Studio dei circuiti di clamper negli amplificatori operanti in classe e

Questa tesi tratta dell’amplificatore di potenza (PA–Power Amplifier) operante in classe E. Si tratta di un convertitore DC/AC ad elevato rendimento che può trovare impiego in numerose applicazioni in cui il problema della generazione di calore o la necessità di non sprecare energia sono particolarmente stringenti (ad esempio apparati per cui non è previsto un impianto di raffreddamento e/o apparati alimentati a batteria). L’elevato rendimento di un amplificatore operante in classe E deriva dalle specifiche forme d’onda ai capi del dispositivo attivo impiegato, tali per cui la perdita di commutazione durante la fase di accensione dello switch diviene pressoché trascurabile (Zero-Voltage-Switching e Zero-Derivative-Voltage Turn-ON). Il prezzo da pagare per ottenere queste benefiche forme d’onda è quello di avere un valore di cresta della tensione sul dispositivo che commuta assai più elevato del valore medio, coincidente con la tensione di alimentazione DC. In generale si stima una tensione di picco fra le 3 e le 5 volte più elevata della tensione DC, in funzione del Duty-Cycle e dell’assorbimento di corrente sul carico. Occorre poi tenere presente che in condizioni dinamiche (ad esempio qualora si collegasse direttamente l’amplificatore all’alimentazione) potrebbero innescarsi dei transitori tali per cui la tensione di picco ecceda anche il range suddetto. Per questo motivo è bene porre un limite alla massima tensione di picco adottando dei circuiti di protezione del transistore al fine di evitare la sua distruzione per limiti legati alla tensione di breakdown. Questi circuiti sono denominati clamper: in questa tesi valuteremo le modalità con cui si può implementare tale protezione; valuteremo, inoltre, i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall’impiego di tali circuiti. Questi clamper sono prevalentemente di tipo dissipativo (Zener); nel corso della tesi si è studiato la realizzazione di un clamper rigenerativo che utilizza un trasformatore, ma si è constatata la irrealizzabilità fisica a causa della inevitabile presenza della induttanza dispersa.

Approcci innovativi per future simulazioni HPC verso l'exascale computing con applicazioni alla fisica dei materiali

In questo lavoro di tesi sono state evidenziate alcune problematiche relative alle macchine exascale (sistemi che sviluppano un exaflops di Potenza di calcolo) e all'evoluzione dei software che saranno eseguiti su questi sistemi, prendendo in esame principalmente la necessità del loro sviluppo, in quanto indispensabili per lo studio di problemi scientifici e tecnologici di più grandi dimensioni, con particolare attenzione alla Material Science, che è uno dei campi che ha avuto maggiori sviluppi grazie all'utilizzo di supercomputer, ed ad uno dei codici HPC più utilizzati in questo contesto: Quantum ESPRESSO. Dal punto di vista del software sono state presentate le prime misure di efficienza energetica su architettura ibrida grazie al prototipo di cluster EURORA sul software Quantum ESPRESSO. Queste misure sono le prime ad essere state pubblicate nel contesto software per la Material Science e serviranno come baseline per future ottimizzazioni basate sull'efficienza energetica. Nelle macchine exascale infatti uno dei requisiti per l'accesso sarà la capacità di essere energeticamente efficiente, così come oggi è un requisito la scalabilità del codice. Un altro aspetto molto importante, riguardante le macchine exascale, è la riduzione del numero di comunicazioni che riduce il costo energetico dell'algoritmo parallelo, poiché in questi nuovi sistemi costerà di più, da un punto di vista energetico, spostare i dati che calcolarli. Per tale motivo in questo lavoro sono state esposte una strategia, e la relativa implementazione, per aumentare la località dei dati in uno degli algoritmi più dispendiosi, dal punto di vista computazionale, in Quantum ESPRESSO: Fast Fourier Transform (FFT). Per portare i software attuali su una macchina exascale bisogna iniziare a testare la robustezza di tali software e i loro workflow su test case che stressino al massimo le macchine attualmente a disposizione. In questa tesi per testare il flusso di lavoro di Quantum ESPRESSO e WanT, un software per calcolo di trasporto, è stato caratterizzato un sistema scientificamente rilevante costituito da un cristallo di PDI - FCN2 che viene utilizzato per la costruzione di transistor organici OFET. Infine è stato simulato un dispositivo ideale costituito da due elettrodi in oro con al centro una singola molecola organica.

Caratterizzazione e progettazione di un sistema di comunicazione con ultra low power long range transceiver

Lo sviluppo di nuove tecnologie sempre più innovative e all’avanguardia ha portato ad un processo di costante rivisitazione e miglioramento di sistemi tecnologici già esistenti. L’esempio di Internet risulta, a questo proposito, interessante da analizzare: strumento quotidiano ormai diventato alla portata di tutti, il suo processo di rivisitazione ha portato allo sviluppo dell’Internet Of Things (IoT), neologismo utilizzato per descrivere l'estensione di Internet a tutto ciò che può essere trasformato in un sistema elettronico, controllato attraverso la rete mondiale che oggi può essere facilmente fruibile grazie all’utilizzo di Smartphone sempre più performanti. Lo scopo di questa grande trasformazione è quello di creare una rete ad-hoc (non necessariamente con un accesso diretto alla rete internet tramite protocolli wired o wireless standard) al fine di stabilire un maggior controllo ed una maggiore sicurezza, alla quale è possibile interfacciare oggetti dotati di opportuni sensori di diverso tipo, in maniera tale da condividere dati e ricevere comandi da un operatore esterno. Un possibile scenario applicativo della tecnologia IoT, è il campo dell'efficienza energetica e degli Smart Meter. La possibilità di modificare i vecchi contatori del gas e dell’acqua, tutt’oggi funzionanti grazie ad una tecnologia che possiamo definire obsoleta, trasformandoli in opportuni sistemi di metring che hanno la capacità di trasmettere alla centrale le letture o i dati del cliente, di eseguire operazioni di chiusura e di apertura del servizio, nonché operazioni sulla valutazione dei consumi, permetterebbe al cliente di avere sotto controllo i consumi giornalieri. Per costruire il sistema di comunicazione si è utilizzato il modem Semtech SX1276, che oltre ad essere low-power, possiede due caratteristiche rivoluzionarie e all’avanguardia: utilizza una modulazione del segnale da trasmettere innovativa e una grande capacità di rilevare segnali immersi in forti fonti di rumore ; la possibilità di utilizzare due frequenze di trasmissione diverse, 169 MHz e 868MHz.

Studio delle prestazioni di tecniche di beamforming a onde millimetriche

L’elaborato è incentrato sul problema dello Human Blockage, e lo si è analizzato utilizzando tecniche di copertura radio, per ambienti indoor, basate sull’uso di array di antenne. In particolare si è dato enfasi alle tecniche Radiale, Single Beamforming e Multi Beamforming che sono state utilizzate per ottenere le performance in termini di CINR che hanno evidenziato le differenze tra scenari "statici" in cui le ostruzioni sono solo oggetti e "dinamici" i blockage sono costituiti da corpi umani.

Studio e validazione di modelli di propagazione radio in ambiente urbano per tecniche di localizzazione non cooperativa

La previsione della copertura RF in ambiente urbano è oggi comunemente considerato un problema risolto, con decine di modelli proposti in letteratura che mostrano una buona approssimazione rispetto alle misure. Tra questi, il ray tracing è considerato come uno dei più accurati tra i modelli disponibili. In questo lavoro si dimostra però come sia ancora necessario parecchio lavoro per fare in modo che il ray tracing possa essere effettivamente impiegato per scopi pratici.

Metamorfosi di una fabbrica: Indoor environmental quality nella riqualificazione di un settore delle ex officine reggiane

La nostra tesi propone un progetto di riqualificazione funzionale ed energetica di una porzione dell’area dismessa delle Ex Officine Reggiane a Reggio Emilia che comprende uno spazio scoperto di circa 42.500 m2 e un fabbricato, nel quale proponiamo di realizzare il museo delle officine, spazi per esposizioni temporanee e il nuovo polo archivistico di Reggio Emilia. Le Officine Meccaniche Reggiane sono state un polo industriale di particolare rilevanza a livello nazionale ed internazionale, diventando negli anni ’40 la quarta potenza industriale italiana dopo Fiat,Ansaldo e Breda. Dismesse dal 2009, si presentano oggi come un’area abbandonata di ben 260.000 m2 nella quale convivono la memoria e la speranza futura di rilancio della città di Reggio Emilia nel panorama europeo. Sulle tracce dei progetti già messi in atto dall’Amministrazione comunale, abbiamo fornito una proposta progettuale che consideri le vocazioni funzionali dell’area e le strategie energetiche possibili per rendere il progetto sostenibile sia dal punto di vista ambientale che dal punto di vista economico. Il lavoro è partito dalla definizione di un quadro conoscitivo dell’area attraverso una prima fase di analisi a livello territoriale e microclimatico servendosi per queste ultime del software di simulazione in regime dinamico ENVI-met. Questa prima fase si è conclusa con l’elaborazione di un masterplan, in seguito al quale ci siamo soffermate sul progetto di riqualificazione del capannone 15 e del grande spazio vuoto antistante ad esso. L’intervento sul costruito si può riassumere in tre parole chiave: conservare, aggiornare, integrare. Abbiamo scelto infatti di mantenere la robusta e ritmata struttura in acciaio, ripensare l’involucro edilizio in termini di una maggiore efficienza energetica e confinare i locali climatizzati in volumi autoportanti, garantendo, nell’atrio, condizioni di comfort termico accettabili unicamente attraverso strategie energetiche passive. Per verificare l’effettiva opportunità della soluzione ipotizzata ci siamo servite del software di simulazione fluidodinamica IES VE, il quale, attraverso la simulazione oraria del cambiamento dei parametri ambientali più rilevanti e degli indicatori di benessere (PMV, Comfort index, PPD..), ha confermato le nostre aspettative verificando che non è necessario intervenire con l’introduzione di sistemi di climatizzazione convenzionale. Per quanto riguarda i padiglioni entro i quali sono pensate le attività di servizio e supporto al museo e l’archivio, è stata verificata la soddisfacente prestazione energetica raggiunta attraverso l’utilizzo del software Termolog Epix5, il quale ha attestato che essi rientrano nella classe A con un consumo energetico di 4,55 kWh/m3annuo.

Motori di Rendering a confronto in Blender: Teoria e Applicazioni

L'elaborato prende in esame alcuni motori di rendering, studiandone e descrivendone le caratteristiche sia dal punto di vista teorico-matematico che pratico, con un'ampia introduzione sulla teoria del rendering e sui diversi modelli di illuminazione.

Social housing e sostenibilita. Progetto di un intervento di 24 alloggi ad energia quasi zero a Rovigo

L’oggetto di questa tesi di laurea è un intervento di recupero e riprogettazione di un edificio non completato, destinato a 24 alloggi di edilizia residenziale pubblica, situato a Rovigo. Questo è stato oggetto di una lunga ed articolata vicenda caratterizzata da continue interruzioni del cantiere, principalmente causate da una cattiva esecuzione dei lavori da parte dell’impresa costruttrice. Allo stato attuale è presente la sola struttura metallica assemblata sulle fondazioni in calcestruzzo armato; tutto il fabbricato risulta abbandonato e congelato da diversi anni dopo i primi collaudi che hanno stabilito la non idoneità del telaio in acciaio. L’obiettivo del progetto è dunque quello di recuperare le fondazioni esistenti e di riprogettare l’edificio in una chiave più attuale e sostenibile. E’ stato effettuato un sopralluogo per comprendere più da vicino le problematiche relative all’area di progetto, oltre ad un’attenta analisi delle documentazioni riguardanti il progetto originario in modo da correggere eventuali punti deboli. Le strategie non hanno tenuto conto dunque solamente di un’ottima efficienza energetica o di un’offerta di alloggi adeguata alla domanda della situazione abitativa attuale, ma anche di tutte le problematiche che sono derivate dalla cattiva gestione del progetto originario. Le scelte progettuali, infatti, sono state il risultato anche delle necessità di limitare tempi e costi di un intervento per il quale sono state sprecate fin troppe risorse, soprattutto economiche. La fase progettuale è stata affiancata dalla realizzazione di simulazioni effettuate tramite software di calcolo (Termolog EpiX 6 e DIALux evo) che hanno permesso di ottenere ottimi risultati per quanto riguarda prestazione energetica e comfort luminoso indoor.

Ri(abitare). Riqualificazione di un intervento di edilizia sociale a bologna, quartiere bolognina.

L’oggetto di questa tesi è un intervento di rigenerazione, riqualificazione ed efficientamento energetico di un edificio residenziale di 40 alloggi a Bologna, zona Bolognina. Quest’ultimo, vittima dei bombardamenti della seconda Guerra Mondiale fu ricostruito nel 1952 mantenendo le caratteristiche di quello precedente. Come in molti edifici analoghi per epoca di costruzione e aratteristiche, anche in questo caso si manifestano alcune criticità ricorrenti, in particolare: - Scarsa efficienza energetica; - Inadeguatezza sismica; - Comfort abitativo insoddisfacente; - Taglio degli alloggi pensato per nuclei famigliari diversi da quelli attuali; - Spazi pubblici, dotazioni e arredi urbani carenti. L'obiettivo che si pone la tesi è quello di migliorare la vivibilità dell'edificio e dell'area in cui si colloca, adattandolo alle esigenze di oggi e di domani. Il progetto propone un insieme di interventi coordinati, definiti con attenzione per la loro fattibilità tecnica e tenendo conto del fatto che si tratta di un complesso di edilizia residenziale pubblica del patrimonio ACER Bologna. In termini pratici, il progetto interviene sia sugli spazi circostanti l'edificio, sia sul manufatto architettonico. A scala micro-urbana è stata prevista la riorganizzazione e il riordino delle aree scoperte di pertinenza, ridefinendo la viabilità dotandole di elementi di arredo che ne consentano la fruizione. A scala edilizia è stato progettato un efficientamento energetico che portasse l'edificio in classe A dalla attuale classe energetica F. Ciò ha richiesto di ridefinire le stratigrafie delle chiusure verticali ed orizzontali in coerenza con gli aspetti di composizione delle facciate. Piccole riconfigurazioni interne hanno poi portato ad un riassetto del taglio degli alloggi per disporre in maggior numero di unità di piccole dimensioni, adatte alla domanda oggi prevalente.

Super. Soluzioni per la riqualificazione urbana e il miglioramento prestazionale di un complesso di edilizia residenziale pubblica a Bologna, quartiere bolognina

Il progetto di questa tesi affronta le tematiche relative agli interventi di riqualificazione, adeguamento e rigenerazione urbana di un edificio residenziale di 15 unità abitative situato nella zona della Bolognina in Via Tibaldi. Le condizioni di vetustà dell’edificato e l’evoluzione economico sociale del quartiere hanno portato negli anni all’insorgere di nuove situazioni di criticità. Si sono riscontrati problemi relativi alle dimensioni degli alloggi (troppo grandi per le esigenze dei nuovi nuclei familiari), ai bassi livelli di comfort interni (rapporti illuminanti non rispettati e dimensioni dei vani non confacenti a normativa), all’accessibilità (vano ascensore inefficiente) e alla bassa efficienza energetica, che produce elevati costi di esercizio. L’analisi degli spazi esterni invece ha evidenziato uno stato di abbandono della corte, caratterizzata dalla disorganizzazione dei percorsi e delle aree verdi oltre a una carenza del numero di posti auto necessari agli abitanti dell’isolato. L’obiettivo che si pone la tesi è quello di adeguare l’area alle nuove esigenze dell’utenza e di migliorare gli standard qualitativi dell’edificato, considerando la fattibilità dell’intervento e ipotizzando misure che si pongano in alternativa ad una demolizione completa dell’edificio. Inoltre, le soluzioni proposte sono state studiate in modo da poter essere applicate non solo sul caso studio, ma anche sull’intero isolato, in un’ottica di riqualificazione urbana.Per gli spazi interni, le scelte adottate riguardano la demolizione e ricostruzione puntuali delle murature non portanti o collaboranti e l’ampliamento delle superfici finestrate, conformando a normativa i vani degli alloggi, dotandoli di una maggior superficie utile e riducendo la condizione di discomfort luminoso interno. La stessa strategia è stata adottata anche per ridefinire e diversificare il taglio degli alloggi. Infine per migliorare l’accessibilità all’edificio e agli alloggi le soluzioni prevedono l’inserimento un sistema loggiato per rendere raggiungibili direttamente dal vano ascensore preesistente, che presentava uno sbarco solo interpiano, due appartamenti per piano (dal primo al quarto). Per raggiungere invece le unità abitative collocate nel piano rialzato si è previsto di innalzare la quota del terreno fino all’altezza della soglia di ingresso ai vani. Parallelamente ci si è occupati della riprogettazione degli spazi esterni, optando per un’azione a scala urbana. La riorganizzazione delle aree è avvenuta attraverso l’inserimento di nuovi percorsi pedonali di collegamento all’edificato e mediante la progettazione e riqualificazione di spazi per la socializzazione. Infine, per arginare le problematiche relative al fabbisogno di parcheggi, si è agito diversificando e ponendo su livelli differenti la viabilità carrabile e gli spazi verdi attraverso l’inserimento di un parcheggio seminterrato.

Super. Soluzioni per la riqualificazione urbana e il miglioramento prestazionale di un complesso di edilizia residenziale pubblica a Bologna, quartiere Bolognina

Il progetto affronta le tematiche relative agli interventi di riqualificazione, adeguamento e rigenerazione urbana di un edificio residenziale degli anni ’20, di 15 unità abitative situato a Bologna, nella zona della Bolognina in Via Pellegrino Tibaldi. In tale edificio i problemi riscontrati riguardavano le dimensioni degli alloggi, i bassi livelli di comfort interni, l’accessibilità e la bassa efficienza energetica. Dall’analisi degli spazi esterni invece si evidenziava uno stato di abbandono della corte, caratterizzata dalla disorganizzazione dei percorsi e delle aree verdi oltre che dalla carenza di posti auto necessari agli abitanti dell’isolato. Per quanto concerne gli spazi interni, le scelte adottate riguardano la demolizione e la ricostruzione puntuale delle murature non portanti o collaboranti e l’ampliamento delle superfici finestrate mentre per riconfigurare e diversificare il taglio degli alloggi si è intervenuti solo sul quarto piano dove sono stati ricavati degli appartamenti di taglio inferiore. Infine per migliorare l’accessibilità all’edificio e agli alloggi si è previsto un sistema loggiato che rende raggiungibili direttamente dal vano ascensore preesistente, che presentava uno sbarco solo interpiano, due appartamenti per piano (dal primo al quarto). Per raggiungere invece le unità abitative collocate nel piano rialzato si è previsto di innalzare la quota del terreno fino all’altezza della soglia di ingresso ai vani. Parallelamente ci si è occupati della riprogettazione degli spazi esterni dotando le aree di nuovi percorsi pedonali di collegamento all’edificato e progettando spazi per la socializzazione. Infine, per arginare le problematiche relative al fabbisogno di parcheggi, si è agito diversificando e ponendo su livelli differenti la viabilità carrabile e gli spazi verdi attraverso l’inserimento di un parcheggio seminterrato.

Design Simulation for Solar Energy Research and Education

Solar research is primarily conducted in regions with consistent sunlight, severely limiting research opportunities in many areas. Unfortunately, the unreliable weather in Lewisburg, PA, can prove difficult for such testing to be conducted. As such, a solar simulator was developed for educational purposes for the Mechanical Engineering department at Bucknell University. The objective of this work was to first develop a geometric model to evaluate a one sun solar simulator. This was intended to provide a simplified model that could be used without the necessity of expensive software. This model was originally intended to be validated experimentally, but instead was done using a proven ray tracing program, TracePro. Analyses with the geometrical model and TracePro demonstrated the influence the geometrical properties had results, specifically the reflector (aperture) diameter and the rim angle. Subsequently, the two were approaches were consistent with one another for aperture diameters 0.5 m and larger, and for rim angles larger than 45°. The constructed prototype, that is currently untested, was designed from information provided by the geometric model, includes a metal halide lamp with a 9.5 mm arc diameter and parabolic reflector with an aperture diameter of 0.631 meters. The maximum angular divergence from the geometrical model was predicted to be 30 mRadians. The average angular divergence in TraceProof the system was 19.5 mRadians, compared to the sun’s divergence of 9.2 mRadians. Flux mapping in TracePro showed an intensity of 1000 W/m2 over the target plane located 40 meters from the lamp. The error between spectrum of the metal halide lamp and the solar spectrum was 10.9%, which was found by comparing their respective Plank radiation distributions. The project did not satisfy the original goal of matching the angular divergence of sunlight, although the system could still to be used for optical testing. The geometric model indicated performance in this area could be improved by increasing the diameter of the reflector, as well as decreasing the source diameter. Although ray tracing software provides more information to analyze the simulator system, the geometrical model is adequate to provide enough information to design a system.

Optical Tolerance Analysis of the Multi-Beam Limb Viewing Instrument STEAMR

In this paper, we report on an optical tolerance analysis of the submillimeter atmospheric multi-beam limb sounder, STEAMR. Physical optics and ray-tracing methods were used to quantify and separate errors in beam pointing and distortion due to reflector misalignment and primary reflector surface deformations. Simulations were performed concurrently with the manufacturing of a multi-beam demonstrator of the relay optical system which shapes and images the beams to their corresponding receiver feed horns. Results from Monte Carlo simulations show that the inserts used for reflector mounting should be positioned with an overall accuracy better than 100 μm (~ 1/10 wavelength). Analyses of primary reflector surface deformations show that a deviation of magnitude 100 μm can be tolerable before deployment, whereas the corresponding variations should be less than 30 μm during operation. The most sensitive optical elements in terms of misalignments are found near the focal plane. This localized sensitivity is attributed to the off-axis nature of the beams at this location. Post-assembly mechanical measurements of the reflectors in the demonstrator show that alignment better than 50 μm could be obtained.

Laboratory observations and simulations of phase reddening

The visible reflectance spectrum of many Solar System bodies changes with changing viewing geometry for reasons not fully understood. It is often observed to redden (increasing spectral slope) with increasing solar phase angle, an effect known as phase reddening. Only once, in an observation of the martian surface by the Viking 1 lander, was reddening observed up to a certain phase angle with bluing beyond, making the reflectance ratio as a function of phase angle shaped like an arch. However, in laboratory experiments this arch-shape is frequently encountered. To investigate this, we measured the bidirectional reflectance of particulate samples of several common rock types in the 400–1000 nm wavelength range and performed ray-tracing simulations. We confirm the occurrence of the arch for surfaces that are forward scattering, i.e. are composed of semi-transparent particles and are smooth on the scale of the particles, and for which the reflectance increases from the lower to the higher wavelength in the reflectance ratio. The arch shape is reproduced by the simulations, which assume a smooth surface. However, surface roughness on the scale of the particles, such as the Hapke and van Horn (Hapke, B., van Horn, H. [1963]. J. Geophys. Res. 68, 4545–4570) fairy castles that can spontaneously form when sprinkling a fine powder, leads to monotonic reddening. A further consequence of this form of microscopic roughness (being indistinct without the use of a microscope) is a flattening of the disk function at visible wavelengths, i.e. Lommel–Seeliger-type scattering. The experiments further reveal monotonic reddening for reflectance ratios at near-IR wavelengths. The simulations fail to reproduce this particular reddening, and we suspect that it results from roughness on the surface of the particles. Given that the regolith of atmosphereless Solar System bodies is composed of small particles, our results indicate that the prevalence of monotonic reddening and Lommel–Seeliger-type scattering for these bodies results from microscopic roughness, both in the form of structures built by the particles and roughness on the surface of the particles themselves. It follows from the singular Viking 1 observation that the surface in front of the lander was composed of semi-transparent particles, and was smooth on the scale of the particle size.

Morphology and dynamics of the jets of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko: Early-phase development

Aims. The OSIRIS camera onboard the Rosetta spacecraft obtained close-up views of the dust coma of comet 67P. The jet structures can be used to trace their source regions and to examine the possible effect of gas-surface interaction. Methods. We analyzed the wide-angle images obtained in the special dust observation sequences between August and September 2014. The jet features detected in different images were compared to study their time variability. The locations of the potential source regions of some of the jets are identified by ray tracing. We used a ring-masking technique to calculate the brightness distribution of dust jets along the projected distance. Results. The jets detected between August and September 2014 mostly originated in the Hapi region. Morphological changes appeared over a timescale of several days in September. The brightness slope of the dust jets is much steeper than the background coma. This might be related to the sublimation or fragmentation of the emitted dust grains. Interaction of the expanding gas flow with the cliff walls on both sides of Hapi could lead to erosion and material down-fall to the nucleus surface.