Μικροκύματα

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ήτρια θα είναι σε θέση να:

• ερμηνεύσει τα φαινόμενα διάδοσης κυμάτων μέσω γραμμών μεταφοράς σε υψηλές συχνότητες
• περιγράψει τους βασικούς τύπους γραμμών μεταφοράς και πώς αυτοί διαφοροποιούνται και λειτουργούν στο φάσμα συχνοτήτων μέχρι και τις μικροκυματικές συχνότητες
• επεξηγήσει την έννοια των κατανεμημένων χαρακτηριστικών και να ορίσει την χαρακτηριστική αντίσταση των γραμμών μεταφοράς
• επεξηγήσει την έννοια των προσπιπτόντων και ανακλωμένων κυμάτων καθώς και την δημιουργία των στασίμων κυμάτων κατά μήκος μιας γραμμής μεταφοράς
• υπολογίσει την μορφή του στάσιμου κύματος για διάφορους τερματισμούς, την αντίσταση εισόδου για συνδεσμολογίες γραμμών, καθώς και την δυνατότητα προσαρμογής τους με χρήση στελέχους και μετασχηματιστών λ/4.
• υπολογίζει παθητικά κατανεμημένα στοιχεία σε υψηλές συχνότητες με χρήση βραχυκυκλωμένων ή ανοικτών τμημάτων γραμμών
• υπολογίζει τις βασικές παραμέτρους των γραμμών μέσω του χάρτη Smith
• εφαρμόζει την ηλεκτρομαγνητική θεωρία για τον υπολογισμό των κυματοδηγούμενων ρυθμών στους βασικούς μικροκυματικούς κυματοδηγούς
• επεξηγεί την έννοια των ρυθμών κυματοδήγησης και των συχνοτήτων αποκοπής τους σε μικροκυματικούς κυματοδηγούς
• αναλύει την κατανομή πεδίου και να υπολογίζει τα χαρακτηριστικά του βασικού ρυθμού σε ορθογωνικούς κυματοδηγούς
• υπολογίζει τις συχνότητες συντονισμού σε ορθογωνικές μικροκυματικές κοιλότητες

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
• Αυτόνομη Εργασία
• Ομαδική Εργασία
• Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
Το θεωρητικό μέρος του μαθήματος αναπτύσσεται σε δύο διδακτικές ενότητες οι οποίες καλύπτουν:

1. τις βασικές αρχές των γραμμών μεταφοράς σε υψηλές συχνότητες, τις ιδιότητες και την χρήση κατάλληλα τερματισμένων γραμμών και την χρήση του χάρτη Smith για υπολογισμούς και προσαρμογή γραμμών μεταφοράς
2. β) την ανάλυση διάδοσης μικροκυματικών συχνοτήτων μέσω μεταλλικών κυματοδηγών, τους ΤΕ και ΤΜ ρυθμούς κυματοδήγησης σε ορθογωνικούς κυματοδηγούς και την ανάλυση των μικροκυματικών κοιλοτήτων.

Η πρώτη ενότητα πραγματοποιείται σε 12 δίωρες διαλέξεις (6 εβδομάδες)

1. Τύποι RF γραμμών μεταφοράς – ομοαξονικά καλώδια – μικροταινίες και κυματοδηγοί.
   Κατανεμημένες παράμετροι γραμμών μεταφοράς
2. Εξισώσεις κατανομής τάσης και ρεύματος σε γραμμές απείρου μήκους. Χαρακτηριστική
   αντίσταση – Σταθερά διάδοσης.
3. Εξισώσεις κατανομής τάσης και ρεύματος σε τερματισμένες γραμμές – Αντίσταση εισόδου γραμμής μεταφοράς. Προσπίπτον, ανακλώμενο και στάσιμο κύμα – συντελεστής ανάκλασης – προσαρμογή.
4. Ταχύτητα διάδοσης – ταχύτητα ομάδας – παραμόρφωση και κριτήριο Heaviside.
   Βραχυκυκλωμένες και ανοικτές γραμμές. Ισοδύναμα τετράπολα και περιορισμοί χρήσης τους.
   Γραμμές χωρίς απώλειες – συντελεστής στασίμου κύματος – μελέτη στασίμου γραμμής με διάφορους τερματισμούς.
5. Ιδιότητες βραχυκυκλωμένων και ανοικτών γραμμών χωρίς απώλειες. Μετασχηματιστής λ/4 – συχνότητες συντονισμού γραμμών λ/4 και λ/2.
6. Περιγραφή κατασκευής και χρησιμότητα του Χάρτη Smith. Εφαρμογές του Χ. Smith για την εύρεση άγνωστου φορτίου και προσαρμογή με στέλεχος. Η δεύτερη ενότητα πραγματοποιείται σε 14 δίωρες διαλέξεις (7 εβδομάδες)
7. Μικροκυματικοί κυματοδηγοί: Στοιχεία ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας – Εξισώσεις Maxwell.
   Κυματικές εξισώσεις – Επίπεδα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
8. Επίπεδοι κυματοδηγοί ΤΕΜ. Ορθογωνικοί κυματοδηγοί – οριακές συνθήκες και κύματα ΤΕ.
9. Ορθογωνικοί κυματοδηγοί – οριακές συνθήκες και κύματα ΤΜ. Συχνότητες αποκοπής κυματοδηγούμενων ρυθμών
10. Κατανομή πεδίου κυματοδηγούμενων ρυθμών. Ταχύτητα διάδοσης – χαρακτηριστική αντίσταση – απώλειες
11. Ανάλυση του βασικού ρυθμού ΤΕ10 ορθογωνικού κυματοδηγού. Κυματοδηγούμενη ισχύς – διέγερση – μήτρα σκέδασης.
12. Κυκλικός κυματοδηγός – ομοαξονική γραμμή – μικροταινίες. Μικροκυματικές κοιλότητες – ορθογωνικές κοιλότητες.
13. Συχνότητες συντονισμού – Συντελεστής ποιότητας κοιλοτήτων. Διέγερση κοιλοτήτων και εφαρμογές.

 

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ
Το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος αναπτύσσεται σε 10 ασκήσεις δίωρης διάρκειας ως ακολούθως:

1. Τεχνητή γραμμή: Σχεδίαση με ισοδύναμα τετράπολα – μορφή στασίμου – μέτρηση χαρακτηριστικής αντίστασης – μέτρηση σταθεράς διάδοσης – μέτρηση εξασθένισης. Mέτρηση διαφοράς φάσης οδεύοντος κύματος σε γραμμή μεταφοράς
2. Ιδιότητες γραμμών μεταφοράς: Χρήση συσκευής προσομοίωσης για την μελέτη συχνοτήτων συντονισμού γραμμών λ/4, και λ/2.
3. Γραμμή Lecher: Μελέτη στασίμου γραμμής RF χωρίς απώλειες για διάφορους τερματισμούς. Μέτρηση άγνωστου φορτίου μέσω του στασίμου και χρήσης του χάρτη Smith.
4. Φασματική ανάλυση συντονισμένων γραμμών μέσω αναλυτή δικτύων.
5. Μελέτη ορθογωνικού κυματοδηγού – μέτρηση άγνωστου φορτίου τερματισμού
6. Ασκήσεις προσομοίωσης γραμμών – μικροταινιών και ορθογωνικών κυματοδηγών

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Ι. Γραπτή τελική εξέταση επί του θεωρητικού μέρους του μαθήματος (40% ή 60%) που περιλαμβάνει:
– Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής
– Ερωτήσεις με σκοπό την ανάπτυξη θεωρητικών ζητημάτων
– Επίλυση αριθμητικών προβλημάτων
ΙΙ. Προαιρετική ατομική εργασία η οποία αφορά την επίλυση ενός προβλήματος με επί μέρους ερωτήματα (20%)
ΙΙΙ. Αξιολόγηση επί του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος (40%) ως εξής:
– Γραπτή εξέταση σε δύο κύκλους εργαστηριακών ασκήσεων
– Αξιολόγηση ατομικών εργασιών
– Προφορική αξιολόγηση κατά τη διάρκεια των εργαστηριακών ασκήσεων

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Τ.Β.Γιούλτσης, Ε.Ε.Κριεζής, Μικροκύματα – Θεωρία και Εφαρμογές, Τζιόλα 2017
2. Ε. Η. Βόγκλης : Μικροκυματικές Διατάξεις Ι , Σημειώσεις
3. Pozar D.M., Μικροκυματική τεχνολογία, εκδ. ΙΩΝ 2004.
4. LUDWIG L., BOGDANOV G., RF circuit design, Pearson, 2009.
5. Ουζούνογλου Ν., Εισαγωγή στα Μικροκύματα, Παπασωτηρίου, 1994.
6. Μαργκά Γ.Κ. –Πακτίτη Σ.Α. Γραμμές μεταφοράς, ΙΩΝ 1998.
7. Ν. Σταθόπουλος, Εισαγωγή στις γραμμές μεταφοράς, Σημειώσεις.
8. Κωττή – Καψάλη, Κεραίες ασύρματες ζεύξεις, Τζιόλα, 2005.
9. JOHNSON A., Transmission Lines and Networks, McGraw-Hill, 1975.