7ο εξάμηνο


Μάθημα: Συστήματα Κεραιών και Ασύρματη Διάδoση



Τίτλος μαθήματος Συστήματα Κεραιών και Ασύρματη Διάδοση
Κωδικός μαθήματος Υ3
Είδος μαθήματος Υποχρεωτικό
Επίπεδο μαθήματος Προπτυχιακό
Έτος σπουδών 4ο
Εξάμηνο 7o
Πιστωτικές μονάδες ECTS 5
Ιστοσελίδα eclass.uowm.gr/courses/ICTE289/
Ώρες ανά εβδομάδα 4
Διδάσκων Αλέξανδρος Πιτιλάκης (Έκτακτος)
Περιεχόμενο μαθήματος Ηλεκτρομαγνητικό πεδίο: Η κυματική εξίσωση, Επίπεδο ομοιόμορφο κύμα, Πόλωση κύματος Βασικές παράμετροι κεραιών: Ορισμός κεραίας, Τύποι κεραιών Διάγραμμα ακτινοβολίας, Πυκνότητα ισχύος ακτινοβολίας, Ένταση ακτινοβολίας, Κατευθυντικότητα, Κέρδος, Αποδοτικότητα κεραίας, Εύρος δέσμης μισής ισχύος, Αποδοτικότητα δέσμης, Εύρος ζώνης, Πόλωση, Σύνθετη αντίσταση εισόδου, Ενεργό μήκος, Ενεργός επιφάνεια, Μέγιστη κατευθυντικότητα και μέγιστη ενεργός επιφάνεια, Εξίσωση του Friis, Εξίσωση radar, Θερμοκρασία κεραίας Γραμμικές κεραίες: Δίπολο απειροστού μήκους: Ακτινοβολούμενα πεδία, Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας, Απόσταση ακτίνιου και σφαίρα ακτίνιου, Διαχωρισμός περιοχών πεδίου, Παράμετροι μακρινού πεδίου Μικρό δίπολο, Δίπολο πεπερασμένου μήκους: Κατανομή ρεύματος, Ακτινοβολούμενα πεδία, Παράμε-τροι μακρινού πεδίου Δίπολο μισού μήκους κύματος, Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού: Θεωρία ειδώ-λων, Κατακόρυφο ηλεκτρικό δίπολο, Προσεγγιστικές εκφράσεις, Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους: Κατακόρυφο ηλεκτρικό δίπολο Κεραίες βρόχου: Μικρός κυκλικός βρόχος: Ακτινοβολούμενα πεδία, Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας, Κοντινό πεδίο, Μακρινό πεδίο, Παράμετροι μακρινού πεδίου, Ισοδύναμο κύκλωμα Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος: Ακτινοβολούμενα πεδία, Παράμετροι μακρινού πεδίου Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα, Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι: Τετράγωνος βρόχος, Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη: Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Στοιχειοκεραίες: Εισαγωγή, Στοιχειοκεραία δύο στοιχείων Στοιχειοκεραία Ν-στοιχείων (Ομοιόμορφο πλάτος και απόσταση): Ευρύπλευρη στοιχειοκεραία, Ακροπυροδοτική στοιχειοκεραία, Φασική στοιχειοκεραία (σάρωσης), Ακροπυροδοτική στοιχειοκεραία Hansen-Woodyard Στοιχειοκεραία Ν-στοιχείων (Κατευθυντικότητα): Ευρύπλευρη στοιχειοκεραία, Ακροπυροδοτική στοι-χειοκεραία, Ακροπυροδοτική στοιχειοκεραία Hansen-Woodyard Διαδικασία σχεδιασμού, Στοιχειοκεραία Νστοιχείων (Τρισδιάστατα χαρακτηριστικά): Ν-στοιχεία κατά μήκος του άξονα z, Ν-στοιχεία κατά μήκος των αξόνων x ή y Γραφική επίλυση με μετάβαση από το ορθογώνιο στο πολικό διάγραμμα, Στοιχειοκεραία Ν-στοιχείων (Ομοιόμορφη απόσταση, ανομοιόμορφο πλάτος): Παράγοντας κεραίας, Διωνυμική στοιχειοκεραία Υπερκατευθυντικότητα, Επίπεδες στοιχειοκεραίες: Παράγοντας κεραίας, Εύρος δέσμης, Κατευθυντι-κότητα Ειδικές περιπτώσεις κεραιών: (Ιδιότητες και σχεδίαση) Αναδιπλωμένο δίπολο, Γραμμική στοιχειοκεραία Yagi-Uda, Λογαριθμική περιοδική κεραία Κεραίες χοάνης: (Ιδιότητες και κατευθυντικότητα) Χοάνες Ε- και Η- τομέα, Πυραμιδοειδής κεραία χοάνης Κεραίες μικροταινίας: Βασικά χαρακτηριστικά, Μέθοδοι τροφοδοσίας, Ορθογωνικό κάλυμμα (Μοντέλο γραμμής μεταφο-ράς): Σχεδίαση, Αντίσταση εισόδου, Κατευθυντικότητα Κεραίες ανακλαστήρα: (Ιδιότητες) Επίπεδος ανακλαστήρας, Γωνιακός ανακλαστήρας, Παραβολικό κάτοπτρο, Σφαιρικό κάτοπτρο Ασύρματο κανάλι: Τύποι θορύβου, Τύποι μεταβολής σήματος (path loss, shadowing, fast fading), Τύ-ποι συστημάτων (Satellite, terrestrial, megacell, macrocell, microcell, picocell, femptocell), Κάλυψη κελιού Μηχανισμοί διάδοσης: Επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό κύμα, Καταστατικές παράμετροι, Ανάκλαση και διάθλαση Fresnel, Διάδοση μέσα από υλικά, Σκέδαση, Περίθλαση, Ζώνες Fresnel Μοντέλα διάδοσης: Decibells, Απώλειες διάδοσης, Προϋπολογισμός ζεύξης, Διάδοση στον ελεύθερο χώρο, Εξίσωση Friis, Διάδοση πάνω από επίπεδη επιφάνεια, Εμβέλεια δικτύου, Μοντέλο power law, Διαδικασία μετρήσεων, Κατηγορίες μοντέλων διάδοσης: Εμπειρικά μοντέλα, Ημιντετερμινιστικά μο-ντέλα, Γεωμετρική οπτική, θεωρία ακτινών, Διαφορικές και ολοκληρωτικές εξισώσεις διάδοσης Διάδοση σε επίγεια συστήματα/Κύματα εδάφους: Επίγεια συστήματα, γεωδεσιακό μονοπάτι, Προφίλ εδάφους, Καμπυλότητα γης, Διάθλαση στη κατώτερη ατμόσφαιρα, Ιονόσφαιρα, Υπολογισμός απω-λειών, (Ημι)εμπειρικά και ντετερμινιστικά μοντέλα, Περίθλαση από αιχμή, Επίδραση βλάστησης, Υπολογισμός εύρους δικτύου Macrocells: Μηχανισμοί διάδοσης, Μοντέλα διάδοσης: Okumura-Hata, COST231-Hata, Τύποι και σύγκριση μοντέλων, Χαρακτηριστικά κεραιών Microcells: Μηχανισμοί διάδοσης, Μοντέλα διάδοσης: Dual-slope, Φυσικά και ντετερμινιστικά μοντέλα, Μορφή κελιού, Χαρακτηριστικά κεραιών Picocells/Femptocells: Μηχανισμοί διάδοσης, Μοντέλα διάδοσης: Wall and Floor, Κατανεμημένες κεραίες, Θεωρία ακτινών, Χαρακτηριστικά κεραιών Megacells/ Διάδοση σε δορυφορικά συστήματα: Μηχανισμοί απωλειών, Επίδραση ιονόσφαιρας, τρο-πόσφαιρας και περιβάλλοντος χρήστη, Διάδοση σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους, Φαινόμενο Doppler, Μοντελοποίηση καναλιού, Χαρακτηριστικά κεραιών Ad-Hoc/Body area networks: Χαρακτηριστικά, μηχανισμοί και μοντέλα απωλειών Τεχνικές βελτίωσης ασύρματων καναλιών: Diversity (χώρου, πόλωσης, χρόνου, συχνότητας), Έξυπνες κεραίες, Κατανεμημένες κεραίες, Επαναλήπτες
Αναμενόμενα μαθησιακά αποτελέσματα και δεξιότητες Το μάθημα αποτελεί μια βασική εισαγωγή στις έννοιες των κεραιών και των ασύρματων ζεύξεων. Η ύλη του μαθήματος στοχεύει να εισάγει τους φοιτητές στα βασικά χαρακτηριστικά μεγέθη που χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση των κεραιών, καθώς και να τους εξοικειώσει με τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες κεραίες και τις εφαρμογές τους. Επιπλέον, θίγονται ζητήματα σχεδίασης βάσει συγκεκριμένων προδιαγραφών και λαμβάνοντας υπόψη την εκάστοτε εφαρμογή. Ακόμη, γίνεται μια εισαγωγή στις βασικότερες ραδιοζεύξεις και στους μηχανισμούς διάδοσης, ενώ περιγράφεται ο τρόπος υπολογισμού του προϋπολογισμού ισχύος. Με αυτόν τον τρόπο, καθίσταται εφικτός ο σχεδιασμός μιας ασύρματης ζεύξης με συγκεκριμένες προδιαγραφές και βάσει της εμπλεκόμενης εφαρμογής. Τέλος, στόχος του μαθήματος είναι η πρακτική εξάσκηση των φοιτητών μέσω εργαστηριακών ασκήσεων, προκειμένου να εξοικειωθούν με πραγματικές διατάξεις συστημάτων κεραιών. Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:
  • Έχουν κατανοήσει βασικές έννοιες απλών κεραιών
  • Κατηγοριοποιούν και χρησιμοποιούν κεραίες ανάλογα με την εφαρμογή, καθώς και να υπολογίζουν τα χαρακτηριστικά τους μεγέθη
  • Σχεδιάζουν κεραίες με συγκεκριμένες προδιαγραφές
  • Έχουν γνώση των βασικών εννοιών και μεγεθών των μοντέλων διάδοσης απλών ραδιοζεύξεων
  • Κατηγοριοποιούν και χρησιμοποιούν ασύρματα κανάλια ανάλογα με την εφαρμογή
  • Σχεδιάζουν απλές ραδιοζεύξεις και να υπολογίζουν τον προϋπολογισμό ισχύος
  • Αναγνωρίζουν πραγματικές διατάξεις κεραιών και να διεξάγουν μετρήσεις
Προαπαιτούμενα μαθήματα Κανένα
Μέθοδοι διδασκαλίας Διαλέξεις, Φροντιστηριακές ασκήσεις, Εργαστήρια
Αξιολόγηση Μία τελική γραπτή εξέταση (80%) και ο βαθμός του εργαστηρίου (20%)
Γλώσσα διδασκαλίας Ελληνική
Βιβλιογραφία
  • Balanis A. Constantine, Κεραίες - Ανάλυση και Σχεδίαση, ΣΤΕΛΛΑ ΠΑΡΙΚΟΥ & ΣΙΑ, 2005.
  • Kraus John D., Κεραίες, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ, 1998.
  • Καψάλης Χ., Κωττής Π., Κεραίες ασύρματες ζεύξεις, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ, 2008.
  • Henry L. Bertoni, Διάδοση ραδιοκυμάτων στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ, 2008.
  • Αθανάσιος Κανάτας, Φίλιππος Κωνσταντίνου, Γεώργιος Πάντος, Ασύρματες Επικοινωνίες, ΚΑΝΑΤΑΣ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ, 2010.


Διδάσκων: Πιτιλάκης Αλέξανδρος