માઇક્રોવેવ અને રડાર કોમ્યુનિકેશન (4351103) - શિયાળો 2023 ઉકેલ

પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]

#

ટ્રાન્સમિશન લાઇન માં વોલ્ટેજ અને કરંટ માટે સ્ટેન્ડિંગ વેવ પેટર્નને સ્કેચ કરો, જ્યારે તે (i) શોર્ટ સર્કિટ, (ii) ઓપન સર્કિટ અને (iii) મેચ્ડ લોડ સાથે સમાપ્ત થાય છે.

જવાબ:

આકૃતિ:

• શોર્ટ સર્કિટ: લોડ પર વોલ્ટેજ ન્યૂનતમ, કરંટ મહત્તમ
• ઓપન સર્કિટ: લોડ પર વોલ્ટેજ મહત્તમ, કરંટ ન્યૂનતમ
• મેચ્ડ લોડ: સ્થિર વોલ્ટેજ અને કરંટ, કોઈ પ્રતિબિંબ નથી

યાદાશ્ત સૂત્ર: “SOC - શોર્ટ કરંટ ખોલે, ઓપન કરંટ બંધ કરે”

પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]

#

માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સી માટે બે સમાંતર વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇનના સમકક્ષ સર્કિટનો નકશો દોરો અને સમજાવો.

જવાબ:

આકૃતિ:

• R: એકમ લંબાઈ દીઠ શ્રેણી પ્રતિકાર (કંડક્ટર લોસિસ)
• L: એકમ લંબાઈ દીઠ શ્રેણી ઇન્ડક્ટન્સ (ચુંબકીય ક્ષેત્ર સંગ્રહ)
• G: એકમ લંબાઈ દીઠ શંટ કંડક્ટન્સ (ડાઇઇલેક્ટ્રિક લોસિસ)
• C: એકમ લંબાઈ દીઠ શંટ કેપેસિટન્સ (વિદ્યુત ક્ષેત્ર સંગ્રહ)

પ્રાથમિક સ્થિરાંકો કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “RLGC - ખરેખર મોટી કેબલ્સ”

પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]

#

આઇસોલેટર ના સિદ્ધાંત, બાંધકામ અને કાર્યને જરૂરી સ્કેચ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

સિદ્ધાંત: આઇસોલેટર માઇક્રોવેવ સિગ્નલને ફક્ત આગળની દિશામાં જ પસાર કરવા દે છે ફેરાઇટ મટિરિયલ અને ફેરાડે રોટેશન અસર નો ઉપયોગ કરીને.

બાંધકામ આકૃતિ:

graph TD
    A[Input Port] --> B[Ferrite Rod]
    B --> C[Permanent Magnet]
    C --> D[Output Port]
    E[Resistive Load] --> B
    F[Waveguide] --> B

કાર્યપ્રણાલી:

• આગળની દિશા: સિગ્નલ ઓછા નુકસાન સાથે ફેરાઇટ માંથી પસાર થાય છે
• પાછળની દિશા: સિગ્નલ 45° ફેરવાય છે અને રેઝિસ્ટિવ લોડ દ્વારા શોષાય છે
• ચુંબકીય ક્ષેત્ર ફેરાઇટ મટિરિયલને બાયાસ કરે છે
• આઇસોલેશન: સામાન્ય રીતે 20-30 dB

ઉપયોગો:

• ટ્રાન્સમિટરને સુરક્ષા રિફ્લેક્ટેડ પાવર થી
• એમ્પ્લિફાયર સર્કિટમાં ઓસિલેશન અટકાવે છે
• સોર્સ ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ જાળવે છે

વિશેષતાઓ કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “આગળ અલગ કરો, પાછળ શોષો”

પ્રશ્ન 1(ક) વિકલ્પ [7 ગુણ]

#

ટ્રાન્સમિશન લાઇન અને વેવગાઇડની સરખામણી કરો.

જવાબ:

સરખામણી કોષ્ટક:

મુખ્ય તફાવતો:

• ટ્રાન્સમિશન લાઇન: બે કંડક્ટર વાપરે છે, TEM મોડ સપોર્ટ કરે છે
• વેવગાઇડ: સિંગલ હોલો કંડક્ટર, TE/TM મોડ્સ સપોર્ટ કરે છે
• કટઓફ ફ્રીક્વન્સી: વેવગાઇડ માં લઘુત્તમ ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી
• ફીલ્ડ પેટર્ન: અલગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફીલ્ડ વિતરણ

ઉપયોગો:

• ટ્રાન્સમિશન લાઇન: લો પાવર, બ્રોડબેન્ડ એપ્લિકેશન
• વેવગાઇડ: હાઇ પાવર રડાર, સેટેલાઇટ કોમ્યુનિકેશન

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ટ્રાન્સમિશન બે-વાયર ચાલે, વેવગાઇડ વિશાળ ચાલે”

પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યા આપો: (i) VSWR, (ii) રિફ્લેક્શન કોઇફિશન્ટ, અને (iii) સ્કિન અસર

જવાબ:

વ્યાખ્યાઓ:

• VSWR (વોલ્ટેજ સ્ટેન્ડિંગ વેવ રેશિયો): ટ્રાન્સમિશન લાઇન પર મહત્તમ અને ન્યૂનતમ વોલ્ટેજ એમ્પ્લિટ્યુડનો ગુણોત્તર

  • ફોર્મ્યુલા: VSWR = V_max/V_min = (1+|Γ|)/(1-|Γ|)

• રિફ્લેક્શન કોઇફિશન્ટ (Γ): પ્રતિબિંબિત અને આવતા વોલ્ટેજ એમ્પ્લિટ્યુડનો ગુણોત્તર

  • ફોર્મ્યુલા: Γ = (Z_L - Z_0)/(Z_L + Z_0)

• સ્કિન અસર: ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીએ કરંટ મુખ્યત્વે કંડક્ટરની સપાટી પર વહે છે

  • સ્કિન ડેપ્થ: δ = √(2/ωμσ)

પરિમાપો કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “VSWR વેરિયે, ગામા ગાઇડ, સ્કિન સંકોચે”

પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]

#

યોગ્ય સ્કેચ સાથે ટુ-હોલ ડાયરેક્શનલ કપ્લરનું કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

બાંધકામ આકૃતિ:

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• બે છિદ્રો λ/4 અંતરે વેવગાઇડ વચ્ચે ઊર્જા કપલ કરે છે
• આગળનું તરંગ: કપલ્ડ સિગ્નલ P3 પર ઉમેરાય, P4 પર રદ થાય
• પાછળનું તરંગ: કપલ્ડ સિગ્નલ P4 પર ઉમેરાય, P3 પર રદ થાય
• ડાયરેક્ટિવિટી: યોગ્ય છિદ્ર અંતર અને સાઇઝ દ્વારા પ્રાપ્ત

કપલિંગ મેકેનિઝમ:

• ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ કપલિંગ છિદ્રો દ્વારા
• ફેઝ ડિફરન્સ ડાયરેક્શનલ કપલિંગ બનાવે છે
• કપલિંગ ફેક્ટર: C = 10 log(P1/P3) dB

પર્ફોર્મન્સ પરિમાપો:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “બે છિદ્ર, બે દિશા, સંપૂર્ણ નિયંત્રણ”

પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]

#

વેવગાઇડ દ્વારા માઇક્રોવેવનું પ્રસારણ વર્ણવો અને કટ ઓફ તરંગલંબાઇનું સમીકરણ મેળવો.

જવાબ:

પ્રસારણ સિદ્ધાંત: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો વેવગાઇડ દ્વારા TE અને TM મોડ્સ માં વિશિષ્ટ ફીલ્ડ પેટર્ન સાથે પ્રસારિત થાય છે.

તરંગ સમીકરણ: લંબચોરસ વેવગાઇડ માટે, તરંગ સમીકરણ: ∇²E + γ²E = 0

જ્યાં γ² = β² - k²

કટઓફ તરંગલંબાઇ વ્યુત્પત્તિ:

TE_mn મોડ માટે લંબચોરસ વેવગાઇડમાં:

• કટઓફ ફ્રીક્વન્સી: f_c = (c/2)√[(m/a)² + (n/b)²]
• કટઓફ તરંગલંબાઇ: λ_c = 2/√[(m/a)² + (n/b)²]

ડોમિનન્ટ TE₁₀ મોડ માટે:

• λ_c = 2a (જ્યાં a એ પહોળું પરિમાણ છે)

પ્રસારણ શરતો:

• કટઓફ નીચે (f < f_c): એવનેસન્ટ તરંગ, ઘાતાંકીય ક્ષય
• કટઓફ ઉપર (f > f_c): પ્રસારિત તરંગ
• ફેઝ વેગ: v_p = c/√[1 - (f_c/f)²]
• ગ્રુપ વેગ: v_g = c√[1 - (f_c/f)²]

મોડ ચાર્ટ:

graph LR
    A[TE₁₀] --> B[TE₂₀]
    A --> C[TE₀₁]
    B --> D[TE₁₁]
    C --> D

મુખ્ય સંબંધો:

• v_p × v_g = c²
• λ_g = λ₀/√[1 - (λ₀/λ_c)²]

યાદાશ્ત સૂત્ર: “કટ-ઓફ આવે, પ્રસારણ આગળ વધે”

પ્રશ્ન 2(અ) વિકલ્પ [3 ગુણ]

#

સિંગલ સ્ટબનો ઉપયોગ કરીને ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ સમજાવો.

જવાબ:

સિદ્ધાંત: સિંગલ સ્ટબ મેચિંગ શોર્ટ-સર્કિટેડ અથવા ઓપન-સર્કિટેડ સ્ટબનો ઉપયોગ કરીને લોડ ઇમ્પીડન્સના રિએક્ટિવ ઘટકને રદ કરે છે.

સ્ટબ આકૃતિ:

ડિઝાઇન સ્ટેપ્સ:

• સ્ટેપ 1: અંતર ’d’ શોધો જ્યાં નોર્મલાઇઝ્ડ કંડક્ટન્સ = 1
• સ્ટેપ 2: જરૂરી સ્ટબ સસેપ્ટન્સ ગણો: B_s = -B_load
• સ્ટેપ 3: સ્ટબ લંબાઇ નક્કી કરો: l_s B_s થી

સ્મિથ ચાર્ટ પદ્ધતિ:

• નોર્મલાઇઝ્ડ લોડ ઇમ્પીડન્સ પ્લોટ કરો
• મેચિંગ પોઇન્ટ શોધવા જનરેટર તરફ આગળ વધો
• કેન્દ્ર પોઇન્ટ પ્રાપ્ત કરવા સ્ટબ સસેપ્ટન્સ ઉમેરો

યાદાશ્ત સૂત્ર: “સિંગલ સ્ટબ સસેપ્ટન્સ ઉકેલે”

પ્રશ્ન 2(બ) વિકલ્પ [4 ગુણ]

#

હાઇબ્રિડ રિંગને જરૂરી સ્કેચ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

બાંધકામ આકૃતિ:

graph TB
    A[Port 1] --> B[Ring Junction]
    C[Port 2] --> B
    D[Port 3] --> B
    E[Port 4] --> B
    B --> F[3λ/2 Ring Path]

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• રિંગ પરિધિ: 3λ/2 (1.5 તરંગલંબાઇ)
• સમાન પાથ લંબાઇ દરેક પોર્ટથી વિરુદ્ધ પોર્ટ સુધી
• 180° ફેઝ ડિફરન્સ બાજુના પોર્ટ વચ્ચે

S-મેટ્રિક્સ ગુણધર્મો:

• આઇસોલેશન: પોર્ટ 1-3 અને પોર્ટ 2-4 આઇસોલેટેડ છે
• પાવર ડિવિઝન: 180° ફેઝ ડિફરન્સ સાથે સમાન વિભાજન
• ઇમ્પીડન્સ: બધા પોર્ટ Z₀ સાથે મેચ્ડ

ઉપયોગો:

• બેલેન્સ્ડ મિક્સર
• પુશ-પુલ એમ્પ્લિફાયર
• ફેઝ તુલના સર્કિટ

પર્ફોર્મન્સ કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “રિંગ ફરે, પોર્ટ જોડાય”

પ્રશ્ન 2(ક) વિકલ્પ [7 ગુણ]

#

મેજિક ટીના બાંધકામ, કાર્ય અને કોઈપણ એક એપ્લિકેશનને જરૂરી ડાયાગ્રામ સાથે સમજાવો.

જવાબ:

બાંધકામ: મેજિક ટી E-પ્લેન અને H-પ્લેન ટીઝને તેમના જંક્શન પર જોડીને બને છે.

સ્ટ્રક્ચર આકૃતિ:

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• પોર્ટ 1,2: કોલિનિયર આર્મ્સ (ઇનપુટ/આઉટપુટ પોર્ટ)
• પોર્ટ 3: H-આર્મ (સમ/Σ પોર્ટ)
• પોર્ટ 4: E-આર્મ (ડિફરન્સ/Δ પોર્ટ)
• આઇસોલેશન: સમ અને ડિફરન્સ પોર્ટ વચ્ચે

S-મેટ્રિક્સ ગુણધર્મો:

graph LR
    A[Port 1] -.->|In phase| B[H-arm]
    C[Port 2] -.->|In phase| B
    A -->|Out of phase| D[E-arm]
    C -->|180° phase| D

એપ્લિકેશન - રડાર ડુપ્લેક્સર:

• ટ્રાન્સમિટ: પાવર H-આર્મમાં આપવામાં આવે, પોર્ટ 1,2 માં સમાન વિભાજન
• રિસીવ: પ્રાપ્ત સિગ્નલ E-આર્મ પર રિસીવર માટે ભેગા થાય
• આઇસોલેશન: ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન રિસીવરનું રક્ષણ
• ફાયદો: ટ્રાન્સમિટ/રિસીવ માટે સિંગલ એન્ટેના

પર્ફોર્મન્સ સ્પેસિફિકેશન:

મુખ્ય લક્ષણો:

• સિમેટ્રિક સ્ટ્રક્ચર સમાન પાવર વિભાજન ખાતરી આપે છે
• ઓર્થોગોનલ ફીલ્ડ્સ પોર્ટ આઇસોલેશન પ્રદાન કરે છે
• બ્રોડબેન્ડ ઓપરેશન ઓક્ટેવ બેન્ડવિડ્થ પર

યાદાશ્ત સૂત્ર: “મેજિક આઇસોલેશન બનાવે, ટી સાથે ટ્રાન્સમિટ”

પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી એટેન્યુએશન માપન સમજાવો.

જવાબ:

બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph LR
    A[Signal Generator] --> B[Attenuator Under Test]
    B --> C[Power Meter]
    D[Reference Path] --> C
    E[Switch] --> B
    E --> D

માપન પ્રક્રિયા:

• સ્ટેપ 1: એટેન્યુએટર વિના પાવર માપો (P₁)
• સ્ટેપ 2: એટેન્યુએટર નાખો, પાવર માપો (P₂)
• સ્ટેપ 3: એટેન્યુએશન ગણો = 10 log(P₁/P₂) dB

પદ્ધતિઓ:

• સબસ્ટિટ્યુશન પદ્ધતિ: જાણીતા એટેન્યુએટર સાથે તુલના
• ડાયરેક્ટ પદ્ધતિ: ઇનપુટ અને આઉટપુટ પાવર માપો
• IF સબસ્ટિટ્યુશન: ઇન્ટરમીડિયેટ ફ્રીક્વન્સીનો ઉપયોગ

યાદાશ્ત સૂત્ર: “એટેન્યુએશન = પાવર₁/પાવર₂”

પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]

#

એપલગેટ ડાયાગ્રામની મદદથી બે કેવિટી ક્લિસ્ટ્રોનમાં વેગ મોડ્યુલેશન સમજાવો.

જવાબ:

બે કેવિટી ક્લિસ્ટ્રોન આકૃતિ:

એપલગેટ ડાયાગ્રામ:

વેલોસિટી મોડ્યુલેશન પ્રક્રિયા:

• ઇનપુટ કેવિટી: ઇલેક્ટ્રોન RF ફીલ્ડથી ઊર્જા મેળવે/ગુમાવે છે
• ડ્રિફ્ટ સ્પેસ: ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન ધીમા ઇલેક્ટ્રોનને મળે છે
• બંચિંગ: ઇલેક્ટ્રોન ડેન્સિટી સમયાંતરે બદલાય છે
• આઉટપુટ કેવિટી: બંચ્ડ ઇલેક્ટ્રોન RF કરંટ ઇન્ડ્યુસ કરે છે

મુખ્ય પરિમાપો:

• ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ: τ = L/v₀ (જ્યાં L = ડ્રિફ્ટ સ્પેસ લંબાઇ)
• બંચિંગ પરિમાપ: X = βn/2
• ઓપ્ટિમમ બંચિંગ: X = 1.84

યાદાશ્ત સૂત્ર: “વેલોસિટી વેરિયે, બંચિંગ બિલ્ડ”

પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]

#

મેગ્નેટ્રોનમાં વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રના સિદ્ધાંત, નિર્માણ અને અસર સમજાવો.

જવાબ:

સિદ્ધાંત: મેગ્નેટ્રોન ક્રોસ્ડ ઇલેક્ટ્રિક અને મેગ્નેટિક ફીલ્ડ્સ નો ઉપયોગ કરીને સાયક્લોટ્રોન મોશન ઓફ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા હાઇ-પાવર માઇક્રોવેવ ઓસિલેશન જનરેટ કરે છે.

બાંધકામ આકૃતિ:

ફીલ્ડ અસરો:

• ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ (E): રેડિયલ, કેથોડથી એનોડ સુધી
• મેગ્નેટિક ફીલ્ડ (B): એક્સિયલ, E-ફીલ્ડને લંબ
• ક્રોસ્ડ ફીલ્ડ્સ: સાયક્લોઇડલ ઇલેક્ટ્રોન મોશન બનાવે છે

ઇલેક્ટ્રોન મોશન એનાલિસિસ:

graph TD
    A[Electron Emission] --> B[Cyclotron Motion]
    B --> C[Spiral Path]
    C --> D[Energy Transfer]
    D --> E[RF Oscillation]

ઓપરેટિંગ કન્ડિશન્સ:

• કટઓફ કન્ડિશન: E/B = v_drift
• સિંક્રોનિઝમ: ઇલેક્ટ્રોન ડ્રિફ્ટ વેલોસિટી ફેઝ વેલોસિટી સાથે મેચ થાય
• હલ કટઓફ: ઓપરેશન માટે લઘુત્તમ મેગ્નેટિક ફીલ્ડ

રેઝોનન્ટ કેવિટીઝ:

• π-મોડ ઓપરેશન: અલ્ટરનેટ કેવિટીમાં વિરુદ્ધ ફેઝ
• ફ્રીક્વન્સી: f = c/(2√LC) કેવિટી રેઝોનન્સ માટે
• મોડ સેપરેશન: મોડ કોમ્પીટિશન અટકાવે છે

પર્ફોર્મન્સ લક્ષણો:

ફાયદાઓ:

• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અન્ય ટ્યુબ્સ સાથે સરખામણીમાં
• ઉચ્ચ પાવર ક્ષમતા
• કોમ્પેક્ટ સ્ટ્રક્ચર
• સારી ફ્રીક્વન્સી સ્થિરતા

ઉપયોગો:

• રડાર ટ્રાન્સમિટર
• માઇક્રોવેવ ઓવન
• ઇન્ડસ્ટ્રિયલ હીટિંગ
• ઇલેક્ટ્રોનિક વોરફેર

યાદાશ્ત સૂત્ર: “મેગ્નેટ્રોન મેગ્નેટિક મોશન દ્વારા માઇક્રોવેવ બનાવે”

પ્રશ્ન 3(અ) વિકલ્પ [3 ગુણ]

#

TWT (ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ)નું એમ્પ્લિફાયર તરીકે કાર્ય સમજાવો.

જવાબ:

TWT સ્ટ્રક્ચર:

graph LR
    A[Electron Gun] --> B[Helix]
    B --> C[Collector]
    D[RF Input] --> B
    B --> E[RF Output]

એમ્પ્લિફિકેશન પ્રક્રિયા:

• ઇલેક્ટ્રોન બીમ હેલિક્સ એક્સિસ સાથે ચાલે છે
• RF સિગ્નલ હેલિક્સ સાથે પ્રસારિત થાય છે (સ્લો વેવ સ્ટ્રક્ચર)
• વેલોસિટી સિંક્રોનિઝમ: v_electron ≈ v_RF
• એનર્જી ટ્રાન્સફર DC બીમથી RF વેવમાં

ગેઇન મેકેનિઝમ:

• બંચિંગ: RF ફીલ્ડ ઇલેક્ટ્રોન વેલોસિટી મોડ્યુલેટ કરે છે
• ઇન્ડ્યુસ્ડ કરંટ: બંચ્ડ ઇલેક્ટ્રોન હેલિક્સમાં RF કરંટ ઇન્ડ્યુસ કરે છે
• પ્રોગ્રેસિવ એમ્પ્લિફિકેશન હેલિક્સ લંબાઇ સાથે

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ટ્રાવેલિંગ વેવ એનર્જી ટ્રાન્સફર કરે”

પ્રશ્ન 3(બ) વિકલ્પ [4 ગુણ]

#

માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સી માટે ઓછો પાવર માપવા માટે બોલોમીટર પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

સિદ્ધાંત: બોलોમીટર રેઝિસ્ટિવ એલિમેન્ટમાં તાપમાન વૃદ્ધિ ડિટેક્ટ કરીને માઇક્રોવેવ પાવર માપે છે.

બોલોમીટર પ્રકારો:

• થર્મિસ્ટર: નેગેટિવ ટેમ્પરેચર કોઇફિશન્ટ
• બેરેટર: પોઝિટિવ ટેમ્પરેચર કોઇફિશન્ટ

સર્કિટ આકૃતિ:

માપન પ્રક્રિયા:

• સ્ટેપ 1: ફક્ત DC પાવર સાથે બ્રિજ બેલેન્સ કરો
• સ્ટેપ 2: RF પાવર લગાવો, બ્રિજ અનબેલેન્સ નોંધો
• સ્ટેપ 3: બ્રિજ ફરીથી બેલેન્સ કરવા DC પાવર ઘટાડો
• સ્ટેપ 4: RF પાવર = DC પાવરમાં ઘટાડો

ફાયદાઓ:

• ઉચ્ચ સેન્સિટિવિટી (µW થી mW રેન્જ)
• સ્ક્વેર લો રિસ્પોન્સ
• બ્રોડબેન્ડ ઓપરેશન

યાદાશ્ત સૂત્ર: “બોલોમીટર બર્ન, બ્રિજ બેલેન્સ”

પ્રશ્ન 3(ક) વિકલ્પ [7 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી ફ્રીક્વન્સી અને તરંગલંબાઇ માપન પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

ફ્રીક્વન્સી માપન - ડાયરેક્ટ પદ્ધતિ:

graph LR
    A[Microwave Source] --> B[Frequency Counter]
    B --> C[Digital Display]
    D[Reference Oscillator] --> B

ફ્રીક્વન્સી માપન - હેટરોડાઇન પદ્ધતિ:

graph LR
    A[Unknown Frequency] --> B[Mixer]
    C[Local Oscillator] --> B
    B --> D[IF Amplifier]
    D --> E[Frequency Counter]

તરંગલંબાઇ માપન - સ્લોટેડ લાઇન પદ્ધતિ:

સેટઅપ આકૃતિ:

માપન પ્રક્રિયા:

ફ્રી સ્પેસ તરંગલંબાઇ (λ₀):

• સ્ટેપ 1: મેચ્ડ લોડ કનેક્ટ કરો, ફ્રીક્વન્સી માપો
• સ્ટેપ 2: λ₀ = c/f ગણો

ગાઇડેડ તરંગલંબાઇ (λ_g):

• સ્ટેપ 1: શોર્ટ સર્કિટ કનેક્ટ કરો, બે સતત મિનિમા શોધો
• સ્ટેપ 2: λ_g = 2 × મિનિમા વચ્ચેનું અંતર
• સ્ટેપ 3: ચકાસો: λ_g = λ₀/√[1-(λ₀/λ_c)²]

કટ-ઓફ તરંગલંબાઇ (λ_c):

• પદ્ધતિ 1: વેવગાઇડ પરિમાણોથી: λ_c = 2a (TE₁₀ માટે)
• પદ્ધતિ 2: λ₀ અને λ_g થી: λ_c = λ₀/√[1-(λ₀/λ_g)²]

માપન કોષ્ટક:

દરેક પદ્ધતિના ફાયદાઓ:

• ડાયરેક્ટ પદ્ધતિ: ઉચ્ચ ચોકસાઈ, સરળ
• હેટરોડાઇન પદ્ધતિ: વિસ્તૃત ફ્રીક્વન્સી રેન્જ
• સ્લોટેડ લાઇન: ગાઇડેડ પરિમાપો સીધું માપે છે

ભૂલના સ્ત્રોતો:

• પ્રોબ કપલિંગ વેરિયેશન
• ટેમ્પરેચર અસર પરિમાણો પર
• ડિટેક્ટર નોન-લિનિયરિટી
• સ્ટેન્ડિંગ વેવ ડિસ્ટર્બન્સ

ઉપયોગો:

• વેવગાઇડ કેરેક્ટરાઇઝેશન
• મટિરિયલ પ્રોપર્ટી માપન
• એન્ટેના ટેસ્ટિંગ
• કોમ્પોનન્ટ વેરિફિકેશન

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ફ્રીક્વન્સી પહેલા, તરંગલંબાઇ માપન સાથે”

પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]

#

માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સી માટે વેક્યૂમ ટ્યુબની ફ્રીક્વન્સી મર્યાદાઓ જણાવો.

જવાબ:

ફ્રીક્વન્સી મર્યાદાઓ:

• ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ અસર: ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ RF પીરિયડ સાથે સરખાવાય
• ઇન્ટર-ઇલેક્ટ્રોડ કેપેસિટન્સ: ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીએ ગેઇન ઘટાડે છે
• લીડ ઇન્ડક્ટન્સ: પેરાસિટિક ઇન્ડક્ટન્સ પર્ફોર્મન્સ મર્યાદિત કરે છે
• સ્કિન અસર: કરંટ કન્સન્ટ્રેશન અસરકારક કંડક્ટન્સ ઘટાડે છે

મર્યાદિત કરતા પરિબળો કોષ્ટક:

ઉકેલો:

• ઇલેક્ટ્રોડ સ્પેસિંગ ઘટાડો
• વિશેષ જ્યોમેટ્રીનો ઉપયોગ
• માઇક્રોવેવ ટ્યુબ્સ વાપરો (ક્લિસ્ટ્રોન, મેગ્નેટ્રોન)

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ પરંપરાગત ટ્યુબ્સને તકલીફ”

પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]

#

IMPATT ડાયોડમાં નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ અસર સમજાવો.

જવાબ:

IMPATT સ્ટ્રક્ચર:

નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ મેકેનિઝમ:

બે-સ્ટેપ પ્રક્રિયા:

1. ઇમ્પેક્ટ આયોનાઇઝેશન: ઉચ્ચ ફીલ્ડ ઇલેક્ટ્રોન-હોલ પેર બનાવે છે
2. ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ વિલંબ: કેરિયર ડિપ્લીશન રીજન પાર ડ્રિફ્ટ કરે છે

ફેઝ સંબંધો:

• કરંટ: વોલ્ટેજ કરતા 90° (એવેલાન્ચ વિલંબ) + 90° (ટ્રાન્ઝિટ વિલંબ) = 180° પાછળ
• પરિણામ: I = -G*V (નેગેટિવ કંડક્ટન્સ)

ઓપરેટિંગ સાયકલ:

graph LR
    A[High Field] --> B[Avalanche]
    B --> C[Carrier Generation]
    C --> D[Transit Delay]
    D --> E[Current Peak]
    E --> A

મુખ્ય પરિમાપો:

• એવેલાન્ચ ફ્રીક્વન્સી: f_a = v_s/(2W_a)
• ટ્રાન્ઝિટ ફ્રીક્વન્સી: f_t = v_d/(2W_d)
• ઓપ્ટિમમ ફ્રીક્વન્સી: f_0 = 1/(2π√L*|C_negative|)

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ઇમ્પેક્ટ આયોનાઇઝેશન, ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ = નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ”

પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]

#

ટનલ ડાયોડનો સિદ્ધાંત, ટનલિંગ ઘટના અને કોઈપણ એક એપ્લિકેશન સમજાવો.

જવાબ:

સિદ્ધાંત: ટનલ ડાયોડ ક્વાન્ટમ મેકેનિકલ ટનલિંગ અસર પર કાર્ય કરે છે બહુ ભારે ડોપ્ડ p-n જંક્શનમાં પાતળા પોટેન્શિયલ બેરિયર દ્વારા.

એનર્જી બેન્ડ ડાયાગ્રામ:

I-V લક્ષણો:

ટનલિંગ ઘટના:

ક્વાન્ટમ મેકેનિક્સ: ઇલેક્ટ્રોન પોટેન્શિયલ બેરિયર પાર કરી શકે છે ભલે તેમની એનર્જી બેરિયર હાઇટ કરતા ઓછી હોય.

ટનલિંગ પ્રોબેબિલિટી: T = exp(-2√(2mφd²)/ħ) જ્યાં:

• m = ઇલેક્ટ્રોન માસ
• φ = બેરિયર હાઇટ
• d = બેરિયર વિડ્થ
• ħ = રિડ્યુસ્ડ પ્લાન્ક કોન્સ્ટન્ટ

ઓપરેટિંગ રીજન:

• ટનલિંગ રીજન (0 થી Vp): વોલ્ટેજ સાથે કરંટ વધે છે
• નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ (Vp થી Vv): વધતા વોલ્ટેજ સાથે કરંટ ઘટે છે
• ફોરવર્ડ બાયાસ (>Vv): સામાન્ય ડાયોડ વર્તન

મુખ્ય પરિમાપો કોષ્ટક:

એપ્લિકેશન - હાઇ ફ્રીક્વન્સી ઓસિલેટર:

સર્કિટ આકૃતિ:

ઓસિલેટર ઓપરેશન:

• બાયાસ પોઇન્ટ: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજનમાં સેટ કરવામાં આવે છે
• ટેન્ક સર્કિટ: LC ઓસિલેશન ફ્રીક્વન્સી નક્કી કરે છે
• કન્ડિશન: |R_negative| > R_positive ઓસિલેશન માટે
• ફ્રીક્વન્સી: f = 1/(2π√LC)

ફાયદાઓ:

• અલ્ટ્રા-હાઇ ફ્રીક્વન્સી ઓપરેશન (100 GHz સુધી)
• લો નોઇઝ ફિગર
• ઝડપી સ્વિચિંગ (પિકોસેકન્ડ રેન્જ)
• લો પાવર કન્ઝમ્પશન
• ટેમ્પરેચર સ્ટેબલ

ઉપયોગો:

• માઇક્રોવેવ ઓસિલેટર
• હાઇ-સ્પીડ સ્વિચ
• માઇક્રોવેવ એમ્પ્લિફાયર
• ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર
• કોમ્પ્યુટર મેમરી સર્કિટ

મર્યાદાઓ:

• લો પાવર હેન્ડલિંગ
• ક્રિટિકલ બાયાસ રિક્વાયરમેન્ટ
• મર્યાદિત ટેમ્પરેચર રેન્જ
• મોંઘું મેન્યુફેક્ચરિંગ

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ટનલ થ્રુ, નેગેટિવ ગ્રો, ઓસિલેટર ફ્લો”

પ્રશ્ન 4(અ) વિકલ્પ [3 ગુણ]

#

માઇક્રોવેવ રેડિએશનને કારણે જોખમો સમજાવો.

જવાબ:

જોખમના પ્રકારો:

HERP (હેઝાર્ડ ઓફ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિએશન ટુ પર્સનેલ):

• થર્મલ અસર: 41°C ઉપર ટિશ્યુ હીટિંગ
• નોન-થર્મલ અસર: લો પાવર લેવલ પર સેલ્યુલર ડેમેજ
• ક્યુમ્યુલેટિવ અસર: લાંબા ગાળાના એક્સપોઝર રિસ્ક

HERO (હેઝાર્ડ ઓફ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિએશન ટુ ઓર્ડનન્સ):

• પ્રીમેચ્યુર ઇગ્નિશન: RF એનર્જી વિસ્ફોટક ઉપકરણોને ટ્રિગર કરી શકે છે
• ફ્યુઅલ ઇગ્નિશન: ફ્યુઅલ વેપરનું માઇક્રોવેવ હીટિંગ
• ઇલેક્ટ્રોનિક ઇન્ટરફેરન્સ: કંટ્રોલ સિસ્ટમમાં વિક્ષેપ

HERF (હેઝાર્ડ ઓફ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિએશન ટુ ફ્યુઅલ્સ):

• ફ્યુઅલ હીટિંગ: હાઇડ્રોકાર્બન ફ્યુઅલનું ડાઇઇલેક્ટ્રિક હીટિંગ
• સ્ટેટિક ડિસ્ચાર્જ: ફ્યુઅલ સિસ્ટમમાં RF-ઇન્ડ્યુસ્ડ સ્પાર્કિંગ
• વેપર ઇગ્નિશન: ફ્યુઅલ-એર મિક્સચરનું હીટિંગ

સેફ્ટી ગાઇડલાઇન કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “HERP-HERO-HERF = હેલ્થ-એક્સ્પ્લોસિવ-ફ્યુઅલ રિસ્ક”

પ્રશ્ન 4(બ) વિકલ્પ [4 ગુણ]

#

પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયરમાં ડીજનરેટ અને નોન-ડીજનરેટ મોડ સમજાવો.

જવાબ:

પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર સિદ્ધાંત: ટાઇમ-વેરિંગ રિએક્ટન્સ નો ઉપયોગ કરીને પમ્પથી સિગ્નલમાં એનર્જી ટ્રાન્સફર કરે છે.

મોડ વર્ગીકરણ:

નોન-ડીજનરેટ મોડ:

• ત્રણ ફ્રીક્વન્સી: f_s (સિગ્નલ), f_i (આઇડલર), f_p (પમ્પ)
• ફ્રીક્વન્સી સંબંધ: f_p = f_s + f_i
• બે અલગ સર્કિટ સિગ્નલ અને આઇડલર માટે
• ઉચ્ચ ગેઇન પરંતુ વધારે જટિલ

ડીજનરેટ મોડ:

• બે ફ્રીક્વન્સી: f_s (સિગ્નલ), f_p (પમ્પ)
• ફ્રીક્વન્સી સંબંધ: f_p = 2f_s
• સિંગલ રેઝોનન્ટ સર્કિટ
• સરળ ડિઝાઇન પરંતુ ઓછો ગેઇન

સરખામણી કોષ્ટક:

એનર્જી ટ્રાન્સફર:

graph LR
    A[Pump Power] --> B[Variable Reactance]
    B --> C[Signal Amplification]
    D[Idler] -.-> B

યાદાશ્ત સૂત્ર: “નોન-ડીજનરેટ = નોટ-સિંગલ, ડીજનરેટ = ડબલ્ડ-ફ્રીક્વન્સી”

પ્રશ્ન 4(ક) વિકલ્પ [7 ગુણ]

#

ગન ડાયોડમાં સિદ્ધાંત અને ગન અસર સમજાવો. ગન ડાયોડને ઓસિલેટર તરીકે પણ સમજાવો.

જવાબ:

ગન અસર સિદ્ધાંત: કોમ્પાઉન્ડ સેમિકંડક્ટર (GaAs, InP) માં ટ્રાન્સફર્ડ ઇલેક્ટ્રોન અસર પર આધારિત.

એનર્જી બેન્ડ સ્ટ્રક્ચર:

ગન અસર મેકેનિઝમ:

ડિફરન્શિયલ મોબિલિટી:

• લો ફીલ્ડ (<3 kV/cm): ઇલેક્ટ્રોન Γ વેલીમાં (હાઇ મોબિલિટી)
• હાઇ ફીલ્ડ (>3 kV/cm): ઇલેક્ટ્રોન L વેલીમાં ટ્રાન્સફર (લો મોબિલિટી)
• પરિણામ: નેગેટિવ ડિફરન્શિયલ મોબિલિટી (NDM)

ડોમેઇન ફોર્મેશન:

graph TD
    A[Uniform Field] --> B[Instability]
    B --> C[Domain Nucleation]
    C --> D[Domain Growth]
    D --> E[Domain Transit]
    E --> F[Domain Collection]
    F --> A

કરંટ-વોલ્ટેજ લક્ષણો:

ગન ડાયોડ ઓસિલેટર:

બેસિક કન્ફિગરેશન:

ઓસિલેટર મોડ્સ:

ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ મોડ:

• ડોમેઇન ફોર્મેશન કેથોડ પર
• ડોમેઇન ટ્રાન્ઝિટ એક્ટિવ રીજન પાર
• કરંટ પલ્સ જ્યારે ડોમેઇન એનોડ પર પહોંચે
• ફ્રીક્વન્સી: f = v_d/L (જ્યાં v_d = ડ્રિફ્ટ વેલોસિટી, L = લંબાઇ)

ક્વેન્ચ્ડ ડોમેઇન મોડ:

• રેઝોનન્ટ સર્કિટ ટ્રાન્ઝિટ પહેલા ડોમેઇન ક્વેન્ચ કરે છે
• ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સી ઓપરેશન શક્ય
• કાર્યક્ષમતા: 5-20%

LSA (લિમિટેડ સ્પેસ-ચાર્જ એક્યુમ્યુલેશન) મોડ:

• હાઇ ફ્રીક્વન્સી ડોમેઇન ફોર્મેશન અટકાવે છે
• યુનિફોર્મ ફીલ્ડ જાળવવામાં આવે છે
• ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા: 10-25%

પર્ફોર્મન્સ પરિમાપો:

ફાયદાઓ:

• સરળ સ્ટ્રક્ચર - કોઈ બાહ્ય રેઝોનેટરની જરૂર નથી
• બ્રોડબેન્ડ ટ્યુનિંગ ક્ષમતા
• લો નોઇઝ માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સીએ
• વિશ્વસનીય ઓપરેશન

ઉપયોગો:

• લોકલ ઓસિલેટર રિસીવરમાં
• CW રડાર ટ્રાન્સમિટર
• માઇક્રોવેવ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ
• ટેસ્ટ ઇક્વિપમેન્ટ સિગ્નલ સોર્સ

યાદાશ્ત સૂત્ર: “ગન ગેલિયમ-આર્સેનાઇડ દ્વારા ગોઇંગ મેળવે”

પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]

#

બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી મૂળભૂત રડાર સિસ્ટમના કાર્ય સિદ્ધાંતને સમજાવો.

જવાબ:

રડાર સિદ્ધાંત: રેડિયો ડિટેક્શન એન્ડ રેન્જિંગ - RF પલ્સ ટ્રાન્સમિટ કરે છે અને ટાર્ગેટથી પ્રતિબિંબિત સિગ્નલ ડિટેક્ટ કરે છે.

બેસિક રડાર બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph TD
    A[Master Oscillator] --> B[Modulator]
    B --> C[Power Amplifier]
    C --> D[Duplexer]
    D --> E[Antenna]
    E --> F[Target]
    F --> E
    E --> D
    D --> G[Receiver]
    G --> H[Signal Processor]
    H --> I[Display]
    J[Timing Control] --> B

કાર્યપ્રણાલી સિદ્ધાંત:

• ટ્રાન્સમિશન: ટાર્ગેટ તરફ હાઇ પાવર RF પલ્સ ટ્રાન્સમિટ કરવામાં આવે છે
• પ્રસારણ: EM તરંગ પ્રકાશની ગતિ (c) થી ચાલે છે
• પ્રતિબિંબ: ટાર્ગેટ એનર્જીનો ભાગ પાછો રડાર તરફ પ્રતિબિંબિત કરે છે
• રિસેપ્શન: પ્રતિબિંબિત સિગ્નલ પ્રાપ્ત અને પ્રોસેસ કરવામાં આવે છે
• રેન્જ કેલ્ક્યુલેશન: R = (c × t)/2

મુખ્ય પરિમાપો:

• પલ્સ વિડ્થ: τ = 0.1 થી 10 μs
• પલ્સ રિપીટિશન ફ્રીક્વન્સી: PRF = 100 Hz થી 10 kHz
• પીક પાવર: 1 kW થી 10 MW

યાદાશ્ત સૂત્ર: “રડાર રાઉન્ડ-ટ્રિપ રિફ્લેક્શન દ્વારા રેન્જ માપે”

પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]

#

યોગ્ય આકૃતિની મદદથી A-સ્કોપ ડિસ્પ્લે પદ્ધતિ સમજાવો.

જવાબ:

A-સ્કોપ ડિસ્પ્લે: પ્રાપ્ત ઇકોઝનો એમ્પ્લિટ્યુડ વર્સિસ ટાઇમ સંબંધ દર્શાવે છે.

A-સ્કોપ પ્રેઝન્ટેશન:

ડિસ્પ્લે કોમ્પોનન્ટ્સ:

• મેઇન પલ્સ: પ્રારંભિક ટ્રાન્સમિટેડ પલ્સ (રેફરન્સ)
• ગ્રાઉન્ડ ક્લટર: નજીકના ટેરેઇનથી પ્રતિબિંબ
• સી ક્લટર: દરિયાની સપાટીથી પ્રતિબિંબ
• ટાર્ગેટ ઇકો: વાસ્તવિક ટાર્ગેટથી પ્રતિબિંબ
• નોઇઝ: રેન્ડમ બેકગ્રાઉન્ડ સિગ્નલ

રેન્જ માપન:

• હોરિઝોન્ટલ એક્સિસ: ટાઇમ (રેન્જના પ્રમાણસર)
• વર્ટિકલ એક્સિસ: સિગ્નલ એમ્પ્લિટ્યુડ
• રેન્જ ફોર્મ્યુલા: R = (c × t)/2

ઉપયોગો:

• એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ
• હાઇટ ફાઇન્ડિંગ રડાર
• રેન્જ માપન
• સિગ્નલ એનાલિસિસ

યાદાશ્ત સૂત્ર: “A-સ્કોપ ટાઇમ એક્સિસ સાથે એમ્પ્લિટ્યુડ દર્શાવે”

પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]

#

ડોપ્લર અસર અને બ્લોક ડાયાગ્રામની મદદથી MTI (મૂવિંગ ટાર્ગેટ ઇન્ડિકેટર) રડાર સિસ્ટમની કામગીરી સમજાવો.

જવાબ:

ડોપ્લર અસર: રડાર અને ટાર્ગેટ વચ્ચે સાપેક્ષ ગતિ હોય ત્યારે ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ થાય છે.

ડોપ્લર ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ: f_d = (2 × v_r × f_0)/c

જ્યાં:

• f_d = ડોપ્લર ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ
• v_r = ટાર્ગેટની રેડિયલ વેલોસિટી
• f_0 = ટ્રાન્સમિટેડ ફ્રીક્વન્સી
• c = પ્રકાશની ગતિ

ડોપ્લર શિફ્ટ કેસિસ:

• પાસ આવતું ટાર્ગેટ: f_d > 0 (પોઝિટિવ શિફ્ટ)
• દૂર જતું ટાર્ગેટ: f_d < 0 (નેગેટિવ શિફ્ટ)
• સ્થિર ટાર્ગેટ: f_d = 0 (કોઈ શિફ્ટ નથી)

MTI રડાર બ્લોક ડાયાગ્રામ:

graph TD
    A[Transmitter] --> B[Duplexer]
    B --> C[Antenna]
    C --> D[Target]
    D --> C
    C --> B
    B --> E[Receiver]
    F[STALO] --> G[Mixer 1]
    H[COHO] --> I[Phase Detector]
    E --> G
    G --> J[IF Amplifier]
    J --> K[Mixer 2]
    H --> K
    K --> L[Video Amplifier]
    L --> M[Delay Line]
    M --> N[Subtractor]
    L --> N
    N --> O[Display]
    P[Sync] --> A
    P --> H

MTI સિસ્ટમ કોમ્પોનન્ટ્સ:

STALO (સ્ટેબલ લોકલ ઓસિલેટર):

• ફ્રીક્વન્સી: ટ્રાન્સમિટેડ ફ્રીક્વન્સીની નજીક
• સ્ટેબિલિટી: ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સી સ્થિરતા જરૂરી
• ફંક્શન: ફર્સ્ટ મિક્સર LO

COHO (કોહેરન્ટ ઓસિલેટર):

• ફેઝ રેફરન્સ: ફેઝ કોહેરન્સ જાળવે છે
• સિંક્રોનાઇઝેશન: ટ્રાન્સમિટર ફેઝ સાથે લોક્ડ
• ફંક્શન: સેકન્ડ મિક્સર LO અને ફેઝ રેફરન્સ

MTI પ્રોસેસિંગ:

• ડિલે લાઇન: અગાઉના પલ્સ ઇકો સ્ટોર કરે છે
• સબટ્રેક્ટર: વર્તમાનમાંથી અગાઉનો પલ્સ બાદ કરે છે
• પરિણામ: સ્થિર ટાર્ગેટ કેન્સલ, મૂવિંગ ટાર્ગેટ એન્હાન્સ

MTI ટ્રાન્સફર ફંક્શન:

બ્લાઇન્ડ સ્પીડ્સ: ચોક્કસ વેલોસિટી ધરાવતા ટાર્ગેટ સ્થિર દેખાય છે: v_blind = (n × λ × PRF)/2 (જ્યાં n = 1,2,3…)

પર્ફોર્મન્સ સુધારણા:

મલ્ટિ-પલ્સ MTI:

• મલ્ટિપલ ડિલે લાઇન વધુ સારા ક્લટર રિજેક્શન માટે
• સ્ટેગર્ડ PRF બ્લાઇન્ડ સ્પીડ ઘટાડવા માટે
• વેટેડ કોઇફિશન્ટ ઓપ્ટિમમ રિસ્પોન્સ માટે

ક્લટર મેપ:

• ડિજિટલ મેમરી ક્લટર પેટર્ન સ્ટોર કરે છે
• એડાપ્ટિવ થ્રેશહોલ્ડ લોકલ ક્લટર લેવલ અનુસાર એડજસ્ટ કરે છે
• ઓટોમેટિક અપડેટ ધીમા ક્લટર ચેન્જને ટ્રેક કરે છે

MTI પર્ફોર્મન્સ મેટ્રિક્સ:

ફાયદાઓ:

• ક્લટર સપ્રેશન: સ્થિર ક્લટર દૂર કરે છે
• મૂવિંગ ટાર્ગેટ એમ્ફેસિસ: મૂવિંગ ટાર્ગેટ વધારે છે
• ઓટોમેટિક ઓપરેશન: ઓપરેટરનો વર્કલોડ ઘટાડે છે

મર્યાદાઓ:

• બ્લાઇન્ડ સ્પીડ્સ: કેટલીક વેલોસિટી ડિટેક્ટ કરી શકાતી નથી
• ટેન્જેન્શિયલ ટાર્ગેટ: કોઈ રેડિયલ કોમ્પોનન્ટ નથી
• વેધર અસર: વરસાદ/બરફ ટાર્ગેટને માસ્ક કરી શકે છે

ઉપયોગો:

• એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ: એરક્રાફ્ટને ગ્રાઉન્ડ ક્લટરથી અલગ કરે છે
• વેધર રડાર: પ્રેસિપિટેશન મૂવમેન્ટ ડિટેક્ટ કરે છે
• મિલિટરી સર્વેલન્સ: મૂવિંગ વેહિકલ ડિટેક્ટ કરે છે
• મરીન રડાર: સી ક્લટર ઘટાડે છે

યાદાશ્ત સૂત્ર: “MTI ડોપ્લર ડિફરન્સ દ્વારા ટાર્ગેટ આઇડેન્ટિફાઇ કરે”

પ્રશ્ન 5(અ) વિકલ્પ [3 ગુણ]

#

વ્યાખ્યા આપો: a) બ્લાઇન્ડ સ્પીડ, અને b) MUR

જવાબ:

બ્લાઇન્ડ સ્પીડ:

• વ્યાખ્યા: ટાર્ગેટની રેડિયલ વેલોસિટી કે જે MTI રડારમાં ઝીરો ડોપ્લર શિફ્ટ ઉત્પન્ન કરે છે
• ફોર્મ્યુલા: v_blind = (n × λ × PRF)/2
• કારણ: ટાર્ગેટ મૂવમેન્ટ પલ્સ રિપીટિશન સાથે સિંક્રોનાઇઝ્ડ
• પરિણામ: મૂવિંગ ટાર્ગેટ સ્થિર દેખાય છે

MUR (મેક્સિમમ અનએમ્બિગ્યુઅસ રેન્જ):

• વ્યાખ્યા: મહત્તમ રેન્જ કે જ્યાં રેન્જ એમ્બિગ્યુટી વિના ટાર્ગેટ ડિટેક્ટ કરી શકાય
• ફોર્મ્યુલા: R_max = (c × PRT)/2 = c/(2 × PRF)
• મર્યાદા: આગળનો પલ્સ ઇકો પાછો આવે તે પહેલા ટ્રાન્સમિટ થાય છે
• એમ્બિગ્યુટી: MUR કરતા વધારે ટાર્ગેટ ખોટી રેન્જ પર દેખાય છે

સંબંધ કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “બ્લાઇન્ડ સ્પીડ બ્લોક કરે, MUR મેક્સિમમ માપે”

પ્રશ્ન 5(બ) વિકલ્પ [4 ગુણ]

#

મહત્તમ રડાર રેન્જને અસર કરતા પરિબળો સમજાવો.

જવાબ:

રડાર રેન્જ સમીકરણ: R_max = [(P_t × G² × λ² × σ)/(64π³ × P_min × L)]^(1/4)

મહત્તમ રેન્જને અસર કરતા પરિબળો:

ટ્રાન્સમિટેડ પાવર (P_t):

• વધારે પાવર = વધારે રેન્જ
• સંબંધ: R ∝ P_t^(1/4)
• મર્યાદા: પીક પાવર ટ્રાન્સમિટર દ્વારા મર્યાદિત

એન્ટેના ગેઇન (G):

• ડાયરેક્શનલ એન્ટેના એનર્જી કન્સન્ટ્રેટ કરે છે
• સંબંધ: R ∝ G^(1/2)
• ટ્રેડ-ઓફ: વધારે ગેઇન = સાંકડો બીમવિડ્થ

તરંગલંબાઇ (λ):

• લો ફ્રીક્વન્સી = વધુ સારો પ્રસારણ
• સંબંધ: R ∝ λ^(1/2)
• વિચારણા: ફ્રીક્વન્સી સાથે એટમોસ્ફેરિક એબ્સોર્પશન વધે છે

ટાર્ગેટ ક્રોસ સેક્શન (σ):

• મોટા ટાર્ગેટ વધારે એનર્જી રિફ્લેક્ટ કરે છે
• સંબંધ: R ∝ σ^(1/4)
• વેરિયેશન: ટાર્ગેટ શેપ, મટિરિયલ, એસ્પેક્ટ એંગલ પર આધાર રાખે છે

પરિબળો કોષ્ટક:

યાદાશ્ત સૂત્ર: “પાવર-ગેઇન-લેમ્બડા-સિગ્મા રેન્જ નક્કી કરે”

પ્રશ્ન 5(ક) વિકલ્પ [7 ગુણ]

#

પલ્સ્ડ રડાર અને CW ડોપ્લર રડારની સરખામણી કરો.

જવાબ:

વ્યાપક સરખામણી:

બેસિક સિદ્ધાંત:

• પલ્સ્ડ રડાર: હાઇ-પાવર પલ્સ ટ્રાન્સમિટ કરે છે, રાઉન્ડ-ટ્રિપ ટાઇમ માપે છે
• CW ડોપ્લર: કન્ટિન્યુઅસ વેવ ટ્રાન્સમિટ કરે છે, ડોપ્લર ફ્રીક્વન્સી શિફ્ટ માપે છે

સિસ્ટમ બ્લોક ડાયાગ્રામ:

પલ્સ્ડ રડાર:

graph LR
    A[Pulse Generator] --> B[Transmitter]
    B --> C[Duplexer]
    C --> D[Antenna]
    C --> E[Receiver]
    E --> F[Display]

CW ડોપ્લર રડાર:

graph LR
    A[CW Oscillator] --> B[Directional Coupler]
    B --> C[Transmit Antenna]
    D[Receive Antenna] --> E[Mixer]
    B --> E
    E --> F[Audio Amplifier]
    F --> G[Display]

વિગતવાર સરખામણી કોષ્ટક:

પર્ફોર્મન્સ લક્ષણો:

ફાયદા અને ગેરફાયદા:

પલ્સ્ડ રડાર ફાયદા:

• રેન્જ માપન ક્ષમતા
• હાઇ પીક પાવર લાંબી રેન્જ માટે
• સિંગલ એન્ટેના સિસ્ટમ
• વેલ-એસ્ટેબ્લિશ્ડ ટેક્નોલોજી

પલ્સ્ડ રડાર ગેરફાયદા:

• જટિલ સર્કિટરી (ડુપ્લેક્સર, ટાઇમિંગ)
• ઉચ્ચ કિંમત અને મેન્ટેનન્સ
• પાવર સપ્લાય જરૂરિયાત
• બ્લાઇન્ડ રેન્જ પલ્સ વિડ્થને કારણે

CW ડોપ્લર ફાયદા:

• સરળ ડિઝાઇન અને લો કોસ્ટ
• ઉત્તમ વેલોસિટી રેઝોલ્યુશન
• કન્ટિન્યુઅસ મોનિટરિંગ
• લો પાવર કન્ઝમ્પશન
• કોમ્પેક્ટ સાઇઝ

CW ડોપ્લર ગેરફાયદા:

• કોઈ રેન્જ માહિતી નથી
• અલગ એન્ટેના જરૂરી
• મર્યાદિત રેન્જ ક્ષમતા
• ઇન્ટરફેરન્સ માટે વલ્નરેબલ

ઉપયોગો:

પલ્સ્ડ રડાર એપ્લિકેશન:

• એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ
• વેધર મોનિટરિંગ
• મિલિટરી સર્વેલન્સ
• મેરિટાઇમ નેવિગેશન
• સેટેલાઇટ ટ્રેકિંગ

CW ડોપ્લર એપ્લિકેશન:

• ટ્રાફિક સ્પીડ મોનિટરિંગ
• સ્પોર્ટ્સ રડાર ગન
• બર્ગલર એલાર્મ
• ઓટોમેટિક ડોર ઓપનર
• હાર્ટ રેટ મોનિટરિંગ

હાઇબ્રિડ સિસ્ટમ:

પલ્સ ડોપ્લર રડાર:

• બંનેના ફાયદા કોમ્બાઇન કરે છે
• રેન્જ અને વેલોસિટી માપન
• વધારે જટિલતા પરંતુ વધુ સારું પર્ફોર્મન્સ

FM-CW રડાર:

• ફ્રીક્વન્સી મોડ્યુલેટેડ કન્ટિન્યુઅસ વેવ
• રેન્જ ક્ષમતા CW સિસ્ટમમાં ઉમેરાય છે
• ઓટોમોટિવ રડાર એપ્લિકેશનમાં વપરાય છે

સિલેક્શન ક્રાઇટેરિયા:

ભવિષ્યના ટ્રેન્ડ:

• ડિજિટલ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ બંને પ્રકારને સુધારે છે
• સોફ્ટવેર-ડિફાઇન્ડ રડાર લવચીકતા આપે છે
• MIMO ટેકનિક પર્ફોર્મન્સ વધારે છે
• અન્ય સેન્સર સાથે ઇન્ટીગ્રેશન

યાદાશ્ત સૂત્ર: “પલ્સ્ડ પોઝિશન આપે, CW કન્ટિન્યુઅસ-વેલોસિટી આપે”