Ασύρματες Επικοινωνίες [open] (321-7802)

Δημοσθένης Βουγιούκας

Περιγραφή

Το μάθημα προσφέρει τις απαραίτητες γνώσεις για την κατανόηση των βασικών αρχών του τρόπου διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον ελεύθερο χώρο. Εισάγει τη θεωρία των κεραιών και την κατανόηση της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού. Εφαρμόζεται στις μεταδόσεις και διαδόσεις των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων που μεταφέρουν την πληροφορία και των κεραιών.

CC - Αναφορά - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή
Περιεχόμενο μαθήματος

Ηλεκτρομαγνητικά Κύματα στο Χώρο, Εισαγωγή στη θεωρία κεραιών, μηχανισμοί ακτινοβολίας. Χαρακτηριστικά κεραιών, διαγράμματα ακτινοβολίας, κέρδος, εύρος ζώνης, συντελεστής ποιότητας. Θεωρία απλών γραμμικών κεραιών. Στοιχειώδες δίπολο. Κεραίες οδεύοντος κύματος. Γραμμική κεραία μεγάλου μήκους. Βροχοκεραίες. Θεώρημα της αμοιβαιότητας και ισοδύναμα κυκλώματα εκπομπής και λήψης. Κεραία σαν δέκτης, ενεργός επιφάνεια κεραίας. Κεραίες επιφανείας. Αντίσταση εισόδου κεραίας. Εφαρμογές και παραδείγματα αναλύσεως και συνθέσεως κεραιών. Διπολικές γραμμικές κεραίες, κατευθυντικότητα και κέρδος κεραιών, παραδείγματα εφαρμογής. Στοιχειοκεραίες. Κεραίες λήψης. Πόλωση κεραιών. Θόρυβος σε τηλεπικοινωνιακά συστήματα και θερμοκρασία θορύβου κεραίας. Τροποσφαιρικά και Ιονοσφαιρικά κύματα. Κύματα εδάφους. Βασικές μέθοδοι διάδοσης (εξίσωση Friis, ανάκλαση, περίθλαση, διάθλαση). Εφαρμογές και μετρήσεις κεραιών.

Μαθησιακοί στόχοι

Στόχος του μαθήματος είναι η κατανόηση της θεωρίας του ηλεκτρομαγνητισμού και τις εφαρμογές του στις μεταδόσεις των ηλεκτρομαγνητικών σημάτων που μεταφέρουν την πληροφορία, καθώς και των κεραιών. Το μάθημα προσφέρει τις απαραίτητες γνώσεις για την κατανόηση των βασικών αρχών του τρόπου διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ελεύθερο χώρο. Σχετικά με τις κεραίες που αποτελούν τη διεπαφή των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων με τα μέσα μετάδοσης στις ασύρματες επικοινωνίες, γίνεται εκτενής παρουσίαση των βασικών χαρακτηριστικών των κεραιών και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που παράγουν. Έτσι, ο φοιτητής εξοικειώνεται με τα φαινόμενα διάδοσης κύματος που προκαλούνται σε πραγματικό περιβάλλον και τις μεθόδους μέτρησης που χρησιμοποιούνται στην πράξη.

Βιβλιογραφία

Βιβλία

  • Α. Κανάτας, Φ. Κωνσταντίνου, Γ. Πάντος «Ασύρματες Α. Κανάτας, Φ. Κωνσταντίνου, Γ. Πάντος «Ασύρματες Επικοινωνίες», Αυτοέκδοση, 2010.
  • Χ. Καψάλης και Π. Κωττής, «Κεραίες Ασύρματες Ζεύξεις», Εκδόσεις Τζιόλα
  • C. A. Balanis, «Κεραίες - Ανάλυση και Σχεδίαση», Εκδόσεις ΙΩΝ
  • J.D. Kraus and D.A. Fleisch, Electromagnetics with Applications, 5th Edition, McGraw Hill, 1999.
  • Herbert P. Neff, Introductory Electromagnetics, John Wiley & Sons, 1991.
  • C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd Edition, John Wiley, 2005.
  • C. A. Balanis, Advanced engineering electromagnetics, Wiley, 1989.
  • J.D. Kraus, Antennas, Second Edition, Mc Graw-Hill, 1988.
  • Theodore Rappaport, Wireless Communications, Principles and Practice, Prentice Hall, 1996

Online readings

Μέθοδοι διδασκαλίας

Διδασκαλία καθ΄ έδρας και συμπληρωματική-ενισχυτική εκπαίδευση μέσω ασύγχρονης πλατφόρμας.

Μέθοδοι αξιολόγησης

Οι φοιτητές αξιολογούνται μέσω γραπτών τελικών εξετάσεων και συμπεριλαμβάνεται ο βαθμός του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος.

Η εξέταση γίνεται με κλειστές σημειώσεις, με χρήση τυπολογίου και υπολογιστή τσέπης (calculator)

Προαπαιτούμενα

Προαπαιτούνται γνώσεις φυσικής και τηλεπικοινωνιών.

Διδάσκοντες

 

Ο Δρ. Δημοσθένης Βουγιούκας είναι Μόνιμος Επίκουρος Καθηγητής στο Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αιγαίου, ενώ από τον Σεπτέμβριο του 2004 διετέλεσε ως διδάσκων σύμφωνα με το Π.Δ. 407/80 στο ίδιο τμήμα. Στο εν λόγω τμήμα είναι Διευθυντής του Εργαστηρίου Συστημάτων Υπολογιστών και Επικοινωνιών. Αποφοίτησε από το τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ το 1996. Από το ίδιο τμήμα ανακηρύχθηκε Διδάκτορας Μηχανικός το 2003 με εξειδίκευση στις Ασύρματες και Κινητές Τηλεπικοινωνίες. Κατέχει επίσης μεταπτυχιακό δίπλωμα ειδίκευσης Χρηματοοικονομικών Συστημάτων (ΜΒΑ) από το διατμηματικό πρόγραμμα του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου σε συνεργασία με το Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών και το Πανεπιστήμιο Πειραιά το 2006. 

Ομάδα στόχος

Οι φοιτητές/απόφοιτοι του τμήματος Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων και Πολυτεχνικών Σχολών Ηλεκτρολόγων  και Ηλεκτρονικών Μηχανικών.

Ενδιαφερόμενοι για τη θεματική περιοχή των ασύρματων επικοινωνιών και κεραιών.

Προτεινόμενα συγγράμματα
  • Α. Κανάτας, Φ. Κωνσταντίνου, Γ. Πάντος «Ασύρματες Α. Κανάτας, Φ. Κωνσταντίνου, Γ. Πάντος «Ασύρματες Επικοινωνίες», Αυτοέκδοση, 2010.
  • Χ. Καψάλης και Π. Κωττής, «Κεραίες Ασύρματες Ζεύξεις», Εκδόσεις Τζιόλα
  • C. A. Balanis, «Κεραίες - Ανάλυση και Σχεδίαση», Εκδόσεις ΙΩΝ
  • J.D. Kraus and D.A. Fleisch, Electromagnetics with Applications, 5th Edition, McGraw Hill, 1999.
  • Herbert P. Neff, Introductory Electromagnetics, John Wiley & Sons, 1991.
  • C.A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd Edition, John Wiley, 2005.
  • C. A. Balanis, Advanced engineering electromagnetics, Wiley, 1989.
  • J.D. Kraus, Antennas, Second Edition, Mc Graw-Hill, 1988.
  • Theodore Rappaport, Wireless Communications, Principles and Practice, Prentice Hall, 1996

Ενότητες

  1. Στοιχεία Διανυσματικής Ανάλυσης
  2. Συστήματα Συντεταγμένων
  3. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα
  4. Στοιχεία Κυκλωμάτων
  5. Ημιτονοειδής Μόνιμη Κατάσταση και Φασιθέτες
  1. Πηγές Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων
  2. Ηλεκτροστατικά Πεδία (Νόμος Coulomb, Ηλεκτρικό Δυναμικό και Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου, Ισοδυναμικές Επιφάνειες, Γραμμικά Φορτία, Ηλεκτρική Ροή, Πυκνότητα Ηλεκτρικής Ροής, Νόμος Gauss, Απόκλιση Διηλεκτρικής Μετατόπισης)
  3. Διηλεκτρικά Μέσα και Οριακές Συνθήκες
  4. Μόνιμα Μαγνητικά Πεδία
  5. Πεδία Ροής Ηλεκτρικού Ρεύματος (Νόμος Biot-Savart, Μαγνητική Ροή, Πυκνότητα Μαγνητικής Ροής, Νόμος Gauss, Δύναμη Lorenz)
  1. Εξισώσεις Maxwell
  2. Ημιτονοειδής Χρονική Μεταβολή των Πεδίων
  3. Συνθήκες Ελεύθερου Χώρου και Κυματική Εξίσωση
  4. Ομοιόμορφα Επίπεδα Κύματα σε Μέσο Χωρίς Απώλειες
  5. Πόλωση Η/Μ Κυμάτων (Εξισώσεις και συνθήκες Ελλειπτικής, Κυκλικής και Γραμμικής Πόλωσης)
  1. Συναρτήσεις Δυναμικού (Βαθμωτού και Διανυσματικού)
  2. Περιοχές Ακτινοβολίας των Κεραιών
  3. Προσεγγίσεις Μακρινού Πεδίου
  4. Μεθοδολογία Υπολογισμού του Πεδίου Ακτινοβολίας Οποιασδήποτε Κεραίας
  5. Βασικά Χαρακτηριστικά Κεραιών (Σημειακές πηγές, διαγράμματα ακτινοβολίας, ορισμοί χρήσιμων μεγεθών)
  6. Η κεραία ως στοιχείο κυκλώματος (πομπός και δέκτης)
  7. Θεώρημα Αμοιβαιότητας
  8. Ενεργό μήκος κεραίας
  9. Πόλωση κεραιών και απώλειες
  10. Η κεραία ως άνοιγμα (ενεργός επιφάνεια, φυσική επιφάνεια, συλλεκτική ικανότητα)

Γραμμικές Κεραίες

  1. Δίπολο Hertz
  2. Γραμμική διπολική κεραία αυθαίρετου μήκους
  3. Δίπολο λ/2

Βροχοειδής Κεραίες

  1. Μικρό κυκλικό πλαίσιο
  2. Κυκλικός Βρόγχος αυθαίρετου μήκους

Κεραίες υπεράνω εδάφους
Κεραίες ευρείας ζώνης
Χοανοκεραίες
Κεραίες ανακλαστήρα

  1. Ζώνες Συχνοτήτων & Εφαρμογές
  2. Κατηγοριοποίηση Κυμάτων
  3. Απώλειες Ελεύθερου Χώρου
  4. Ανάκλαση & Μετάδοση (Εξισώσεις Fresnel)
  5. Μοντέλο Επίπεδης Γης
  6. Εφαρμογές

Περιλαμβάνει γενικές ασκήσεις που αφορούν το συγκεκριμένο μάθημα.

Περιλαμβάνει δείγματα από εργαστηριακές ασκήσεις του μαθήματος.

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα
Επίπεδο: A+

Αρ. Επισκέψεων :  4043
Αρ. Προβολών :  20565

Ημερολόγιο