પ્રશ્ન 1(અ) [3 ગુણ]#
ટ્રાન્સમિશન લાઇન અને વેવગાઇડ વચ્ચે સરખામણી કરો.
જવાબ:
| પેરામીટર | ટ્રાન્સમિશન લાઇન | વેવગાઇડ |
|---|---|---|
| ફ્રીક્વન્સી રેન્જ | નીચી થી મધ્યમ ફ્રીક્વન્સી | ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સી (1 GHz થી વધુ) |
| સ્ટ્રક્ચર | બે કે વધુ કંડક્ટર | એક હોલો કંડક્ટર |
| પ્રોપેગેશન મોડ | TEM મોડ | TE અને TM મોડ |
| પાવર હેન્ડલિંગ | મર્યાદિત પાવર કેપેસિટી | ઉચ્ચ પાવર હેન્ડલિંગ ક્ષમતા |
| લોસેસ | ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીએ વધુ નુકસાન | માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સીએ ઓછું નુકસાન |
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “વેવ્સ વધુ સારી રીતે ટ્રાવેલ કરે છે”
પ્રશ્ન 1(બ) [4 ગુણ]#
નીચેની વ્યાખ્યા આપો: (1) લોસલેસ લાઇન (2) VSWR (3) STUB (4) રિફ્લેક્શન કોઓફીશિઅન્ટ
જવાબ:
લોસલેસ લાઇન: શૂન્ય રેઝિસ્ટન્સ અને કંડક્ટન્સ ધરાવતી ટ્રાન્સમિશન લાઇન, જેમાં સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશન દરમિયાન કોઈ પાવર લોસ નથી.
VSWR (વોલ્ટેજ સ્ટેન્ડિંગ વેવ રેશિયો): ટ્રાન્સમિશન લાઇન પર મેક્સિમમ અને મિનિમમ વોલ્ટેજનો રેશિયો, જે ઇમ્પીડન્સ મિસમેચ દર્શાવે છે.
STUB: ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ માટે મુખ્ય લાઇન સાથે જોડાયેલી ટ્રાન્સમિશન લાઇનનો ટૂંકો ભાગ.
રિફ્લેક્શન કોઓફીશિઅન્ટ: ટ્રાન્સમિશન લાઇન પર કોઈપણ બિંદુએ રિફ્લેક્ટેડ વેવ અને ઇન્સિડન્ટ વેવના એમ્પ્લિટ્યુડનો રેશિયો.
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “લાઇટ વોલ્યુમ સ્ટે રિફ્લેક્ટેડ”
પ્રશ્ન 1(ક) [7 ગુણ]#
આઇસોલેટર અને સર્ક્યુલેટર આકૃતિની મદદથી સમજાવો.
જવાબ:
graph LR
A[પોર્ટ 1] --> B[આઇસોલેટર] --> C[પોર્ટ 2]
B -.X.-> A
D[પોર્ટ 1] --> E((સર્ક્યુલેટર)) --> F[પોર્ટ 2]
F --> G[પોર્ટ 3] --> D
આઇસોલેટર:
- કાર્ય: માત્ર એક દિશામાં સિગ્નલ ફ્લોની પરવાનગી આપે છે
- કન્સ્ટ્રક્શન: મેગ્નેટિક બાયાસ સાથે ફેરાઇટ મટેરિયલનો ઉપયોગ
- ઉપયોગ: રિફ્લેક્શનથી સોર્સનું રક્ષણ કરે છે
સર્ક્યુલેટર:
- કાર્ય: ત્રણ કે ચાર પોર્ટ વચ્ચે સર્ક્યુલર પેટર્નમાં સિગ્નલ રૂટ કરે છે
- કન્સ્ટ્રક્શન: ફેરાઇટ મટેરિયલ સાથે Y-જંક્શન
- ઉપયોગ: રડાર સિસ્ટમમાં ડુપ્લેક્સર તરીકે
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “આઇસોલેટેડ સર્કિટ ફોરવર્ડ ફ્લો”
પ્રશ્ન 1(ક અથવા) [7 ગુણ]#
વેવગાઇડમાં ડોમિનન્ટ મોડ શું છે? 10 સેમી breadth ધરાવતા રેક્ટેન્ગ્યુલર વેવગાઇડ માટે કટ ઓફ વેવલેન્થ શોધો. 2.5 GHz સિગ્નલ propagate થવા માટે ગાઇડ વેવલેન્થ, ગ્રુપ વેલોસિટી, ફેઝ વેલોસિટી અને Z₀ની વેલ્યુ શોધો.
જવાબ:
ડોમિનન્ટ મોડ: વેવગાઇડમાં propagate થઈ શકતો સૌથી નીચો ઓર્ડર મોડ. રેક્ટેન્ગ્યુલર વેવગાઇડ માટે TE₁₀ મોડ છે.
આપેલા ડેટા:
- Breadth (a) = 10 cm = 0.1 m
- Frequency (f) = 2.5 GHz = 2.5 × 10⁹ Hz
- c = 3 × 10⁸ m/s
ગણતરીઓ:
| પેરામીટર | ફોર્મ્યુલા | વેલ્યુ |
|---|---|---|
| કટ ઓફ વેવલેન્થ | λc = 2a | λc = 2 × 0.1 = 0.2 m |
| ફ્રી સ્પેસ વેવલેન્થ | λ₀ = c/f | λ₀ = 0.12 m |
| ગાઇડ વેવલેન્થ | λg = λ₀/√(1-(λ₀/λc)²) | λg = 0.133 m |
| ગ્રુપ વેલોસિટી | vg = c√(1-(λ₀/λc)²) | vg = 2.7 × 10⁸ m/s |
| ફેઝ વેલોસિટી | vp = c/√(1-(λ₀/λc)²) | vp = 3.33 × 10⁸ m/s |
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “ડોમિનન્ટ મોડ કેલ્ક્યુલેટ ગાઇડ પેરામીટર”
પ્રશ્ન 2(અ) [3 ગુણ]#
સિંગલ સ્ટબ ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ શું છે, અને આ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?
જવાબ:
સિંગલ સ્ટબ મેચિંગ: ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ માટે ટ્રાન્સમિશન લાઇન સાથે પેરેલલમાં જોડાયેલા એક શોર્ટ-સર્કિટ અથવા ઓપન-સર્કિટ સ્ટબનો ઉપયોગ કરતી ટેકનિક.
કાર્યસિદ્ધાંત:
- સ્ટબ રિએક્ટિવ એલિમેન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે (ઇન્ડક્ટિવ અથવા કેપેસિટિવ)
- લોડ ઇમ્પીડન્સના રિએક્ટિવ ઘટકને કેન્સલ કરે છે
- ઇમ્પીડન્સને કેરેક્ટરિસ્ટિક ઇમ્પીડન્સમાં ટ્રાન્સફોર્મ કરે છે
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “સિંગલ સ્ટબ ટ્રાન્સફોર્મ રિએક્ટન્સ”
પ્રશ્ન 2(બ) [4 ગુણ]#
રેક્ટેન્ગ્યુલર અને સર્ક્યુલર વેવગાઇડ વચ્ચે કોઈ પણ ત્રણ તફાવત આપો.
જવાબ:
| પેરામીટર | રેક્ટેન્ગ્યુલર વેવગાઇડ | સર્ક્યુલર વેવગાઇડ |
|---|---|---|
| ક્રોસ-સેક્શન | લંબચોરસ આકાર | વર્તુળાકાર આકાર |
| ડોમિનન્ટ મોડ | TE₁₀ મોડ | TE₁₁ મોડ |
| ફીલ્ડ પેટર્ન | સરળ ફીલ્ડ વિતરણ | જટિલ ફીલ્ડ વિતરણ |
| મેન્યુફેક્ચરિંગ | બનાવવામાં સહેલું | બનાવવામાં મુશ્કેલ |
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “લંબચોરસ દસ પર ડોમિનેટ કરે” vs “વર્તુળ અગિયાર પર ડોમિનેટ કરે”
પ્રશ્ન 2(ક) [7 ગુણ]#
હાઇબ્રિડ રિંગનું બાંધકામ અને કાર્ય આકૃતિ સાથે સમજાવો.
જવાબ:
graph TD
A[પોર્ટ 1] --- B[હાઇબ્રિડ રિંગ]
C[પોર્ટ 2] --- B
D[પોર્ટ 3] --- B
E[પોર્ટ 4] --- B
B -.-> F[λ/4 સેક્શન]
બાંધકામ:
- રિંગ સ્ટ્રક્ચર ચાર પોર્ટ સાથે
- પરિઘ = 1.5λ (દોઢ વેવલેન્થ)
- બાજુના પોર્ટ λ/4 દ્વારા અલગ
- વિરુદ્ધ પોર્ટ 3λ/4 દ્વારા અલગ
કાર્ય:
- પાવર ડિવિઝન: એક પોર્ટનું ઇનપુટ બે બાજુના પોર્ટમાં સમાન રીતે વહેંચાય છે
- આઇસોલેશન: વિરુદ્ધ પોર્ટને કોઈ પાવર મળતું નથી
- ફેઝ રિલેશનશિપ: આઉટપુટ પોર્ટ વચ્ચે 180° ફેઝ ડિફરન્સ
ઉપયોગ:
- બેલેન્સ્ડ મિક્સર
- પાવર કમ્બાઇનર/ડિવાઇડર
- એન્ટીના ફીડ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “હાઇબ્રિડ રિંગ પાવર સમાન વહેંચે છે”
પ્રશ્ન 2(અ અથવા) [3 ગુણ]#
માઇક્રોવેવ શું છે? માઇક્રોવેવના કોઈ પણ ચાર ઉપયોગો લખો.
જવાબ:
માઇક્રોવેવ: 1 GHz થી 300 GHz સુધીની ફ્રીક્વન્સી રેન્જ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક વેવ્સ.
ઉપયોગ:
- રડાર સિસ્ટમ ડિટેક્શન અને રેન્જિંગ માટે
- સેટેલાઇટ કમ્યુનિકેશન લાંબા અંતરના ટ્રાન્સમિશન માટે
- માઇક્રોવેવ ઓવન ખોરાક ગરમ કરવા માટે
- મોબાઇલ કમ્યુનિકેશન (સેલ્યુલર નેટવર્ક)
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “માઇક્રોવેવ રીચ સ્પેસ મોબાઇલ”
પ્રશ્ન 2(બ અથવા) [4 ગુણ]#
કેવિટી રેઝોનેટર પર ટૂંકી નોંધ લખો.
જવાબ:
કેવિટી રેઝોનેટર: ચોક્કસ રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીએ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક એનર્જીને સીમિત કરતું બંધ મેટાલિક સ્ટ્રક્ચર.
બાંધકામ:
- ચોક્કસ માપના મેટાલિક એન્ક્લોઝર
- ઉચ્ચ Q ફેક્ટર (ઓછું નુકસાન)
- રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી કેવિટીના માપ પર આધાર રાખે છે
પ્રકાર:
- રેક્ટેન્ગ્યુલર કેવિટી
- સિલિન્ડ્રિકલ કેવિટી
- સ્ફેરિકલ કેવિટી
ઉપયોગ:
- ફ્રીક્વન્સી મીટર
- ઓસીલેટર સર્કિટ
- ફિલ્ટર સર્કિટ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “કેવિટી રેઝોનેટ હાઇ ક્વોલિટી”
પ્રશ્ન 2(ક અથવા) [7 ગુણ]#
મેજિક ટીને આકૃતિની મદદથી સમજાવો. તે આઇસોલેટર તરીકે કઈ રીતે કાર્ય કરે છે?
જવાબ:
graph TD
A[E-આર્મ] --- B[મેજિક ટી જંક્શન]
C[H-આર્મ] --- B
D[આર્મ 1] --- B
E[આર્મ 2] --- B
મેજિક ટી બાંધકામ:
- E-પ્લેન ટી અને H-પ્લેન ટી સંયુક્ત
- ચાર પોર્ટ: E-આર્મ, H-આર્મ, અને બે સાઇડ આર્મ
- E-આર્મ H-આર્મ પર વર્ટિકલ
આઇસોલેટર તરીકે કાર્ય:
- E-આર્મનું સિગ્નલ સાઇડ આર્મમાં સમાન રીતે વહેંચાય છે (in-phase)
- H-આર્મનું સિગ્નલ સાઇડ આર્મમાં સમાન રીતે વહેંચાય છે (out-of-phase)
- E-આર્મ અને H-આર્મ વચ્ચે આઇસોલેશન
- પર્પેન્ડિક્યુલર આર્મ વચ્ચે કોઈ કપલિંગ નથી
ગુણધર્મો:
- બધા પોર્ટ પર મેચ્ડ
- રેસિપ્રોકલ ડિવાઇસ
- પાવર ડિવિઝન અને આઇસોલેશન
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “મેજિક આઇસોલેટ પર્પેન્ડિક્યુલર આર્મ”
પ્રશ્ન 3(અ) [3 ગુણ]#
મેઝરનો કાર્યસિદ્ધાંત વર્ણવો.
જવાબ:
મેઝર (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation):
- એક્ટિવ મીડિયમમાં પોપ્યુલેશન ઇન્વર્શન બનાવવામાં આવે છે
- સ્ટિમ્યુલેટેડ એમિશન કોહેરન્ટ માઇક્રોવેવ પેદા કરે છે
- એનર્જી લેવલ ટ્રાન્ઝિશન દ્વારા એમ્પ્લિફિકેશન થાય છે
કાર્યસિદ્ધાંત:
- પરમાણુ ઉચ્ચ એનર્જી લેવલમાં ઉત્તેજિત થાય છે
- સ્ટિમ્યુલેટેડ ફોટોન એમિશન ટ્રિગર કરે છે
- માઇક્રોવેવ સિગ્નલનું કોહેરન્ટ એમ્પ્લિફિકેશન
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “માઇક્રોવેવ એમ્પ્લિફાઇ સ્ટિમ્યુલેટેડ એમિશન રેડિએશન”
પ્રશ્ન 3(બ) [4 ગુણ]#
ચાર માઇક્રોવેવ ડાયોડના નામ લખો અને એકનું વર્ણન કરો.
જવાબ:
ચાર માઇક્રોવેવ ડાયોડ:
- GUNN ડાયોડ
- IMPATT ડાયોડ
- TRAPATT ડાયોડ
- PIN ડાયોડ
GUNN ડાયોડ વિગતવાર:
- સિદ્ધાંત: GaAs માં ટ્રાન્સફર્ડ ઇલેક્ટ્રોન એફેક્ટ
- બાંધકામ: ઓહ્મિક કોન્ટેક્ટ સાથે N-ટાઇપ GaAs
- ઓપરેશન: માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સીએ નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ
- ઉપયોગ: ઓસીલેટર, એમ્પ્લિફાયર
VI લાક્ષણિકતા:
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “GUNN જનરેટ નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ”
પ્રશ્ન 3(ક) [7 ગુણ]#
મેગ્નેટ્રોન ઓસીલેટરનું નિર્માણ, કાર્યસિદ્ધાંત અને ઉપયોગો સાથે વિસ્તારવાર વર્ણન કરો.
જવાબ:
graph TD
A[કેથોડ] --> B[ઇન્ટરેક્શન સ્પેસ]
B --> C[કેવિટી સાથે એનોડ]
C --> D[આઉટપુટ કપલિંગ]
E[મેગ્નેટિક ફીલ્ડ] -.-> B
બાંધકામ:
- કેન્દ્રમાં સિલિન્ડ્રિકલ કેથોડ
- કેથોડની આસપાસ રેઝોનન્ટ કેવિટી સાથે એનોડ
- ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ પર વર્ટિકલ મજબૂત મેગ્નેટિક ફીલ્ડ
- વેવગાઇડ દ્વારા આઉટપુટ કપલિંગ
કાર્યસિદ્ધાંત:
- ગરમ કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન
- ક્રોસ્ડ E અને B ફીલ્ડને કારણે સાયક્લોઇડ ગતિ
- બંચિંગ એફેક્ટ ઇલેક્ટ્રોન ક્લાઉડ બનાવે છે
- ઇલેક્ટ્રોનથી RF ફીલ્ડમાં એનર્જી ટ્રાન્સફર
- કેવિટી રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સીએ ઓસીલેશન
ઉપયોગ:
- રડાર ટ્રાન્સમિટર
- માઇક્રોવેવ ઓવન
- ઇન્ડસ્ટ્રિયલ હીટિંગ
- મેડિકલ ડાયાથર્મી
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “મેગ્નેટ્રોન મેક માઇક્રોવેવ ઓસીલેશન”
પ્રશ્ન 3(અ અથવા) [3 ગુણ]#
રૂબી મેઝરની કામગીરીનું વર્ણન કરો.
જવાબ:
રૂબી મેઝર કાર્ય:
- રૂબી ક્રિસ્ટલ (Al₂O₃ જેમાં Cr³⁺ આયન) એક્ટિવ મીડિયમ તરીકે
- ક્રોમિયમ આયનમાં ત્રણ એનર્જી લેવલ
- પમ્પ ફ્રીક્વન્સી પોપ્યુલેશન ઇન્વર્શન બનાવે છે
- 2.9 GHz પર સિગ્નલ એમ્પ્લિફિકેશન
પ્રક્રિયા:
- ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ ઇલેક્ટ્રોનને ઉચ્ચ લેવલમાં ઉત્તેજિત કરે છે
- સ્ટિમ્યુલેટેડ એમિશન કોહેરન્ટ માઇક્રોવેવ પેદા કરે છે
- લો નોઇઝ એમ્પ્લિફિકેશન પ્રાપ્ત થાય છે
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “રૂબી રેડિએટ એમ્પ્લિફાઇડ માઇક્રોવેવ”
પ્રશ્ન 3(બ અથવા) [4 ગુણ]#
ગન ડાયોડની VI કેરેક્ટરિસ્ટિક દોરો અને સમજાવો
જવાબ:
VI કેરેક્ટરિસ્ટિક સમજૂતી:
- રીજન OA: ઓહ્મિક રીજન (પોઝિટિવ રેઝિસ્ટન્સ)
- રીજન AB: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજન
- રીજન BC: વેલી કરન્ટ રીજન
- રીજન CD: સેચ્યુરેશન રીજન
મુખ્ય મુદ્દાઓ:
- પીક વોલ્ટેજ: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ પહેલાં મેક્સિમમ વોલ્ટેજ
- વેલી કરન્ટ: નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ રીજનમાં મિનિમમ કરન્ટ
- નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ: વોલ્ટેજ વધવા સાથે કરન્ટ ઘટે છે
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “વેલી પીક નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ”
પ્રશ્ન 3(ક અથવા) [7 ગુણ]#
માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સી પર “frequency measurement method” અને “attenuation measurement method” વિશે વર્ણન કરો.
જવાબ:
ફ્રીક્વન્સી મેઝરમેન્ટ મેથડ:
| મેથડ | સિદ્ધાંત | ચોકસાઈ |
|---|---|---|
| કેવિટી વેવમીટર | રેઝોનન્ટ કેવિટી ટ્યુનિંગ | ઉચ્ચ |
| ડાયરેક્ટ રીડિંગ મીટર | ફ્રીક્વન્સી કાઉન્ટર | ખૂબ ઉચ્ચ |
| હેટેરોડાયન મેથડ | બીટ ફ્રીક્વન્સી ટેકનિક | મધ્યમ |
એટેન્યુએશન મેઝરમેન્ટ મેથડ:
| મેથડ | વર્ણન | ઉપયોગ |
|---|---|---|
| સબસ્ટિટ્યુશન મેથડ | એટેન્યુએટરને કેલિબ્રેટેડ એટેન્યુએટર સાથે બદલો | પ્રિસિઝન મેઝરમેન્ટ |
| પાવર રેશિયો મેથડ | ઇનપુટ અને આઉટપુટ પાવરની તુલના | સામાન્ય હેતુ |
| RF બ્રિજ મેથડ | બ્રિજ સર્કિટ બેલેન્સ | લેબોરેટરી ઉપયોગ |
મેઝરમેન્ટ સેટઅપ:
- સિગ્નલ જનરેટર ટેસ્ટ સિગ્નલ પૂરું પાડે છે
- કેલિબ્રેટેડ એટેન્યુએટર રેફરન્સ માટે
- પાવર મીટર સિગ્નલ લેવલ માપે છે
- VSWR મીટર ઇમ્પીડન્સ મેચિંગ મોનિટર કરે છે
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “ફ્રીક્વન્સી એટેન્યુએશન પ્રિસાઇઝલી મેઝર્ડ”
પ્રશ્ન 4(અ) [3 ગુણ]#
P-i-N ડાયોડની કામગીરી વર્ણન કરો.
જવાબ:
P-i-N ડાયોડ સ્ટ્રક્ચર:
- P-ટાઇપ રીજન (હેવિલી ડોપ્ડ)
- ઇન્ટ્રિન્સિક રીજન (અનડોપ્ડ, હાઇ રેઝિસ્ટન્સ)
- N-ટાઇપ રીજન (હેવિલી ડોપ્ડ)
કાર્ય:
- ફોરવર્ડ બાયાસ: લો રેઝિસ્ટન્સ, કંડક્ટર તરીકે કાર્ય કરે છે
- રિવર્સ બાયાસ: હાઇ રેઝિસ્ટન્સ, ઇન્સુલેટર તરીકે કાર્ય કરે છે
- RF સ્વિચિંગ: ચાર્જ સ્ટોરેજને કારણે ફાસ્ટ સ્વિચિંગ
ઉપયોગ:
- RF સ્વિચ
- એટેન્યુએટર
- ફેઝ શિફ્ટર
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “PIN પ્રોવાઇડ ઇન્સ્ટન્ટ સ્વિચિંગ”
પ્રશ્ન 4(બ) [4 ગુણ]#
મેગ્નેટ્રોન માટે π મોડ ઓસીલેશનનું વર્ણન કરો.
જવાબ:
π મોડ ઓસીલેશન:
- બાજુની કેવિટી 180° આઉટ ઓફ ફેઝમાં ઓસીલેટ કરે છે
- ઇલેક્ટ્રોન બંચિંગ RF ફીલ્ડ સાથે સિંક્રોનાઇઝ
- ઇલેક્ટ્રોનથી RF માં મેક્સિમમ પાવર ટ્રાન્સફર
- ડિઝાઇન કરેલી ફ્રીક્વન્સીએ સ્ટેબલ ઓસીલેશન
લાક્ષણિકતાઓ:
- ફેઝ ડિફરન્સ: બાજુની કેવિટી વચ્ચે π રેડિયન
- ફ્રીક્વન્સી: કેવિટીના માપ દ્વારા નક્કી
- કાર્યક્ષમતા: બધા મોડમાં સૌથી વધુ
- સ્થિરતા: સૌથી સ્થિર ઓસીલેશન મોડ
મોડ ચાર્ટ:
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “પાઇ મોડ મેક્સિમમ પાવર પ્રોડ્યુસ કરે”
પ્રશ્ન 4(ક) [7 ગુણ]#
જરૂરી ડાયાગ્રામ સાથે ટ્વો કેવિટી ક્લિસ્ટ્રોન એમ્પ્લિફાયરનું કન્સ્ટ્રક્શન અને કામગીરી સમજાવો.
જવાબ:
graph LR
A[ઇલેક્ટ્રોન ગન] --> B[ઇનપુટ કેવિટી]
B --> C[ડ્રિફ્ટ સ્પેસ]
C --> D[આઉટપુટ કેવિટી]
D --> E[કલેક્ટર]
F[ઇનપુટ સિગ્નલ] --> B
D --> G[આઉટપુટ સિગ્નલ]
બાંધકામ:
- ઇલેક્ટ્રોન ગન ઇલેક્ટ્રોન બીમ પેદા કરે છે
- ઇનપુટ કેવિટી (બંચર) ઇલેક્ટ્રોન બીમ મોડ્યુલેટ કરે છે
- ડ્રિફ્ટ સ્પેસ વેલોસિટી મોડ્યુલેશનની પરવાનગી આપે છે
- આઉટપુટ કેવિટી (કેચર) RF એનર્જી બહાર કાઢે છે
- કલેક્ટર વપરાયેલા ઇલેક્ટ્રોન એકત્ર કરે છે
કાર્યસિદ્ધાંત:
- ઇનપુટ કેવિટીમાં વેલોસિટી મોડ્યુલેશન
- ડ્રિફ્ટ સ્પેસમાં ઇલેક્ટ્રોન બંચિંગ
- ડેન્સિટી મોડ્યુલેશન કરન્ટ વેરિએશન બનાવે છે
- આઉટપુટ કેવિટીમાં એનર્જી એક્સટ્રેક્શન
- બીમ-ફીલ્ડ ઇન્ટરેક્શન દ્વારા એમ્પ્લિફિકેશન
મુખ્ય પેરામીટર:
- બીમ વોલ્ટેજ: ઇલેક્ટ્રોન વેલોસિટી નક્કી કરે છે
- કેવિટી ટ્યુનિંગ: ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી સેટ કરે છે
- ડ્રિફ્ટ સ્પેસ લેન્થ: બંચિંગ અસરકારકતા કંટ્રોલ કરે છે
ઉપયોગ:
- રડાર ટ્રાન્સમિટર
- સેટેલાઇટ કમ્યુનિકેશન
- લિનિયર એક્સેલેરેટર
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “ક્લિસ્ટ્રોન બંચિંગ દ્વારા એમ્પ્લિફાઇ કરે છે”
પ્રશ્ન 4(અ અથવા) [3 ગુણ]#
પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયરનું વર્ણન કરો.
જવાબ:
પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર:
- વેરેક્ટર ડાયોડ ઉપયોગ કરતું વેરિએબલ રિએક્ટન્સ ડિવાઇસ
- પમ્પ ફ્રીક્વન્સી ડાયોડ કેપેસિટન્સ મોડ્યુલેટ કરે છે
- પમ્પથી સિગ્નલમાં એનર્જી ટ્રાન્સફર
- લો નોઇઝ એમ્પ્લિફિકેશન પ્રાપ્ત થાય છે
કાર્ય:
- પમ્પ પાવર ડાયોડ રિએક્ટન્સ વેરી કરે છે
- સિગ્નલ મિક્સિંગ સમ અને ડિફરન્સ ફ્રીક્વન્સી પેદા કરે છે
- આઇડલર ફ્રીક્વન્સી fp = fs + fi
- નોનલિનિયર મિક્સિંગ દ્વારા પાવર ગેઇન
ફાયદાઓ:
- ખૂબ લો નોઇઝ ફિગર
- હાઇ ગેઇન શક્ય
- વાઇડ બેન્ડવિડ્થ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “પેરામેટ્રિક એમ્પ્લિફાયર પમ્પ લો નોઇઝ”
પ્રશ્ન 4(બ અથવા) [4 ગુણ]#
ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબની આકૃતિ દોરો અને સમજાવો
જવાબ:
graph LR
A[ઇલેક્ટ્રોન ગન] --> B[ઇનપુટ]
B --> C[હેલિક્સ]
C --> D[આઉટપુટ]
D --> E[કલેક્ટર]
F[એટેન્યુએટર] -.-> C
G[ફોકસિંગ સિસ્ટમ] -.-> C
ઘટકો:
- ઇલેક્ટ્રોન ગન: ઇલેક્ટ્રોન બીમ પેદા કરે છે
- હેલિક્સ: સ્લો-વેવ સ્ટ્રક્ચર
- એટેન્યુએટર: ઓસીલેશન અટકાવે છે
- કલેક્ટર: ઇલેક્ટ્રોન એકત્ર કરે છે
- ફોકસિંગ સિસ્ટમ: બીમ એલાઇનમેન્ટ જાળવે છે
કાર્ય:
- ઇલેક્ટ્રોન બીમ હેલિક્સ કેન્દ્રમાંથી જાય છે
- RF સિગ્નલ હેલિક્સ સાથે પ્રોપેગેટ થાય છે
- બીમ અને RF વેવ વચ્ચે સિંક્રોનિઝમ
- બીમથી RF માં એનર્જી ટ્રાન્સફર
- હેલિક્સ લેન્થ સાથે કન્ટિન્યુઅસ એમ્પ્લિફિકેશન
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “TWT વેવ્સ સાથે ટ્રાવેલ કરે છે”
પ્રશ્ન 4(ક અથવા) [7 ગુણ]#
રિફ્લેક્સ ક્લિસ્ટ્રોનનો કાર્યસિદ્ધાંત ઉચિત આકૃતિ સાથે ઊંડાણમાં સમજાવો
જવાબ:
graph TD
A[કેથોડ] --> B[રેઝોનન્ટ કેવિટી]
B --> C[ડ્રિફ્ટ સ્પેસ]
C --> D[રિપેલર]
D -.-> C
C -.-> B
B --> E[આઉટપુટ]
બાંધકામ:
- સિંગલ રેઝોનન્ટ કેવિટી બંચર અને કેચર તરીકે કાર્ય કરે છે
- રિપેલર ઇલેક્ટ્રોડ ઇલેક્ટ્રોન બીમ રિફ્લેક્ટ કરે છે
- ડ્રિફ્ટ સ્પેસ વેલોસિટી મોડ્યુલેશનની પરવાનગી આપે છે
- આઉટપુટ કપલિંગ RF પાવર બહાર કાઢે છે
કાર્યસિદ્ધાંત:
એપલગેટ ડાયાગ્રામ:
પ્રક્રિયા:
- ઇલેક્ટ્રોન કેવિટીમાં દાખલ થાય છે અને વેલોસિટી મોડ્યુલેટેડ થાય છે
- ઇલેક્ટ્રોન રિપેલર તરફ ડ્રિફ્ટ કરે છે
- રિપેલર ઇલેક્ટ્રોનને કેવિટીમાં પાછા રિફ્લેક્ટ કરે છે
- ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ બંચિંગ ફેઝ નક્કી કરે છે
- બંચ્ડ ઇલેક્ટ્રોન કેવિટીને એનર્જી પહોંચાડે છે
- ફીડબેક દ્વારા ઓસીલેશન કાયમ રાખવામાં આવે છે
ફ્રીક્વન્સી ટ્યુનિંગ:
- રિપેલર વોલ્ટેજ ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ કંટ્રોલ કરે છે
- કેવિટી ટ્યુનિંગ કેન્દ્ર ફ્રીક્વન્સી સેટ કરે છે
- ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્યુનિંગ શક્ય
ઉપયોગ:
- લોકલ ઓસીલેટર
- ફ્રીક્વન્સી મીટર
- માઇક્રોવેવ સોર્સ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “રિફ્લેક્સ ઇલેક્ટ્રોન બંચ પાછા આપે છે”
પ્રશ્ન 5(અ) [3 ગુણ]#
“PIN ડાયોડ સ્વિચ તરીકે કાર્ય કરે અને VARACTOR ડાયોડ વેરિયેબલ કૅપેસિટર તરીકે કાર્ય કરે.” વિસ્તારમાં વર્ણન કરો.
જવાબ:
સ્વિચ તરીકે PIN ડાયોડ:
- ફોરવર્ડ બાયાસ: લો રેઝિસ્ટન્સ (~1Ω), સ્વિચ ON
- રિવર્સ બાયાસ: હાઇ રેઝિસ્ટન્સ (~10kΩ), સ્વિચ OFF
- I-રીજનમાં ચાર્જ સ્ટોરેજને કારણે ફાસ્ટ સ્વિચિંગ
- OFF સ્ટેટમાં RF આઇસોલેશન
વેરિયેબલ કૅપેસિટર તરીકે VARACTOR ડાયોડ:
- રિવર્સ બાયાસ વોલ્ટેજ જંક્શન કૅપેસિટન્સ કંટ્રોલ કરે છે
- રિવર્સ વોલ્ટેજ વધવા સાથે કૅપેસિટન્સ ઘટે છે
- ટ્યુનિંગ સર્કિટ માટે વોલ્ટેજ-કંટ્રોલ્ડ રિએક્ટન્સ
- મિકેનિકલ એડજસ્ટમેન્ટ વિના ઇલેક્ટ્રોનિક ટ્યુનિંગ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “PIN સ્વિચ કરે, VARACTOR વેરી કરે”
પ્રશ્ન 5(બ) [4 ગુણ]#
રડારમાં વપરાતી ડિસ્પ્લે પદ્ધતિઓની યાદી બનાવો અને એકનું વિસ્તારવાર વર્ણન કરો.
જવાબ:
રડાર ડિસ્પ્લે પદ્ધતિઓ:
- A-સ્કોપ ડિસ્પ્લે
- PPI (Plan Position Indicator)
- B-સ્કોપ ડિસ્પ્લે
- RHI (Range Height Indicator)
PPI ડિસ્પ્લે સમજૂતી:
- સર્ક્યુલર ડિસ્પ્લે ટાર્ગેટ પોઝિશન દર્શાવે છે
- કેન્દ્ર રડાર લોકેશન દર્શાવે છે
- રેડિયલ ડિસ્ટન્સ ટાર્ગેટ રેન્જ સૂચવે છે
- એંગ્યુલર પોઝિશન ટાર્ગેટ બેરિંગ દર્શાવે છે
- એન્ટીના રોટેશન સાથે સિંક્રોનાઇઝ્ડ રોટેટિંગ સ્વીપ
લાક્ષણિકતાઓ:
- ટાર્ગેટ પોઝિશનનું રિયલ-ટાઇમ ડિસ્પ્લે
- રેન્જ અને બેરિંગ માહિતી
- મલ્ટિપલ ટાર્ગેટ ટ્રેકિંગ
- ક્લટર સપ્રેશન
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “PPI પિક્ચર પોઝિશન ઇન્ડિકેટર”
પ્રશ્ન 5(ક) [7 ગુણ]#
રડાર શું છે? વિવિધ પ્રકારના રડાર સિસ્ટમ્સની યાદી બનાવો? એક રડારનું વિસ્તારવાર વર્ણન કરો.
જવાબ:
રડાર (Radio Detection And Ranging): ઑબ્જેક્ટ ડિટેક્ટ કરવા અને તેમની રેન્જ, વેલોસિટી અને લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરવા માટે રેડિયો વેવ્સનો ઉપયોગ કરતી સિસ્ટમ.
રડાર સિસ્ટમ્સના પ્રકાર:
| પ્રકાર | ઉપયોગ | ફ્રીક્વન્સી બેન્ડ |
|---|---|---|
| પલ્સ રડાર | એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ | L, S, C બેન્ડ |
| CW ડોપ્લર રડાર | સ્પીડ મેઝરમેન્ટ | X, K, Ka બેન્ડ |
| MTI રડાર | મૂવિંગ ટાર્ગેટ ડિટેક્શન | S, C બેન્ડ |
| SAR રડાર | ગ્રાઉન્ડ મેપિંગ | L, C, X બેન્ડ |
પલ્સ રડાર વિગતવાર સમજૂતી:
graph TD
A[ટ્રાન્સમિટર] --> B[ડુપ્લેક્સર]
B --> C[એન્ટીના]
C --> D[ટાર્ગેટ]
D --> C
C --> B
B --> E[રિસીવર]
E --> F[ડિસ્પ્લે]
G[ટાઇમર] --> A
G --> F
કાર્ય:
- RF એનર્જીના ટૂંકા પલ્સ ટ્રાન્સમિટ કરે છે
- ટાર્ગેટથી ઇકો રિસીવ કરે છે
- રેન્જ કેલ્ક્યુલેશન માટે ટાઇમ ડિલે માપે છે
- ડિસ્પ્લે માટે સિગ્નલ પ્રોસેસ કરે છે
રેન્જ સમીકરણ: R = (c × t)/2
જ્યાં:
- R = ટાર્ગેટ સુધીની રેન્જ
- c = પ્રકાશની ઝડપ
- t = ટાઇમ ડિલે
ઉપયોગ:
- એર ટ્રાફિક કંટ્રોલ
- વેધર મોનિટરિંગ
- મિલિટરી સર્વેલન્સ
- નેવિગેશન એઇડ્સ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “રડાર રેન્જ રેડિયો વેવ્સ”
પ્રશ્ન 5(અ અથવા) [3 ગુણ]#
TRAPATT ડાયોડનું કાર્ય ડાયાગ્રામ સાથે વર્ણવો.
જવાબ:
TRAPATT ઓપરેશન:
- TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit ડાયોડ
- હાઇ ફીલ્ડ રીજન એવેલાન્ચ બ્રેકડાઉન બનાવે છે
- પ્લાઝમા ફોર્મેશન ચાર્જ કેરિયર ટ્રેપ કરે છે
- ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ એફેક્ટ્સ નેગેટિવ રેઝિસ્ટન્સ બનાવે છે
- ટ્રાન્ઝિટ ટાઇમ દ્વારા ઓસીલેશન ફ્રીક્વન્સી નક્કી થાય છે
ઉપયોગ:
- હાઇ પાવર ઓસીલેટર
- રડાર ટ્રાન્સમિટર
- કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “TRAPATT ટ્રેપ પ્લાઝમા એવેલાન્ચ”
પ્રશ્ન 5(બ અથવા) [4 ગુણ]#
રડારની સોનાર ની સાથે તુલના કરો.
જવાબ:
| પેરામીટર | રડાર | સોનાર |
|---|---|---|
| વેવ ટાઇપ | ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક વેવ્સ | સાઉન્ડ વેવ્સ |
| મીડિયમ | હવા/વેક્યુમ | પાણી/લિક્વિડ |
| ફ્રીક્વન્સી | GHz રેન્જ | kHz રેન્જ |
| સ્પીડ | 3 × 10⁸ m/s | પાણીમાં 1500 m/s |
| રેન્જ | ખૂબ લાંબી રેન્જ | એબ્સોર્પ્શન દ્વારા મર્યાદિત |
| ઉપયોગ | હવા/સ્પેસ ડિટેક્શન | અંડરવોટર ડિટેક્શન |
સમાનતાઓ:
- ડિટેક્શન માટે ઇકો સિદ્ધાંત
- ટાઇમ ડિલે વડે રેન્જ મેઝરમેન્ટ
- વેલોસિટી મેઝરમેન્ટ માટે ડોપ્લર એફેક્ટ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “રડાર રેડિએટ કરે, સોનાર સાઉન્ડ કરે”
પ્રશ્ન 5(ક અથવા) [7 ગુણ]#
મહત્તમ રડાર રેન્જનું સમીકરણ મેળવો.
જવાબ:
રડાર રેન્જ સમીકરણ વ્યુત્પત્તિ:
ટ્રાન્સમિટેડ પાવર: Pt
ટાર્ગેટ પર પાવર ડેન્સિટી: Pd = Pt/(4πR²)
ટાર્ગેટ દ્વારા ઇન્ટરસેપ્ટેડ પાવર: Pi = Pd × σ = (Pt × σ)/(4πR²)
રડાર તરફ પાછું આવતું પાવર: Pr = Pi/(4πR²) = (Pt × σ)/(4πR²)²
રિસીવ્ડ પાવર: Pr = (Pt × G² × λ² × σ)/((4π)³ × R⁴)
મેક્સિમમ રેન્જ સમીકરણ:
Rmax = ⁴√[(Pt × G² × λ² × σ)/((4π)³ × Prmin)]
જ્યાં:
- Pt = ટ્રાન્સમિટેડ પાવર
- G = એન્ટીના ગેઇન
- λ = વેવલેન્થ
- σ = રડાર ક્રોસ સેક્શન
- Prmin = મિનિમમ ડિટેક્ટેબલ સિગ્નલ
- R = રેન્જ
રેન્જ અસર કરતા પરિબળો:
- ટ્રાન્સમિટેડ પાવર (રેન્જ વધારે છે)
- એન્ટીના ગેઇન (રેન્જ વધારે છે)
- ટાર્ગેટ ક્રોસ-સેક્શન (રેન્જ વધારે છે)
- ફ્રીક્વન્સી (પ્રોપેગેશનને અસર કરે છે)
- રિસીવર સેન્સિટિવિટી (મિનિમમ સિગ્નલને અસર કરે છે)
પ્રેક્ટિકલ વિચારણાઓ:
- એટમોસ્ફેરિક લોસેસ
- ગ્રાઉન્ડ રિફ્લેક્શન
- નોઇઝ લિમિટેશન
- ક્લટર એફેક્ટ્સ
યાદ રાખવાની ટ્રિક: “પાવર ગેઇન લેમ્બડા સિગ્મા રેન્જ”