મુખ્ય સામગ્રી પર જાઓ
Microwave and Radar Communication (4351103) - Summer 2025 Solution - Gujarati
  1. સંસાધનો/
  2. અભ્યાસ સામગ્રી/
  3. ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને કમ્યુનિકેશન એન્જિનિયરિંગ/
  4. ઇસીઇ સેમેસ્ટર 5/
  5. માઇક્રોવેવ અને રડાર કમ્યુનિકેશન (4351103)/

Microwave and Radar Communication (4351103) - Summer 2025 Solution - Gujarati

મિલવ ડબગર
લેખક
મિલવ ડબગર
ઇલેક્ટ્રિકલ અને ઇલેક્ટ્રોનિક મેન્યુફેક્ચરિંગ ઉદ્યોગમાં અનુભવી લેક્ચરર. એમ્બેડેડ સિસ્ટમ્સ, ઈમેજ પ્રોસેસિંગ, ડેટા સાયન્સ, મેટલેબ, પાયથન, STM32માં કુશળ. એલ.ડી. કોલેજ ઓફ એન્જિનિયરિંગ - અમદાવાદથી કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ એન્જિનિયરિંગમાં માસ્ટર્સ ડિગ્રી ધરાવતા મજબૂત શિક્ષણ વ્યાવસાયિક.
અનુક્રમણિકા

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]
#

ચાર માઇક્રોવેવ આવર્તન બેન્ડની તેમની આવર્ત શ્રેણી સાથે અને તેનાં ઉપયોગો સાથેની સૂચી બનાવો.

જવાબ:

બેન્ડઆવર્તન શ્રેણીઉપયોગો
L-band1-2 GHzGPS, Mobile communication
S-band2-4 GHzWiFi, Bluetooth, Radar
C-band4-8 GHzSatellite communication
X-band8-12 GHzMilitary radar, Weather radar

મેમરી ટ્રીક: “Little Satellites Communicate eXcellently”


પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]
#

એક જ સ્ટ્બનો ઉપયોગ કરીને impedance matching ની પ્રક્રિયા સમજાવો.

જવાબ:

Single stub matchingshort-circuited stub વડે reflection દૂર કરવાની પદ્ધતિ છે.

પ્રક્રિયા:

  • Stub લંબાઈ: Reactive impedance પ્રદાન કરે છે
  • Stub સ્થાન: Load થી Smith chart વડે ગણવામાં આવે છે
  • Matching condition: Real part = Z₀, imaginary part = 0
graph LR
    A[Source] --> B[Transmission Line]
    B --> C[Stub Position]
    C --> D[Load]
    C --> E[Short Stub]

મેમરી ટ્રીક: “Stub Positioned for Perfect Matching”


પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]
#

લોસલેસ ટ્રાન્સમિશન લાઇનની લાક્ષણિકતાઓ જણાવો અને બે વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇન માટે સામાન્ય સમીકરણ મેળવો.

જવાબ:

લોસલેસ લાઇનની લાક્ષણિકતાઓ:

  • કોઈ power loss નથી: R = 0, G = 0
  • સ્થિર amplitude: કોઈ attenuation નથી
  • માત્ર phase delay: સિગ્નલ delayed પણ weakened નથી
  • Standing wave pattern: Reflections ને કારણે બને છે

સામાન્ય સમીકરણો:

Voltage માટે: V(z) = V₊e^(-γz) + V₋e^(γz) Current માટે: I(z) = (V₊/Z₀)e^(-γz) - (V₋/Z₀)e^(γz)

જ્યાં:

  • γ = α + jβ (propagation constant)
  • Z₀ = √(L/C) (characteristic impedance)
  • Lossless line માટે: α = 0, γ = jβ

મેમરી ટ્રીક: “Lossless Lines Love Low Loss”


પ્રશ્ન 1(ક) OR [7 ગુણ]
#

સ્થાયી તરંગ વ્યાખ્યાયિત કરો. શોર્ટ સર્કિટ અને ઓપન સર્કિટ લાઇન માટે સ્ટેન્ડિંગ વેવ પેટર્ન દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Standing Wave: આગળ અને પરાવર્તિત તરંગોના constructive અને destructive interference થી બનતો સ્થિર pattern.

Short Circuit Line:

  • Current maximum short circuit પર
  • Voltage minimum short circuit પર
  • Minima વચ્ચેનું અંતર: λ/2

Open Circuit Line:

  • Voltage maximum open circuit પર
  • Current minimum open circuit પર
  • Maxima વચ્ચેનું અંતર: λ/2
SVIhort00Ciλλr//c44uitλλ://22OpeVInC00ircλλu//i44t:λλ//22

મેમરી ટ્રીક: “Short Circuits Current, Open Circuits Voltage”


પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]
#

મેજિક TEE ની કામગીરી દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Magic TEE એ E-plane અને H-plane tees ને મિલાવીને બનાવેલ ચાર પોર્ટ વાળી device છે જે opposite ports વચ્ચે isolation આપે છે.

graph TD
    A[Port 1 - E-arm] --> C[Junction]
    B[Port 2 - H-arm] --> C
    C --> D[Port 3 - Collinear arm]
    C --> E[Port 4 - Collinear arm]

કામગીરી:

  • E-arm અને H-arm: એકબીજાથી isolated રહે છે
  • Sum port: Collinear arms ના signals ને add કરે છે
  • Difference port: Signals ને subtract કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “Magic Tee Mixes Modes”


પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]
#

હાયબ્રિડ રિંગની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

Hybrid Ringચાર પોર્ટ વાળી ગોળાકાર waveguide છે જે power division અને isolation માટે વપરાય છે.

બાંધકામ:

  • Ring circumference: 1.5λ
  • Port spacing: Adjacent ports વચ્ચે λ/4
  • Matched impedance: દરેક port Z₀ સાથે matched

કામગીરી:

  • Power splitting: Input બે output ports વચ્ચે સમાન રીતે વહેંચાય છે
  • Isolation: Opposite ports isolated રહે છે
  • Phase difference: Output ports વચ્ચે 180°

મેમરી ટ્રીક: “Ring Runs Round for Power Sharing”


પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]
#

“સર્ક્યુલેટર” ના બાંધકામ અને કાર્યસિદ્ધાંત સમજાવો. તેની એપ્લિકેશનોની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • ત્રણ પોર્ટ device ferrite material સાથે
  • Permanent magnet magnetic field બનાવે છે
  • Y-junction waveguide structure
graph LR
    A[Port 1] --> B[Ferrite Junction]
    B --> C[Port 2]
    C --> D[Port 3]
    D --> A
    style B fill:#ff9999

કાર્યસિદ્ધાંત:

  • Faraday rotation: Magnetic field wave polarization ને rotate કરે છે
  • Unidirectional flow: Power માત્ર એક દિશામાં વહે છે
  • Non-reciprocal: વિરુદ્ધ દિશાઓ માટે અલગ behavior

ઉપયોગો:

  • Radar systems: Transmitter ને receiver થી isolate કરે છે
  • Communication: TX/RX માટે antenna sharing
  • Microwave amplifiers: Feedback અટકાવે છે

મેમરી ટ્રીક: “Circulator Circles Clockwise Continuously”


પ્રશ્ન 2(અ) OR [3 ગુણ]
#

લંબચોરસ વેવગાઇડ અને ગોળાઇવાળું વેવગાઇડની તુલના કરો.

જવાબ:

પેરામીટરલંબચોરસગોળાકાર
Cross-sectionRectangleCircle
Dominant modeTE₁₀TE₁₁
Cutoff frequencyસરળ calculationજટિલ calculation
Manufacturingસરળમધ્યમ
Power handlingઓછીવધારે

મેમરી ટ્રીક: “Rectangles are Regular, Circles are Complex”


પ્રશ્ન 2(બ) OR [4 ગુણ]
#

ડાયરેક્શનલ કપ્લરનું કાર્યસિદ્ધાંત દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

Directional Coupler forward power ને sample કરે છે અને reflected power થી isolation આપે છે.

graph LR
    A[Input] --> B[Main Line]
    B --> C[Output]
    B -.-> D[Coupled Port]
    B -.-> E[Isolated Port]
    style D fill:#99ff99
    style E fill:#ff9999

કામગીરી:

  • Coupling factor: Extract થતી power નક્કી કરે છે (10-20 dB સામાન્ય)
  • Directivity: Forward ને reverse power થી isolate કરે છે
  • Insertion loss: Main line માં minimal loss

પેરામીટર્સ:

  • C = 10 log(P₁/P₃) (Coupling factor)
  • D = 10 log(P₃/P₄) (Directivity)

મેમરી ટ્રીક: “Coupler Couples Carefully in Correct Direction”


પ્રશ્ન 2(ક) OR [7 ગુણ]
#

“Travelling Wave Tube” ના બાંધકામ અને કાર્યસિદ્ધાંત સમજાવો. તેની એપ્લિકેશનોની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • Electron gun: Electron beam emit કરે છે
  • Helix structure: RF wave ને slow કરે છે
  • Collector: Spent electrons collect કરે છે
  • Magnetic focusing: Beam ને focused રાખે છે
graph LR
    A[Electron Gun] --> B[Helix]
    B --> C[Collector]
    D[RF Input] --> B
    B --> E[RF Output]
    F[Magnetic Field] -.-> B

કાર્યસિદ્ધાંત:

  • Velocity synchronization: Electron velocity ≈ RF wave velocity
  • Energy transfer: Electrons RF wave ને energy આપે છે
  • Continuous interaction: સંપૂર્ણ helix length પર

ઉપયોગો:

  • Satellite communication: High power amplification
  • Radar transmitters: High gain amplification
  • Electronic warfare: Jamming systems

મેમરી ટ્રીક: “TWT Transfers Tremendous power Through Travel”


પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]
#

ઉચ્ચ VSWR માપન માટે પરોક્ષ પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

Indirect Method calibrated attenuator વાપરીને high VSWR ને measure કરે છે.

પ્રક્રિયા:

  • Calibrated attenuator insert કરો (10-20 dB)
  • Reduced VSWR measure કરો (VSWR₂)
  • Actual VSWR calculate કરો: VSWR₁ = VSWR₂ × Attenuator ratio

ફોર્મ્યુલા: VSWR_actual = VSWR_measured × 10^(Attenuation/20)

મેમરી ટ્રીક: “Indirect method uses Intermediate Attenuation”


પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]
#

કનવેંશનલ ટ્યૂબ્સની આવર્તન મર્યાદાઓ લખો અને સમજાવો.

જવાબ:

આવર્તન મર્યાદાઓ:

  • Transit time effect: Electron transit time significant બને છે
  • Interelectrode capacitance: High frequency response limit કરે છે
  • Lead inductance: Parasitic inductance gain ઘટાડે છે
  • Skin effect: Current માત્ર surface પર વહે છે

અસરો:

  • Reduced gain: fα કરતાં વધારે frequencies પર
  • Increased noise: Shot noise ને કારણે
  • Phase shift: Signal processing માં delay

ઉકેલો:

  • Electrode spacing ઘટાડો
  • Special tube designs વાપરો
  • Cavity resonators employ કરો

મેમરી ટ્રીક: “Transit Time Troubles Traditional Tubes”


પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]
#

એપ્લિગેટ ડાયાગ્રામ સાથે ટૂ કેવિટી ક્લીસ્ટ્રોનનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો. તેના ફાયદાઓની યાદી આપો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • Electron gun: Electron beam produce કરે છે
  • Input cavity: Beam ને velocity modulate કરે છે
  • Drift region: Beam bunching થાય છે
  • Output cavity: RF energy extract કરે છે
  • Collector: Electrons collect કરે છે

Applegate Diagram:

DTICiinasmpvteuiattnyce××××××××××××BDS×××urp×××nia×××cfc×××hte×××i×ngocFcaMSuselrOCtdosuaiwtveupilmeuteltyceetlcretocrntosrnosns

કામગીરી:

  • Velocity modulation: Input cavity electron velocity vary કરે છે
  • Density modulation: Electrons drift space માં bunch થાય છે
  • Energy extraction: Bunched beam output cavity ને energy transfer કરે છે

ફાયદાઓ:

  • High power output: કેટલાક kilowatts
  • High efficiency: 40-60%
  • Low noise: Semiconductor devices કરતાં સારી
  • Stable operation: Excellent frequency stability

મેમરી ટ્રીક: “Klystron Kicks with Kinetic Bunching”


પ્રશ્ન 3(અ) OR [3 ગુણ]
#

BWOનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

BWO (Backward Wave Oscillator) backward wave interaction વાપરીને oscillation કરે છે.

બાંધકામ:

  • Electron gun: Electron beam emit કરે છે
  • Slow wave structure: Helix અથવા coupled cavities
  • Collector: Input end પર
  • Output: Input end થી

કામગીરી:

  • Backward wave: Electron beam ની વિરુદ્ધ દિશામાં travel કરે છે
  • Negative resistance: Beam backward wave ને energy આપે છે
  • Oscillation: જ્યારે gain > losses

મેમરી ટ્રીક: “BWO goes Backward While Oscillating”


પ્રશ્ન 3(બ) OR [4 ગુણ]
#

માઇક્રોવેવ રેડિયેશનને કારણે જોખમો સમજાવો.

જવાબ:

જોખમોના પ્રકારો:

  • HERP: Hazards of Electromagnetic Radiation to Personnel
  • HERO: Hazards of Electromagnetic Radiation to Ordnance
  • HERF: Hazards of Electromagnetic Radiation to Fuel

અસરો:

  • Thermal heating: High power પર tissue heating
  • આંખોને નુકસાન: Cataract formation
  • Reproductive effects: Fertility પર સંભવિત અસર
  • Pacemaker interference: Electronic device malfunction

સુરક્ષા:

  • Power density limits: < 10 mW/cm²
  • Safety distances: Far field calculations
  • Warning signs: Radiation hazard markers
  • Personal monitors: RF exposure meters

મેમરી ટ્રીક: “Microwaves Make Multiple Medical Maladies”


પ્રશ્ન 3(ક) OR [7 ગુણ]
#

સુઘડ સ્કેચ સાથે મેગ્નેટ્રોનનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો. તેની એપ્લિકેશનોની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • Circular cathode: Central hot cathode
  • Cylindrical anode: Resonant cavities સાથે
  • Permanent magnet: Axial magnetic field પ્રદાન કરે છે
  • Output coupling: Loop અથવા probe
graph LR
    A[Cathode] --> B[Interaction Space]
    B --> C[Anode Cavities]
    D[Magnetic Field] -.-> B
    C --> E[Output Coupling]
    style A fill:#ff9999
    style C fill:#99ff99

કામગીરી:

  • Electron cloud: Interaction space માં બને છે
  • Cycloid motion: E અને B fields ને કારણે
  • Resonant cavities: Operating frequency નક્કી કરે છે
  • π-mode oscillation: Alternate cavities opposite phase માં

ઉપયોગો:

  • Microwave ovens: 2.45 GHz heating
  • Radar systems: High power pulses
  • Industrial heating: Material processing
  • Medical diathermy: Therapeutic heating

મેમરી ટ્રીક: “Magnetron Makes Microwaves Magnificently”


પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]
#

P-i-N ડાયોડની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

P-i-N Diode માં P અને N regions વચ્ચે intrinsic layer છે, જે voltage-controlled resistor તરીકે કામ કરે છે.

બાંધકામ:

  • P region: Heavily doped
  • I region: Intrinsic (undoped)
  • N region: Heavily doped

કામગીરી:

  • Forward bias: Low resistance (1-10 Ω)
  • Reverse bias: High resistance (>10 kΩ)
  • RF switch: Microwave signals control કરે છે
  • Variable attenuator: DC bias સાથે resistance vary થાય છે

મેમરી ટ્રીક: “PIN controls Power IN Networks”


પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]
#

સુઘડ સ્કેચ સાથે વેરેક્ટર ડાયોડના કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

Varactor Diode junction capacitance variation વાપરીને voltage-controlled capacitor તરીકે કામ કરે છે.

CCapa+c0VP0iVta-nVce(NrvesveVrosleJtuabngiceat:si)on

કામગીરી:

  • Reverse bias: Junction deplete કરે છે, capacitance ઘટે છે
  • Bias voltage: Capacitance value control કરે છે
  • Capacitance ratio: સામાન્ય રીતે 3:1 થી 10:1
  • Frequency tuning: Oscillators અને filters માં વપરાય છે

ઉપયોગો:

  • VCO tuning: Voltage controlled oscillators
  • AFC circuits: Automatic frequency control
  • Parametric amplifiers: Low noise amplification

મેમરી ટ્રીક: “Varactor Varies Capacitance with Voltage”


પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]
#

ટનલ ડાયોડનું બાંધકામ અને કાર્ય સમજાવો અને ટનલ બનાવવાની ઘટનાને વિગતવાર સમજાવો. તેની એપ્લિકેશનોની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • Heavily doped P-N junction: બંને બાજુ degenerately doped
  • Thin junction: ~10 nm width
  • Quantum tunneling: Electrons energy barrier માંથી tunnel કરે છે

Tunneling Phenomenon:

  • Quantum effect: Electrons energy barrier માંથી પસાર થાય છે
  • Band overlap: Conduction band valence band સાથે overlap કરે છે
  • Probability function: Tunneling probability barrier width પર depend કરે છે
  • No thermal activation: Room temperature પર થાય છે
IIVV-pvV==C0hPVaearValapklcetyeVorvliNtosealtggtiaVeactg:ieveresistance

કામગીરી:

  • Forward bias 0-Vp: Current વધે છે (tunneling)
  • Vp to Vv: Negative resistance region
  • Beyond Vv: Normal diode operation

ઉપયોગો:

  • High-speed switching: Picosecond switching
  • Oscillators: Microwave frequency generation
  • Amplifiers: Low noise amplification
  • Memory circuits: Bistable operation

મેમરી ટ્રીક: “Tunnel Diode Tunnels Through barriers Terrifically”


પ્રશ્ન 4(અ) OR [3 ગુણ]
#

IMPATT ડાયોડની કામગીરીનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

IMPATT (Impact Avalanche Transit Time) diode avalanche multiplication અને transit time delay વાપરીને oscillation કરે છે.

કામગીરી:

  • Avalanche zone: Impact ionization carriers બનાવે છે
  • Drift zone: Carriers constant velocity સાથે drift કરે છે
  • Transit time: 180° phase shift પ્રદાન કરે છે
  • Negative resistance: Phase delay ને કારણે

મુખ્ય parameters:

  • Breakdown voltage: સામાન્ય રીતે 20-100V
  • Efficiency: 10-20%
  • Frequency range: 1-300 GHz

મેમરી ટ્રીક: “IMPATT Impacts with Avalanche Transit Time”


પ્રશ્ન 4(બ) OR [4 ગુણ]
#

પેરામેટ્રિક એમ્પ્લીફાયર માટે આવર્તન ઉપર અને નીચે રૂપાંતરણ સમજાવો.

જવાબ:

Parametric Amplifier time-varying reactance વાપરીને amplification અને frequency conversion કરે છે.

Up-conversion:

  • Signal frequency: fs (input)
  • Pump frequency: fp (ઘણી વધારે)
  • Output frequency: fo = fp + fs
  • Energy transfer: Pump થી signal માં

Down-conversion:

  • Signal frequency: fs (input)
  • Pump frequency: fp
  • Output frequency: fo = fp - fs
  • Mixer operation: Frequency translation

ફાયદાઓ:

  • Low noise: Quantum-limited performance
  • High gain: 20-30 dB સામાન્ય
  • Wide bandwidth: કેટલાક GHz

મેમરી ટ્રીક: “Parametric Pump Provides frequency conversion Plus gain”


પ્રશ્ન 4(ક) OR [7 ગુણ]
#

RUBY MASER ના બાંધકામ અને કાર્ય સિદ્ધાંતનું વર્ણન કરો. તેની એપ્લિકેશનોની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

બાંધકામ:

  • Ruby crystal: Al₂O₃ lattice માં Cr³⁺ ions
  • Magnetic field: Strong DC magnetic field
  • Microwave cavity: Signal frequency પર resonant
  • Pump source: High frequency klystron
  • Cryogenic cooling: Liquid helium temperature
graph LR
    A[Ruby Crystal] --> B[Microwave Cavity]
    C[Magnetic Field] -.-> A
    D[Pump Source] --> B
    E[Liquid Helium] -.-> A
    B --> F[Amplified Output]

કાર્યસિદ્ધાંત:

  • Energy levels: Cr³⁺ ions ને ત્રણ energy levels છે
  • Population inversion: Pump upper level માં વધારે atoms બનાવે છે
  • Stimulated emission: Signal photons emission trigger કરે છે
  • Coherent amplification: Phase-coherent amplification

Three-level system:

  • Ground state: E₁ (સૌથી વધારે populated)
  • Intermediate state: E₂ (signal frequency)
  • Upper state: E₃ (pump frequency)

ઉપયોગો:

  • Radio astronomy: Ultra-low noise receivers
  • Satellite communication: Ground station amplifiers
  • Deep space communication: NASA tracking stations
  • Research: Quantum electronics experiments

મેમરી ટ્રીક: “RUBY MASER Makes Amazingly Sensitive Electromagnetic Receivers”


પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]
#

MTI RADARના કાર્યાત્મક બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

MTI RADAR successive echoes ની comparison કરીને moving targets detect કરે છે અને fixed targets cancel કરે છે.

graph LR
    A[Transmitter] --> B[Duplexer]
    B --> C[Antenna]
    C --> B
    B --> D[Receiver]
    D --> E[Phase Detector]
    F[STALO] --> E
    F --> G[COHO]
    G --> E
    E --> H[Canceller]
    H --> I[Display]

Components:

  • STALO: Stable Local Oscillator
  • COHO: Coherent Oscillator
  • Phase detector: Echo phases compare કરે છે
  • Canceller: Fixed target echoes remove કરે છે

મેમરી ટ્રીક: “MTI Makes Targets Intelligible by Motion”


પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]
#

RADAR ને SONAR સાથે સરખાવો.

જવાબ:

પેરામીટરRADARSONAR
Wave typeElectromagneticAcoustic
MediumAir/vacuumWater
Speed3×10⁸ m/s1500 m/s
FrequencyGHzkHz
Range100+ km10-50 km
ApplicationsAir/spaceUnderwater

સામાન્ય લક્ષણો:

  • Pulse-echo principle
  • Range measurement
  • Target detection

મેમરી ટ્રીક: “RADAR Radiates, SONAR Sounds”


પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]
#

મહત્તમ RADAR રેંજનું સમીકરણ મેળવો. મહત્તમ રડાર રેંજને અસર કરતા પરિબળો સમજાવો.

જવાબ:

RADAR Range Equation:

R_max = ⁴√[(P_t × G² × λ² × σ) / (64π³ × P_min × L)]

જ્યાં:

  • P_t: Transmitter power (W)
  • G: Antenna gain (dimensionless)
  • λ: Wavelength (m)
  • σ: Target cross-section (m²)
  • P_min: Minimum detectable power (W)
  • L: System losses (dimensionless)

Derivation steps:

  1. Power density at target: P_t×G/(4πR²)
  2. Power intercepted: σ × Power density
  3. Power at receiver: Intercepted power × G/(4πR²)
  4. P_min સાથે સમાન કરો અને R માટે solve કરો

Range ને અસર કરતા પરિબળો:

Range વધારતા પરિબળો:

  • Higher transmitter power: R ∝ P_t^(1/4)
  • Larger antenna gain: R ∝ G^(1/2)
  • Larger target RCS: R ∝ σ^(1/4)
  • Lower system losses: R ∝ L^(-1/4)

Range ઘટાડતા પરિબળો:

  • Higher frequency: R ∝ λ^(1/2)
  • Atmospheric losses: Absorption અને scattering
  • Ground clutter: Interfering reflections

મેમરી ટ્રીક: “RADAR Range Requires Robust Power and Proper Parameters”


પ્રશ્ન 5(અ) OR [3 ગુણ]
#

CW Doppler RADAR માં ડોપ્લર અસરનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

Doppler Effect જ્યારે target RADAR ની સાપેક્ષ રીતે move કરે છે ત્યારે frequency shift કરે છે.

Doppler Frequency: f_d = (2 × V_r × f_0) / c

જ્યાં:

  • V_r: Radial velocity (m/s)
  • f_0: Transmitted frequency (Hz)
  • c: Speed of light (3×10⁸ m/s)

લક્ષણો:

  • Approaching target: f_d positive
  • Receding target: f_d negative
  • Factor of 2: Two-way propagation ને કારણે

મેમરી ટ્રીક: “Doppler Detects Direction with Doubled frequency shift”


પ્રશ્ન 5(બ) OR [4 ગુણ]
#

RADAR માટે PPI ડિસ્પ્લે પદ્ધતિ સમજાવો

જવાબ:

PPI (Plan Position Indicator) RADAR coverage area નો top view બતાવે છે range અને bearing information સાથે.

Display Features:

  • Circular screen: Center RADAR location represent કરે છે
  • Rotating trace: Antenna rotation સાથે synchronized
  • Range rings: Distance માટે concentric circles
  • Bearing scale: Circumference આસપાસ 0-360°

કામગીરી:

  • Sweep rotation: Antenna rotation match કરે છે
  • Echo intensity: Brightness control કરે છે
  • Persistence: Afterglow target visibility maintain કરે છે
  • Range scale: Selectable range settings

ઉપયોગો:

  • Air traffic control: Aircraft positioning
  • Marine navigation: Ship અને obstacle detection
  • Weather monitoring: Storm tracking

મેમરી ટ્રીક: “PPI Provides Position Information Perfectly”


પ્રશ્ન 5(ક) OR [7 ગુણ]
#

પલ્સ રડારનો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો અને કાર્યસિદ્ધાંત સમજાવો.

જવાબ:

graph LR
    A[Master Oscillator] --> B[Modulator]
    B --> C[Power Amplifier]
    C --> D[Duplexer]
    D --> E[Antenna]
    E --> D
    D --> F[RF Amplifier]
    F --> G[Mixer]
    H[Local Oscillator] --> G
    G --> I[IF Amplifier]
    I --> J[Detector]
    J --> K[Video Amplifier]
    K --> L[Display]
    A --> M[Timer]
    M --> B
    M --> L

કاર્યસિદ્ધાંત:

Transmission:

  • Master oscillator: RF carrier generate કરે છે
  • Modulator: Short pulses બનાવે છે
  • Power amplifier: Pulse power amplify કરે છે
  • Duplexer: Pulse ને antenna તરફ route કરે છે

Reception:

  • Echo reception: Antenna reflected signals receive કરે છે
  • RF amplification: Low noise amplification
  • Mixing: Intermediate frequency માં convert કરે છે
  • IF amplification: Further amplification
  • Detection: Video signal extract કરે છે
  • Display: Range vs amplitude show કરે છે

મુખ્ય Parameters:

  • Pulse width: Range resolution નક્કી કરે છે
  • PRF: Pulse repetition frequency
  • Peak power: Maximum range capability
  • Duty cycle: Average power consideration

ફાયદાઓ:

  • High peak power: Long range capability
  • Good range resolution: Narrow pulses
  • Simple processing: Direct detection

મેમરી ટ્રીક: “Pulse RADAR Pulses Powerfully for Precise Position”