Παρουσίαση/Προβολή

Γενικές πληροφορίες

Διδασκαλία και Αξιολόγηση

Γενικά

• Διδάσκων: Αλέξανδρος Πιτιλάκης, Δρ. ΑΠΘ
• Επικοινωνία/email: apitilakis@uowm.gr
• Μάθημα: Δευτέρες, 13:00-17:00 στην Αίθουσα [to be defined]
• Εργαστήριο: Το πρόγραμμα θα βγει στο eClass (παρακολουθείτε ανακοινώσεις)
• Ώρες φοιτητών: Πριν/μετά το μάθημα. Προτείνεται επικοινωνία με email για ραντεβού.

Μέθοδοι Διδασκαλίας

• Tο μάθημα χωρίζεται στο Θεωρητικό μέρος (παραδόσεις θεωρίας και ασκήσεις) και στο υποχρεωτικό Εργαστηριακό μέρος.

Τρόποι Αξιολόγησης

• Θεωρία: Τελική (γραπτή) εξέταση, 80-75% του τελικού βαθμού του μαθήματος.
• Εργαστήριο: Παράδοση εργασιών κατά τη διάρκεια του εξαμήνου, 20-25% του τελικού βαθμού του μαθήματος.
• Προαιρετικές εργασίες: Homework projects προσθετικής βαθμολογίας, μόνο εφόσον υπάρχει προβιβάσιμος βαθμός στη γραπτή εξέταση. Αναθέτονται, εκτελούνται και παραδίδονται μόνο κατά το χειμερινό εξάμηνο.

Εργαστήριο

• Οι φοιτητές χωρίζονται σε ομάδες για τη συμμετοχή τους στο εργαστήριο.
• Εκτός από την παρακολούθηση, παραδίδονται εργασίες (εργαστηριακές αναφορές, reports) από κάθε ομάδα.
• Η συμμετοχή στο εργαστήριο (παρουσίες) και η υποβολή αναφορών είναι υποχρεωτικές προϋποθέσεις για να δώσετε εξετάσεις.

Εξετάσεις

• Επιτρέπονται ανοιχτά [to be defined] (π.χ. βιβλία, προσωπικές σημειώσεις, διαφάνειες των παραδόσεων, υπολογιστές κλπ).
• Σε γραπτές εξετάσεις: Να έχετε στυλό, κομπιουτεράκι και χάρακα.

Βιβλιογραφία

Εύδοξος

1. Balanis C. A., Θεωρία Κεραιών, 4η έκδοση, Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ & ΣΙΑ Ι.Κ.Ε., 2019. [Προτεινόμενο]
2. Kraus J. D., Κεραίες, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ, 1998.
3. Καψάλης Χ., Κωττής Π., Κεραίες ασύρματες ζεύξεις, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ, 2008.
4. Κανάτας A., Κωνσταντίνου Φ., Πάντος Γ., Ασύρματες Επικοινωνίες, ΚΑΝΑΤΑΣ ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ, 2010.
5. Saunders S.R., Aragón-Zavala A., Επιστ. Επιμ.: Δημοσθένης Βουγιούκας, Κεραίες και διάδοση για ασύρματα συστήματα επικοινωνιών, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΕΔΙΟ Α.Ε., 2016.

Πρόσθετη βιβλιογραφία

• Διαφάνειες διαλέξεων (Συστήματα Κεραιών --> Βιβλίο #1, Ασύρματη Διάδοση --> Βιβλίο #5)
• Internet, π.χ. Wikipedia (... πάντα με επιφύλαξη!)

Μαθησιακοί Στόχοι

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Κατανοούν βασικές έννοιες κεραιών και ραδιοζεύξεων
• Επιλέγουν την κατάλληλη κεραία ανάλογα με την εφαρμογή
• Σχεδιάζουν κεραίες με συγκεκριμένες προδιαγραφές
• Κατηγοριοποιούν και χρησιμοποιούν ασύρματα κανάλια
• Σχεδιάζουν απλές ραδιοζεύξεις με τον προϋπολογισμό ισχύος
• Αναγνωρίζουν πραγματικές διατάξεις κεραιών
• Διεξάγουν μετρήσεις

Περιεχόμενο Μαθήματος 

Συστήματα Κεραιών

• Ηλεκτρομαγνητικό κύμα: Κυματική εξίσωση. Επίπεδο ομοιόμορφο κύμα. Σφαιρικό κύμα. Πόλωση κύματος.
• Βασικά μεγέθη κεραιών: Ορισμός κεραίας. Τύποι κεραιών. Διάγραμμα ακτινοβολίας. Κατευθυντικότητα. Κέρδος. Εύρος δέσμης. Εύρος ζώνης. Πόλωση. Αντίσταση εισόδου. Προσαρμογή και συντονισμός κεραίας. Ενεργό μήκος και ενεργός επιφάνεια κεραίας. Θερμοκρασία κεραίας.
• Βασικές αρχές ακτινοβολίας: Ακτινοβολία στο μακρινό πεδίο. Εξίσωση του Friis. Εξίσωση radar. Θεώρημα αμοιβαιότητας. Δυϊκότητα κεραίας.
• Γραμμικές κεραίες: Στοιχειώδες δίπολο. Μικρό δίπολο. Δίπολο πεπερασμένου μεγέθους. Δίπολο μισού μήκους κύματος (λ/2). Επίδραση εδάφους. Μονόπολα. 
• Κεραίες βρόχου: Μικρός κυκλικός βρόχος. Βρόχος σταθερού ρεύματος. Βρόχος ανομοιόμορφου ρεύματος. Βρόχος περιφέρειας-λ. Επίδραση εδάφους. Πολυγωνικές κεραίες βρόχου.
• Στοιχειοκεραίες: Παράγοντας διάταξης και αρχές σχεδιασμού στοιχειοκεραιών. Γραμμικές ομοιόμορφες στοιχειοκεραίες. Πολυωνυμικές στοιχειοκεραίες (Διωνυμική). Επίπεδες στοιχειοκεραίες (2Δ).
• Ειδικές κεραίες σύρματος: Αναδιπλωμένο δίπολο. Κεραία Yagi-Uda. Λογαριθμική περιοδική κεραία.
• Κεραίες χοάνης: Χοάνες Ε- και Η- τομέα. Πυραμιδοειδής κεραία χοάνης
• Κεραίες ανακλαστήρα: Κεραίες παραβολικού ανακλαστήρα. Επίπεδα παθητικά κάτοπτρα.
• Κεραίες μικροταινίας: Ορθογωνικό κάλυμμα (patch). 

Ασύρματη Διάδοση

• Ασύρματο κανάλι: Ορισμοί. Τύποι υποβάθμισης σήματος (path loss, shadowing, fast fading). Πολλαπλή όδευση (multipath). Προϋπολογισμός ραδιοζεύξης (link budget). Τύποι συστημάτων (επίγεια, σημείο-προς-σημείο, δορυφορικά, κινητά/κυψελωτά). 
• Μηχανισμοί διάδοσης: Διάδοση στον ελεύθερο χώρο. Επίπεδο και σφαιρικό ομοιόμορφο ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Πόλωση. Ανάκλαση & διάθλαση σε διεπιφάνεια. Διάδοση σε μέσα με απώλειες. Σκέδαση. Περίθλαση σε εμπόδια. Ζώνες Fresnel. Γεωμετρική οπτική (θεωρία ακτίνων, GTD/UTD) 
• Μοντέλα διάδοσης: Εξίσωση Friis. Μοντέλο επίπεδης γης (δύο ακτίνων, plane-earth loss). Εμπειρικά μοντέλα (Okumura-Hata, COST231). Ημι-εμπειρικά μοντέλα (Ikegami, Allsbroοk and Parsons model). Ντετερμινιστικά μοντέλα (ray-tracing, GTD/UTD).
• Επίγεια συστήματα: Ραδιοζεύξεις μεγάλων αποστάσεων (σημείο-προς-σημείο). Προφίλ και καμπυλότητα εδάφους. Τροποσφαιρικός δείκτης (διάθλαση κατώτερης ατμόσφαιρας). Κυματοδήγηση (ducting). Ανάκλαση στην ιονόσφαιρα (skip wave). Απώλειες περίθλασης (αιχμηρά "knife edge" εμπόδια), μονής ή πολλαπλής. Απώλειες περιβάλλοντος (clutter).
• Κινητά/κυψελωτά συστήματα: Macrocell, Microcell, Picocell/Femtocell. Μοντέλα διάδοσης (εμπειρικά, ημι-εμπειρικά, ντετερμινιστικά). Τύπος σταθμού βάσης και κεραιών. Συστήματα 5G (και μέλλον... 6G).
• Δορυφορικά συστήματα: Ύψος δορυφόρου. Megacells. Επίδραση ιονόσφαιρας και τροπόσφαιρας. Περιβάλλον επίγειου σταθμού.
• Άλλα ασύρματα συστήματα: Ad-hoc. Personal/Body Area Networks (PAN/BAN). Ειδικός ρυθμός απορρόφησης (SAR).
• Τεχνικές βελτίωσης καναλιού: Διαφορισμός (diversity), έξυπνες/προσαρμοστικές κεραίες, συστήματα κατανεμημένων κεραιών (DAS) και πολλαπλών εισόδων/εξόδων (MIMO), επαναλήπτες.