Μικροκύματα και Ραντάρ HMY 100

Transcript

1 Σταύρος Ιεζεκιήλ Μικροκύματα και Ραντάρ HMY /11/2018

2 1. Σύντομη εισαγωγή στη μικροκομματική τεχνολογία 2

3 Σύντομο Κουΐζ Ποια είναι η συχνότητα ενός συστήματος WiFi; Υπολογίστε το αντίστοιχο μήκος κύματος. Κατατάξτε τα ακόλουθα μέρη του φάσματος με βάση τη συχνότητα τους: Ορατό φως, μικροκύματα, Χ-rays, υπέρυθρες. Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 3

4 Σύντομο Κουΐζ Ποια είναι η συχνότητα ενός συστήματος Wi-Fi; Υπολογίστε το αντίστοιχο μήκος κύματος. Το πρότυπο IEEE παρέχει διάφορα διακριτά εύρη ραδιοσυχνοτήτων για χρήση σε συστήματα Wi-Fi: 900 MHz 2.4 GHz, 3.6 GHz, 4.9 GHz, 5 GHz, 5.9 GHz και 60 GHz bands. Συνήθως χρησιμοποιείται 2.4 GHz. 8 c 3 10 c f 12.5cm 9 f

5 Σύντομο Κουΐζ Κατατάξτε τα ακόλουθα μέρη του φάσματος με βάση τη συχνότητα τους: Ορατό φως, μικροκύματα, Χ-rays, υπέρυθρες. NASA/CXC/SAO/MPE 5

6 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 1 Φούρνοι μικροκυμάτων 6

7 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 2 Ραντάρ 7

8 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 3 Wi-Fi 8

9 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 4 Κινητά τηλέφωνα 9

10 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 5 Δορυφόροι Credit: Jenny Mottar/NASA 10

11 Ατμοσφαιρική αδιαφάνεια 3 GHz

12 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 6 Ασφάλεια αεροδρομίου 12

13 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 7 Μικροεπεξεργαστές 13

14 Σύντομο Κουΐζ Μπορείτε να αναφέρετε τουλάχιστον τέσσερις εφαρμογές των μικροκυμάτων; 8 Αστρονομία - Κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων 14

15 15

16 2. Συστήματα ραντάρ RADAR = Radio Detection and Ranging 16

17 Το ραντάρ βασίζεται στη μετάδοση και την αντανάκλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από αντικείμενα (στόχους). Αυτή η μέθοδος εντοπισμού θέσης και ταχύτητας χρησιμοποιείται επίσης στη φύση, π.χ. με ηχητικά κύματα: 17

18 Ηλεκτρομαγνητικό Κύμα Ταχύτητα φωτός, c c = Συχνότητα, f f 1 s = c m s λ (m) 18

19 Συχνότητες ραντάρ 19

20 Ραντάρ: Βασικές αρχές Ανιχνεύσιμες ποσότητες: Απόσταση Θέση Μέγεθος Ταχύτητα 20

21 Ενισχυτική και καταστροφική συμβολή MIT OCW 21

22 Εφαρμογές Παρακολούθηση εναέριου χώρου Χαρτογράφηση Παρακολούθηση καιρικών συνθήκων Ανίχνευση στόχων Αυτόνομα οχήματα 22

23 Αυτόνομα οχήματα 23

24 Προστασία από μη επανδρωμένα οχήματα ΡΑΝΤΑΡ NATO Summit 2018 Belgium 24

25 Μέτρηση του αναπνευστικού ρυθμού 25

26 Ραντάρ - μπλοκ διάγραμμα MIT OCW 26

27 Εξίσωση ραντάρ Μεταδιδόμενος παλμός Μεταδιδόμενη ισχύ Λαμβανόμενος παλμός R Μεταδιδόμενο κέρδος Απώλειες Διατομή στόχου «Μέγεθος» λαμβανομένης Αντέννας Λαμβανόμενη ισχύ = Παράγοντας μετάδοσης Χρόνος παραμονής MIT OCW 27

28 Λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR) Λαμβανόμενο σήμα Θόρυβος SNR = Ενέργεια λαμβανομένου σήματος Ενέργεια θορύβου MIT OCW 28

29 Λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR) MIT OCW 29

30 DECIBEL SNR(dB) = 10 log 10 Ενέργεια λαμβανομένου σήματος Ενέργεια θορύβου Τιμή Σημειογραφία db

31 Ραντάρ με παλμούς MIT OCW 31

32 Υπολογισμός απόστασης Μεταδιδόμενος παλμός Λαμβανόμενος παλμός R Απόσταση (R) = c τ 2 c = Ταχύτητα φωτός = (m/s) τ = χρόνος επιστροφής σήματος 32

33 Αβέβαιη απόσταση Είναι αυτός ο παλμός μια αντανάκλαση του πρώτου μεταδιδόμενου παλμού; Range = C Ή είναι μια αντανάκλαση του δεύτερου μεταδιδόμενου παλμού; Range = Β? 33

34 Με τη συνεχή μεταβολή της συχνότητας, μπορούμε να ξεπεράσουμε την αβεβαιότητα της απόστασης. f (t) BW τ f D f B1 f B2 f T T C t 34

35 Φαινόμενο DOPPLER Μετατόπιση συχνότητας (Doppler): f d = v t 2 λ 35

36 The coffee-can Doppler radar MIT OCW 36

37 The coffee-can radar με επίπεδες αντένες 37

38 Κατασκευή 38

39 Πειραματικά αποτελέσματα μέτρηση ταχύτητας 39

40 Τι ακολουθεί; Το επόμενο εξάμηνο θα πάρετε το ECE 102 (Κυκλώματα). Σε αυτό το μάθημα θα μάθετε για κυκλώματα που περιέχουν τρία βασικά στοιχεία - αντιστάσεις, πηνία και πυκνωτές. Στο ECE 203 θα πραγματοποιήσετε ορισμένα από αυτά τα κυκλώματα στο εργαστήριο. Θα υποθέσετε ότι οι διαστάσεις των εξαρτημάτων δεν είναι σημαντικές για το πώς λειτουργούν τα κυκλώματα. 40

41 Στα ECE 331, ECE 333 και ECE 438 θα διαπιστώσετε ότι στις υψηλές συχνότητες το σχήμα και το μέγεθος των εξαρτημάτων είναι κρίσιμο. 41

42 3. Γιατί τόσο ενδιαφέρων για μικροκυματικές συχνότητες; 42

43 43

44 Διπολική κεραία δίπολο μισού μήκους κύματος 44

45 Κεραιοστοιχία διπόλων Chain Home Radar Ηνωμένο Βασίλειο Δεύτερος Παγκόσμιος πόλεμος 45

46 Ο δρόμος μπροστά είναι μακρύς - απολαύστε την πορεία σας και δουλέψτε σκληρά! 46

47 Ευχαριστίες Κυριάκος Νεοφύτου σχεδίαση, κατασκευή και μέτρηση κεραιών και συστημάτων ραντάρ 47