માઇક્રોવેવ અને રડાર કમ્યુનિકેશન (4351103) - ઉનાળુ 2024 સોલ્યુશન

પ્રશ્ન 1(અ) [3 માર્ક્સ]

#

વિવિધ માઇક્રોવેવ બેન્ડની તેમની આવૃત્તિ શ્રેણી સાથેની યાદી કરો.

જવાબ:

માઇક્રોવેવ આવૃત્તિ બેન્ડ કોષ્ટક:

યાદરાખવા માટે: “લાર્જ શીપ્સ કેન eXામીન કિંડલી યુઝિંગ નોલેજ ઓલવેઝ”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 માર્ક્સ]

#

ટ્રાન્સમિશન લાઇનનું સામાન્ય સમકક્ષ સર્કિટ દોરો. લોસલેસ લાઇન માટે લાક્ષણિક અવબાધ માટેનું સમીકરણ લખો.

જવાબ:

ટ્રાન્સમિશન લાઇન સમકક્ષ સર્કિટ:

સર્કિટ એલિમેન્ટ્સ:

• R: યુનિટ લંબાઇ દીઠ શ્રેણી પ્રતિકાર
• L: યુનિટ લંબાઇ દીઠ શ્રેણી ઇન્ડક્ટન્સ
• C: યુનિટ લંબાઇ દીઠ શન્ટ કેપેસિટન્સ
• G: યુનિટ લંબાઇ દીઠ શન્ટ કન્ડક્ટન્સ

લોસલેસ લાઇન માટે (R = 0, G = 0):

લાક્ષણિક અવબાધ: Z₀ = √(L/C)

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• લોસલેસ સ્થિતિ: ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન કોઈ પાવર લોસ નથી
• અવબાધ મેચિંગ: Z₀ રિફ્લેક્શન વર્તન નક્કી કરે છે

યાદરાખવા માટે: “લોસલેસ લાઇન્સ લવ કોન્સ્ટન્ટ ઇમ્પિડન્સ”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 માર્ક્સ]

#

એક જ સ્ટબનો ઉપયોગ કરીને ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ પ્રક્રિયા સમજાવો.

જવાબ:

સિંગલ સ્ટબ મેચિંગ પ્રક્રિયા:

graph LR
    A[સોર્સ] --> B[મેઇન લાઇન]
    B --> C[સ્ટબ કનેક્શન પોઇન્ટ]
    C --> D[લોડ]
    C --> E[શોર્ટ સ્ટબ]

મેચિંગ પગલાં:

ડિઝાઇન સમીકરણો:

• સ્ટબ સુધી અંતર: d = (λ/2π) × tan⁻¹(√(R_L/R₀))
• સ્ટબ લંબાઇ: l = (λ/2π) × tan⁻¹(B_stub/Y₀)

એપ્લિકેશન્સ:

• એન્ટીના મેચિંગ
• એમ્પ્લિફાયર ઇનપુટ/આઉટપુટ
• ફિલ્ટર ડિઝાઇન

યાદરાખવા માટે: “સિંગલ સ્ટબ્સ સ્ટોપ સ્ટેન્ડિંગ વેવ્સ સક્સેસફુલી”

પ્રશ્ન 1(ક) વૈકલ્પિક [7 માર્ક્સ]

#

લંબચોરસ અને ગોળાકાર વેવગાઇડ્સની તુલના કરો.

જવાબ:

તુલના કોષ્ટક:

મુખ્ય ફાયદાઓ:

• લંબચોરસ: બહેતર મોડ નિયંત્રણ, સરળ ફેબ્રિકેશન
• ગોળાકાર: વધારે પાવર ક્ષમતા, રોટેટિંગ પોલરાઇઝેશન

યાદરાખવા માટે: “રેક્ટેંગ્યુલર ઇઝ રેગ્યુલર, સર્ક્યુલર કેરીઝ કરન્ટ”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ગ્રુપ વેલોસિટી અને ફેઝ વેલોસિટીની વ્યાખ્યા કરો અને વચ્ચેનો સંબંધ લખો.

જવાબ:

વેગની વ્યાખ્યાઓ:

સંબંધ: vₚ × vₘ = c²

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• ફેઝ વેલોસિટી: હંમેશા > c (પ્રકાશની ઝડપ)
• ગ્રુપ વેલોસિટી: હંમેશા < c
• સિગ્નલ પ્રવાસ: ગ્રુપ વેલોસિટી પર

યાદરાખવા માટે: “ફેઝ ઇઝ ફાસ્ટ, ગ્રુપ કેરીઝ મેસેજ”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 માર્ક્સ]

#

ડાયરેક્શનલ કપ્લરના સિદ્ધાંતો અને કાર્યનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

ડાયરેક્શનલ કપ્લર સિદ્ધાંત:

graph TD
    A[પોર્ટ 1 - ઇનપુટ] --> B[મેઇન લાઇન]
    B --> C[પોર્ટ 2 - થ્રૂ]
    B --> D[પોર્ટ 3 - કપલ્ડ]
    E[પોર્ટ 4 - આઇસોલેટેડ] --> F[ટર્મિનેટેડ]

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કપલિંગ બે ટ્રાન્સમિશન લાઇન વચ્ચે
• પાવર વિભાજન કપલિંગ ફેક્ટર આધારિત
• દિશાત્મક સંવેદનશીલતા તરંગ દિશા તરફ

મુખ્ય પેરામીટર્સ:

• કપલિંગ ફેક્ટર: C = 10 log(P₁/P₃) dB
• ડાયરેક્ટિવિટી: D = 10 log(P₃/P₄) dB
• ઇન્સર્શન લોસ: IL = 10 log(P₁/P₂) dB

યાદરાખવા માટે: “ડાયરેક્શનલ કપ્લર્સ ડિવાઇડ પાવર પ્રિસાઇસલી”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 માર્ક્સ]

#

બાંધકામ, ઓપરેશન અને એપ્લિકેશન સાથે મેજિક TEE સમજાવો.

જવાબ:

મેજિક TEE બાંધકામ:

ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંતો:

સ્કેટરિંગ ગુણધર્મો:

• આઇસોલેશન: પોર્ટ 3 ↔ પોર્ટ 4
• પાવર વિભાજન: મેચ થયું હોય ત્યારે સમાન વિભાજન
• ફેઝ સંબંધો: 0° અને 180°

એપ્લિકેશન્સ:

• મિક્સર્સ અને મોડ્યુલેટર્સ
• પાવર કમ્બાઇનર્સ
• ઇમ્પિડન્સ બ્રિજ
• એન્ટીના ફીડ્સ

યાદરાખવા માટે: “મેજિક TEE ક્રિએટ્સ પરફેક્ટ આઇસોલેશન”

પ્રશ્ન 2(અ) વૈકલ્પિક [3 માર્ક્સ]

#

લંબચોરસ વેવગાઇડ માટે TE₁₀, TE₂₀ મોડ્સ દોરો.

જવાબ:

TE₁₀ મોડ (ડોમિનન્ટ મોડ):

TE₂₀ મોડ:

મોડ લાક્ષણિકતાઓ:

• TE₁₀: x-દિશામાં એક હાફ-વેવ વેરિએશન
• TE₂₀: x-દિશામાં બે હાફ-વેવ વેરિએશન
• ફીલ્ડ પેટર્ન: ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ પ્રોપેગેશન પર લંબ

યાદરાખવા માટે: “TE મોડ્સ હેવ ઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સવર્સ”

પ્રશ્ન 2(બ) વૈકલ્પિક [4 માર્ક્સ]

#

જરૂરી સ્કેચ સાથે હાઇબ્રિડ રિંગનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

હાઇબ્રિડ રિંગ સ્ટ્રક્ચર:

graph TD
    A[પોર્ટ 1] --- B[રિંગ સ્ટ્રક્ચર]
    C[પોર્ટ 2] --- B
    D[પોર્ટ 3] --- B
    E[પોર્ટ 4] --- B
    B --- F[3λ/2 circumference]

ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત:

• રિંગ સર્કમફરન્સ: 3λ/2
• પોર્ટ સ્પેસિંગ: λ/4 અંતરે
• પાવર વિભાજન: એડજેસન્ટ પોર્ટ્સ વચ્ચે સમાન વિભાજન

મુખ્ય લક્ષણો:

• આઇસોલેશન: વિરુદ્ધ પોર્ટ્સ વચ્ચે
• ફેઝ સંબંધો: 0° અને 180°
• ઇમ્પિડન્સ: બધા પોર્ટ્સ પર મેચ

યાદરાખવા માટે: “હાઇબ્રિડ રિંગ્સ હેન્ડલ હાફ-વેવલેન્થ્સ”

પ્રશ્ન 2(ક) વૈકલ્પિક [7 માર્ક્સ]

#

સિદ્ધાંતો, બાંધકામ અને ઓપરેશન સાથે આઇસોલેટર સમજાવો.

જવાબ:

આઇસોલેટર સિદ્ધાંત:

graph LR
    A[Input] --> B[Ferrite Material]
    B --> C[Output]
    C -.->|Blocked| B
    D[Magnetic Field] --> B

બાંધકામ એલિમેન્ટ્સ:

ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત:

• ફેરાડે રોટેશન મેગ્નેટાઇઝ્ડ ફેરાઇટમાં
• નોન-રેસિપ્રોકલ ફેઝ શિફ્ટ
• ફોરવર્ડ ટ્રાન્સમિશન: લો લોસ
• રિવર્સ ટ્રાન્સમિશન: હાઇ એટેન્યુએશન

એપ્લિકેશન્સ:

• એમ્પ્લિફાયર પ્રોટેક્શન
• ઓસિલેટર આઇસોલેશન
• એન્ટીના સિસ્ટમ્સ

સ્પેસિફિકેશન્સ:

• આઇસોલેશન: 20-30 dB સામાન્ય
• ઇન્સર્શન લોસ: < 0.5 dB

યાદરાખવા માટે: “આઇસોલેટર્સ ઇગ્નોર રિવર્સ રિફ્લેક્શન્સ”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ એમ્પ્લિફાયર દોરો.

જવાબ:

TWT એમ્પ્લિફાયર સ્ટ્રક્ચર:

મુખ્ય કોમ્પોનન્ટ્સ:

• ઇલેક્ટ્રોન ગન: ઇલેક્ટ્રોન બીમ પેદા કરે છે
• હેલિક્સ: સ્લો-વેવ સ્ટ્રક્ચર
• કપ્લર્સ: ઇનપુટ/આઉટપુટ RF કનેક્શન્સ
• કલેક્ટર: ખર્ચાયેલા ઇલેક્ટ્રોન્સ એકત્રિત કરે છે

યાદરાખવા માટે: “TWT ટ્રાન્સફર્સ વેવ થ્રૂ હેલિક્સ”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 માર્ક્સ]

#

માઇક્રોવેવ રેડિયેશનને કારણે વિવિધ પ્રકારના જોખમોનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

માઇક્રોવેવ રેડિયેશન જોખમો:

જૈવિક અસરો:

• થર્મલ અસરો: 41°C થી વધારે ટિશ્યુ હીટિંગ
• નોન-થર્મલ અસરો: કોશિકા નુકસાન
• સંવેદનશીલ અંગો: આંખો, પ્રજનન અંગો

સુરક્ષા પગલાં:

• શીલ્ડિંગ: કન્ડક્ટિવ એન્ક્લોઝર્સ
• અંતર: પાવર ડેન્સિટી ∝ 1/r²
• સમય મર્યાદા: એક્સપોઝર ડ્યુરેશન નિયંત્રણ
• ચેતવણી સિસ્ટમ: રેડિયેશન ડિટેક્ટર્સ

યાદરાખવા માટે: “હીટ એનર્જી રિક્વાયર્સ પ્રોપર પ્રોટેક્શન”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 માર્ક્સ]

#

એપલગેટ ડાયાગ્રામ સાથે બે કેવિટી ક્લાયસ્ટ્રોન બાંધકામ અને ઓપરેશન સમજાવો.

જવાબ:

બે-કેવિટી ક્લાયસ્ટ્રોન સ્ટ્રક્ચર:

graph LR
    A[કેથોડ] --> B[ઇનપુટ કેવિટી]
    B --> C[ડ્રિફ્ટ સ્પેસ]
    C --> D[આઉટપુટ કેવિટી]
    D --> E[કલેક્ટર]
    F[RF ઇનપુટ] --> B
    D --> G[RF આઉટપુટ]

એપલગેટ ડાયાગ્રામ:

ઓપરેશન સિદ્ધાંત:

મુખ્ય પેરામીટર્સ:

• ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ: બંચિંગ માટે મહત્વપૂર્ણ
• ડ્રિફ્ટ સ્પેસ લંબાઇ: મહત્તમ બંચિંગ માટે ઓપ્ટિમાઇઝ
• કેવિટી ટ્યુનિંગ: રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી મેચિંગ

એપ્લિકેશન્સ:

• રડાર ટ્રાન્સમિટર્સ
• સેટેલાઇટ કમ્યુનિકેશન્સ
• લિનિયર એક્સેલેરેટર્સ

યાદરાખવા માટે: “ક્લાયસ્ટ્રોન્સ ક્રિએટ બંચ થ્રૂ વેલોસિટી વેરિએશન”

પ્રશ્ન 3(અ) વૈકલ્પિક [3 માર્ક્સ]

#

માઇક્રોવેવ આવૃત્તિ માટે એટેન્યુએશન માપન પદ્ધતિનો બ્લોક ડાયાગ્રામ દોરો.

જવાબ:

એટેન્યુએશન માપન સેટઅપ:

graph LR
    A[સિગ્નલ જનરેટર] --> B[ડાયરેક્શનલ કપ્લર]
    B --> C[ડિવાઇસ અંડર ટેસ્ટ]
    C --> D[પાવર મીટર]
    B --> E[રેફરન્સ પાવર મીટર]
    F[ડિસ્પ્લે યુનિટ] --> G[એટેન્યુએશન રીડિંગ]
    D --> F
    E --> F

માપન પ્રક્રિયા:

• રેફરન્સ માપ: DUT વિના
• ઇન્સર્શન માપ: DUT સાથે
• એટેન્યુએશન કેલ્ક્યુલેશન: A = P₁ - P₂ (dB)

યાદરાખવા માટે: “એટેન્યુએશન એપિયર્સ આફ્ટર એક્યુરેટ એસેસમેન્ટ”

પ્રશ્ન 3(બ) વૈકલ્પિક [4 માર્ક્સ]

#

માઇક્રોવેવ રેન્જ પર વેક્યુમ ટ્યુબની મર્યાદાનું વર્ણન કરો.

જવાબ:

વેક્યુમ ટ્યુબ મર્યાદાઓ:

આવૃત્તિ-સંબંધિત સમસ્યાઓ:

• ઇનપુટ ઇમ્પિડન્સ: રિએક્ટિવ બને છે
• ગેઇન-બેન્ડવિડ્થ: પ્રોડક્ટ મર્યાદા
• નોઇઝ ફિગર: આવૃત્તિ સાથે વધે છે
• પાવર હેન્ડલિંગ: ઘટે છે

સોલ્યુશન્સ:

• સ્પેશિયલ ટ્યુબ ડિઝાઇન: લાઇટહાઉસ ટ્યુબ્સ
• કેવિટી રેઝોનેટર્સ: ટ્યુન્ડ સર્કિટ રિપ્લેસ કરે છે
• શોર્ટ લીડ્સ: ઇન્ડક્ટન્સ મિનિમાઇઝ કરે છે

યાદરાખવા માટે: “વેક્યુમ ટ્યુબ્સ ફેઇલ ફાસ્ટ એટ હાઇ ફ્રીક્વન્સીઝ”

પ્રશ્ન 3(ક) વૈકલ્પિક [7 માર્ક્સ]

#

મેગ્નેટ્રોનના સિદ્ધાંત, બાંધકામ, ઇલેક્ટ્રિક અને મેગ્નેટિક ફીલ્ડની અસર અને ઓપરેશન વિગતવાર સમજાવો.

જવાબ:

મેગ્નેટ્રોન બાંધકામ:

ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત:

ઓપરેશન સ્ટેજો:

1. ઇલેક્ટ્રોન ઇમિશન: ગરમ કેથોડ ઇલેક્ટ્રોન્સ બહાર કાઢે છે
2. સાયક્લોઇડ મોશન: E×B ફીલ્ડ્સ સ્પાયરલ પાથ બનાવે છે
3. સિંક્રોનાઇઝેશન: ઇલેક્ટ્રોન્સ RF ફીલ્ડ સાથે સિંક્રોનાઇઝ કરે છે
4. એનર્જી ટ્રાન્સફર: કાઇનેટિક એનર્જી → RF એનર્જી
5. આઉટપુટ કપલિંગ: વેવગાઇડ દ્વારા RF એક્ષ્ટ્રેક્ટ કરવામાં આવે છે

મુખ્ય પેરામીટર્સ:

• મેગ્નેટિક ફ્લક્સ ડેન્સિટી: B = 2πmf/e
• હલ કટઓફ વોલ્ટેજ: VH = (eB²R²)/(8m)
• આવૃત્તિ: f = eB/(2πm) × (એનોડ મોડ્સ)

એપ્લિકેશન્સ:

• માઇક્રોવેવ ઓવન્સ (2.45 GHz)
• રડાર ટ્રાન્સમિટર્સ
• ઇન્ડસ્ટ્રિયલ હીટિંગ

યાદરાખવા માટે: “મેગ્નેટ્રોન્સ મેક માઇક્રોવેવ્સ થ્રૂ મેગ્નેટિક મોશન”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 માર્ક્સ]

#

ગ્રાફનો ઉપયોગ કરીને વેરેક્ટર ડાયોડના કાર્ય સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ:

વેરેક્ટર ડાયોડ લાક્ષણિકતાઓ:

કાર્ય સિદ્ધાંત:

• રિવર્સ બાયાસ ઓપરેશન: ડાયોડ રિવર્સમાં ઓપરેટ કરે છે
• ડિપ્લેશન લેયર: ડાયલેક્ટ્રિક તરીકે કામ કરે છે
• વેરિયેબલ કેપેસિટન્સ: C ∝ 1/√VR
• વોલ્ટેજ ટ્યુનિંગ: વોલ્ટેજ દ્વારા કેપેસિટન્સ નિયંત્રિત

એપ્લિકેશન્સ:

• વોલ્ટેજ-કંટ્રોલડ ઓસિલેટર્સ
• ફ્રીક્વન્સી મલ્ટિપ્લાયર્સ
• પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર્સ

યાદરાખવા માટે: “વેરેક્ટર્સ વેરી કેપેસિટન્સ વાયા વોલ્ટેજ”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 માર્ક્સ]

#

ગન ડાયોડ માટે ગન અસર અને નકારાત્મક અવરોધકતા સમજાવો.

જવાબ:

ગન અસર મિકેનિઝમ:

ટ્રાન્સફર લક્ષણ:

નકારાત્મક અવરોધકતા:

• થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ: ઇલેક્ટ્રોન્સ અપર વેલીમાં ટ્રાન્સફર કરે છે
• કરન્ટ ઘટાડો: ઘટતી મોબિલિટીને કારણે
• ઓસિલેશન: નકારાત્મક અવરોધકતા સક્ષમ કરે છે
• ડોમેઇન ફોર્મેશન: હાઇ-ફીલ્ડ ડોમેઇન્સ પ્રોપેગેટ કરે છે

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• મટીરિયલ્સ: GaAs, InP
• આવૃત્તિ રેન્જ: 1-100 GHz
• કાર્યક્ષમતા: 5-20%

યાદરાખવા માટે: “ગન ડાયોડ્સ જનરેટ ઓસિલેશન્સ થ્રૂ નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 માર્ક્સ]

#

માઇક્રોવેવ આવૃત્તિ માટે આવૃત્તિ માપન પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

ડાયરેક્ટ ફ્રીક્વન્સી માપ:

graph LR
    A[અજ્ઞાત સિગ્નલ] --> B[ફ્રીક્વન્સી કાઉન્ટર]
    B --> C[ડિસ્પ્લે]
    D[રેફરન્સ ઓસિલેટર] --> B

અપ્રત્યક્ષ પદ્ધતિઓ:

કેવિટી વેવમીટર સેટઅપ:

માપન પ્રક્રિયા:

1. કપલિંગ: સિગ્નલ લાઇન સાથે નબળી કપલિંગ
2. ટ્યુનિંગ: રેઝોનન્સ માટે કેવિટી એડજસ્ટ કરો
3. ઇન્ડિકેશન: મિનિમમ/મહત્તમ માટે આઉટપુટ મોનિટર કરો
4. કેલિબ્રેશન: કેલિબ્રેટેડ સ્કેલથી આવૃત્તિ વાંચો

બીટ ફ્રીક્વન્સી પદ્ધતિ:

• લોકલ ઓસિલેટર: જાણીતી રેફરન્સ આવૃત્તિ
• મિક્સર: બીટ ફ્રીક્વન્સી જનરેટ કરે છે
• માપ: fbeat = |fsignal - fLO|

યાદરાખવા માટે: “ફ્રીક્વન્સી ફાઉન્ડ થ્રૂ કેરફુલ કેવિટી કેલિબ્રેશન”

પ્રશ્ન 4(અ) વૈકલ્પિક [3 માર્ક્સ]

#

સ્વિચ તરીકે PIN ડાયોડનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

PIN ડાયોડ સ્ટ્રક્ચર:

સ્વિચિંગ ઓપરેશન:

મુખ્ય ફાયદાઓ:

• ફાસ્ટ સ્વિચિંગ: નેનોસેકંડ રિસ્પોન્સ
• લો ઇન્સર્શન લોસ: જ્યારે ON હોય
• હાઇ આઇસોલેશન: જ્યારે OFF હોય
• વાઇડ ફ્રીક્વન્સી રેન્જ: DC થી માઇક્રોવેવ

એપ્લિકેશન્સ:

• RF સ્વિચ
• મોડ્યુલેટર્સ
• એટેન્યુએટર્સ
• ફેઝ શિફ્ટર્સ

યાદરાખવા માટે: “PIN ડાયોડ્સ પરફોર્મ પરફેક્ટ સ્વિચિંગ”

પ્રશ્ન 4(બ) વૈકલ્પિક [4 માર્ક્સ]

#

સ્ટ્રિપલાઇન અને માઇક્રોસ્ટ્રિપ સર્કિટ સમજાવો.

જવાબ:

સ્ટ્રિપલાઇન કન્ફિગરેશન:

માઇક્રોસ્ટ્રિપ કન્ફિગરેશન:

તુલના કોષ્ટક:

એપ્લિકેશન્સ:

• સ્ટ્રિપલાઇન: હાઇ-પરફોર્મન્સ સિસ્ટમ્સ
• માઇક્રોસ્ટ્રિપ: PCB સર્કિટ્સ, એન્ટીનાસ

ડિઝાઇન સમીકરણો:

• લાક્ષણિક અવબાધ: w/h રેશિયોનું ફંક્શન
• ઇફેક્ટિવ પર્મિટિવિટી: εeff = (εr + 1)/2

યાદરાખવા માટે: “સ્ટ્રિપલાઇન્સ આર સેન્ડવિચ્ડ, માઇક્રોસ્ટ્રિપ્સ આર માઉન્ટેડ”

પ્રશ્ન 4(ક) વૈકલ્પિક [7 માર્ક્સ]

#

પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર માટે એમ્પ્લિફિકેશનના સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયા સમજાવો.

જવાબ:

પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર સિદ્ધાંત:

graph LR
    A[સિગ્નલ fs] --> B[નોનલિનિયર રિએક્ટન્સ]
    C[પંપ fp] --> B
    B --> D[આઇડલર fi]
    B --> E[એમ્પ્લિફાઇડ સિગ્નલ]
    F[એનર્જી ફ્લો: પંપ → સિગ્નલ]

આવૃત્તિ સંબંધો:

એમ્પ્લિફિકેશન પ્રક્રિયા:

1. નોનલિનિયર એલિમેન્ટ: વેરેક્ટર ડાયોડ ટાઇમ-વેરીંગ કેપેસિટન્સ પ્રદાન કરે છે
2. પંપ પાવર: હાઇ-ફ્રીક્વન્સી પંપ એનર્જી સપ્લાય કરે છે
3. ફ્રીક્વન્સી મિક્સિંગ: ત્રણ-આવૃત્તિ ઇન્ટરેક્શન
4. એનર્જી ટ્રાન્સફર: પંપ એનર્જી → સિગ્નલ એનર્જી
5. ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ: પાવર ટ્રાન્સફર ઓપ્ટિમાઇઝ કરો

સર્કિટ કન્ફિગરેશન:

મુખ્ય ફાયદાઓ:

• લો નોઇઝ ફિગર: ક્વાન્ટમ લિમિટની નજીક
• હાઇ ગેઇન: 10-20 dB સામાન્ય
• વાઇડ બેન્ડવિડ્થ: પંપ સર્કિટ દ્વારા મર્યાદિત

એપ્લિકેશન્સ:

• સેટેલાઇટ રિસીવર્સ
• રેડિયો એસ્ટ્રોનોમી
• લો-નોઇઝ એમ્પ્લિફાયર્સ

ડિઝાઇન વિચારણાઓ:

• પંપ પાવર: નોનલિનિયર ઓપરેશન માટે પૂરતું
• ઇમ્પિડન્સ મેચિંગ: ત્રણેય આવૃત્તિઓ
• સ્થિરતા: ઓસિલેશન અટકાવો

યાદરાખવા માટે: “પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર્સ પંપ પાવર ઇન્ટુ સિગ્નલ પરફેક્ટલી”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 માર્ક્સ]

#

RADAR અને SONAR ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

RADAR vs SONAR તુલના:

સામાન્ય સિદ્ધાંતો:

• ઇકો રેન્જિંગ: ટાઇમ-ઓફ-ફ્લાઇટ માપો
• ડોપ્લર ઇફેક્ટ: ગતિશીલ લક્ષ્યો શોધો
• બીમ ફોર્મિંગ: દિશાત્મક ટ્રાન્સમિશન

મુખ્ય તફાવતો:

• પ્રોપેગેશન: EM તરંગો vs ધ્વનિ તરંગો
• એટેન્યુએશન: વિવિધ લોસ મિકેનિઝમ
• રિઝોલ્યુશન: આવૃત્તિ આધારિત

યાદરાખવા માટે: “RADAR સીઝ રેડિયો વેવ્સ, SONAR હિયર્સ સાઉન્ડ વેવ્સ”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 માર્ક્સ]

#

RADAR પ્રદર્શન પદ્ધતિનું નામ લખો અને કોઈપણ એકને સમજાવો.

જવાબ:

RADAR પ્રદર્શન પદ્ધતિઓ:

PPI ડિસ્પ્લે સમજૂતી:

graph TD
    A[સેન્ટર - રડાર પોઝિશન] --> B[સ્વીપ લાઇન - એન્ટીના દિશા]
    B --> C[ટાર્ગેટ બ્લિપ્સ - રેન્જ & બેરિંગ]
    D[સર્ક્યુલર પેટર્ન] --> E[360° કવરેજ]

PPI લક્ષણો:

• પોલર કોઓર્ડિનેટ: રેન્જ અને બેરિંગ
• રોટેટિંગ સ્વીપ: એન્ટીના રોટેશનને અનુસરે છે
• પર્સિસ્ટન્સ: ટાર્ગેટ્સ દૃશ્યમાન રહે છે
• સ્કેલ સિલેક્શન: એડજસ્ટેબલ રેન્જ

ડિસ્પ્લે પ્રક્રિયા:

1. સ્વીપ જનરેશન: એન્ટીના સાથે સિંક્રોનાઇઝ
2. ટાર્ગેટ પ્લોટિંગ: અંતર અને દિશા
3. ઇન્ટેન્સિટી મોડ્યુલેશન: ટાર્ગેટ સ્ટ્રેન્થ
4. મેપ ઓવરલે: ભૌગોલિક સંદર્ભ

યાદરાખવા માટે: “PPI પ્રોવાઇડ્સ પરફેક્ટ પોઝિશન ઇન્ફોર્મેશન”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 માર્ક્સ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામ સાથે મૂળભૂત પલ્સ રડાર સિસ્ટમ સમજાવો.

જવાબ:

પલ્સ રડાર બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[માસ્ટર ઓસિલેટર] --> B[મોડ્યુલેટર]
    B --> C[પાવર એમ્પ્લિફાયર]
    C --> D[ડુપ્લેક્સર]
    D --> E[એન્ટીના]
    E --> F[ટાર્ગેટ]
    F --> E
    E --> D
    D --> G[રિસીવર]
    G --> H[સિગ્નલ પ્રોસેસર]
    H --> I[ડિસ્પ્લે]
    J[ટાઇમર] --> A
    J --> I

સિસ્ટમ કોમ્પોનન્ટ્સ:

ઓપરેટિંગ સીક્વન્સ:

1. ટ્રાન્સમિશન ફેઝ:

   • માસ્ટર ઓસિલેટર RF જનરેટ કરે છે
   • મોડ્યુલેટર પલ્સ બનાવે છે
   • પાવર એમ્પ્લિફાયર સિગ્નલ બૂસ્ટ કરે છે
   • ડુપ્લેક્સર એન્ટીના તરફ રૂટ કરે છે

2. રિસેપ્શન ફેઝ:

   • એન્ટીના ઇકો રિસીવ કરે છે
   • ડુપ્લેક્સર રિસીવર તરફ રૂટ કરે છે
   • સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ માહિતી એક્સટ્રેક્ટ કરે છે
   • ડિસ્પ્લે ટાર્ગેટ ડેટા બતાવે છે

મુખ્ય સમીકરણો:

• રેન્જ: R = ct/2 (જ્યાં t = રાઉન્ડ-ટ્રિપ ટાઇમ)
• મહત્તમ રેન્જ: Rmax = cPRT/2
• રેન્જ રિઝોલ્યુશન: ΔR = cτ/2

પરફોર્મન્સ પેરામીટર્સ:

• PRF: પલ્સ રિપેટિશન ફ્રીક્વન્સી
• ડ્યુટી સાયકલ: τ × PRF
• એવરેજ પાવર: પીક પાવર × ડ્યુટી સાયકલ

યાદરાખવા માટે: “પલ્સ રડાર પ્રોપર્લી પ્રોસેસ રિફ્લેક્ટેડ સિગ્નલ્સ”

પ્રશ્ન 5(અ) વૈકલ્પિક [3 માર્ક્સ]

#

માઇક્રોવેવ આવૃત્તિની એપ્લિકેશનની સૂચિ બનાવો.

જવાબ:

માઇક્રોવેવ એપ્લિકેશન્સ:

મુખ્ય મુદ્દાઓ:

• ISM બેન્ડ્સ (ઇન્ડસ્ટ્રિયલ, સાયન્ટિફિક, મેડિકલ): લાઇસન્સ-ફ્રી
• પેનેટ્રેશન ક્ષમતા: આવૃત્તિ અને મટીરિયલ પર આધાર રાખે છે
• એટમોસ્ફેરિક એબસોર્પ્શન: આવૃત્તિ સાથે વધે છે

યાદરાખવા માટે: “માઇક્રોવેવ્સ સર્વ મેની એપ્લિકેશન્સ પરફેક્ટલી”

પ્રશ્ન 5(બ) વૈકલ્પિક [4 માર્ક્સ]

#

PULSED RADAR અને CW RADAR ની સરખામણી કરો.

જવાબ:

PULSED vs CW RADAR તુલના:

ઓપરેશનલ તફાવતો:

પલ્સ્ડ RADAR:

• રેન્જ સમીકરણ: R = ct/2
• મહત્તમ રેન્જ: PRF દ્વારા મર્યાદિત
• બ્લાઇન્ડ રેન્જ: cPRT/2 ના મલ્ટિપલ
• એપ્લિકેશન્સ: લોંગ-રેન્જ ડિટેક્શન

CW RADAR:

• ડોપ્લર સમીકરણ: fd = 2vr/λ
• રેન્જ માપ: FM મોડ્યુલેશન જરૂરી
• કોઈ બ્લાઇન્ડ રેન્જ નથી: કન્ટિન્યુઅસ ઓપરેશન
• એપ્લિકેશન્સ: સ્પીડ માપ, પ્રોક્સિમિટી

મુખ્ય ફાયદાઓ:

• પલ્સ્ડ: બહેતર રેન્જ ક્ષમતા, ટાર્ગેટ સેપરેશન
• CW: બહેતર વેલોસિટી એક્યુરસી, સરળ ડિઝાઇન

યાદરાખવા માટે: “પલ્સ્ડ મેઝર્સ રેન્જ, CW મેઝર્સ વેલોસિટી”

પ્રશ્ન 5(ક) વૈકલ્પિક [7 માર્ક્સ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામ સાથે MTI રડાર સમજાવો.

જવાબ:

MTI RADAR બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[ટ્રાન્સમિટર] --> B[ડુપ્લેક્સર]
    B --> C[એન્ટીના]
    C --> D[ટાર્ગેટ]
    D --> C
    C --> B
    B --> E[રિસીવર]
    E --> F[ફેઝ ડિટેક્ટર]
    G[STALO] --> H[મિક્સર]
    H --> F
    I[COHO] --> F
    F --> J[MTI ફિલ્ટર]
    J --> K[ડિસ્પ્લે]
    G --> L[ફ્રીક્વન્સી મલ્ટિપ્લાયર]
    L --> A

MTI સિસ્ટમ કોમ્પોનન્ટ્સ:

MTI ઓપરેટિંગ સિદ્ધાંત:

પલ્સ-ટુ-પલ્સ તુલના:

MTI પ્રક્રિયા:

1. કોહેરન્ટ ટ્રાન્સમિશન: ફેઝ સંબંધો જાળવો
2. ઇકો રિસેપ્શન: ફેઝ માહિતી સાચવો
3. ફેઝ તુલના: ક્રમિક પલ્સની તુલના કરો
4. ક્લટર કેન્સલેશન: સ્થિર રિટર્ન ઘટાડો
5. મૂવિંગ ટાર્ગેટ ડિટેક્શન: ગતિશીલ ટાર્ગેટ વધારો

મુખ્ય સમીકરણો:

• ડોપ્લર આવૃત્તિ: fd = 2vr cos(θ)/λ
• ફેઝ ચેંજ: Δφ = 4πvr/λ × PRT
• બ્લાઇન્ડ સ્પીડ્સ: vb = nλ/(2PRT)

MTI સુધારણા પરિબળ:

• વ્યાખ્યા: MTI પહેલા/પછી ક્લટર પાવરનો ગુણોત્તર
• સામાન્ય મૂલ્યો: 20-40 dB
• અસર કરતા પરિબળો: સિસ્ટમ સ્થિરતા, ક્લટર લક્ષણો

મર્યાદાઓ:

• બ્લાઇન્ડ સ્પીડ્સ: ચોક્કસ વેગ પર ટાર્ગેટ્સ અદૃશ્ય
• સ્પર્શક ટાર્ગેટ્સ: રેડિયલ વેલોસિટી કોમ્પોનન્ટ જરૂરી
• હવામાન અસરો: વાતાવરણીય વધઘટ

એપ્લિકેશન્સ:

• એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ: ગ્રાઉન્ડ ક્લટરથી એરક્રાફ્ટ અલગ કરો
• વેધર રડાર: ભૂપ્રદેશથી વરસાદ અલગ કરો
• મિલિટરી રડાર: ગતિશીલ વાહનો/એરક્રાફ્ટ શોધો

યાદરાખવા માટે: “MTI મેક્સ ટાર્ગેટ્સ આઇડેન્ટિફાયેબલ બાય મૂવમેન્ટ”