parte è interamente dedicata al mondo di Internet. Questa consiste nel presentare le modalità di interazione con Internet dal punto di vista dell'utente, descrivendo quindi inizialmente i protocolli dello strato di applicazione, per poi affrontare le problematiche relative al trasferimento di informazioni attraverso Internet, cosa che richiede la descrizione dei protocolli dello strato di trasporto e dello strato di rete. La terza parte è rivolta alla tematica delle reti di accesso, cioè a quelle strutture di comunicazione che consentono di raggiungere "le porte di ingresso" al mondo di Internet. Sono dapprima presentate le principali soluzioni in rame e in fibra ottica, oppure basate su rete radiomobile, con cui si fornisce connettività per accesso a Internet. Vengono infine presentate le diverse tipologie di reti locali, sia cablate sia wireless, e per queste ultime viene anche affrontato il problema della mobilità delle apparecchiature terminali. Il testo è corredato da oltre 100 esempi numerici distribuiti lungo i vari capitoli, che mostrano le operazioni svolte dai vari protocolli attraverso i loro parametri di prestazione, e anche da più di 200 esercizi numerici da svolgere.