Chuyển đến nội dung chính

Ra­dio En­gi­neer­ing for Wire­less Com­mu­ni­ca­tion and Sen­sor Ap­pli­ca­tions

Ra­dio En­gi­neer­ing for Wire­less Com­mu­ni­ca­tion and Sen­sor Ap­pli­ca­tions


Antti V. Raisa­nen Ar­to Lehto

 Con­tents
Pref­ace xv
Ac­knowl­edg­ments xvii
1 In­tro­duc­tion to Ra­dio Waves and Ra­dio En­gi­neer­ing 1
1.1 Ra­dio Waves as a Part of the Elec­tro­mag­net­ic Spec­trum
 1.2 What Is Ra­dio En­gi­neer­ing? 4
1.3 Al­lo­ca­tion of Ra­dio Fre­quen­cies 4
1.4 His­to­ry of Ra­dio En­gi­neer­ing from Maxwell to the Present 6 Ref­er­ences 9

2 Fun­da­men­tals of Elec­tro­mag­net­ic Fields
 2.1 Maxwell's Equa­tions 11
 2.1.1 Maxwell's  Equa­tions in Case of Har­mon­ic Time De­pen­dence 14
 2.1.2 In­ter­pre­ta­tions of Maxwell's Equa­tions 15
2.2 Fields in Me­dia 17
2.3 Bound­ary Con­di­tions 20
2.4 Helmholtz Equa­tion and Its Plane Wave So­lu­tion 22
2.5 Po­lar­iza­tion of a Plane Wave 26
2.6 Re­flec­tion and Trans­mis­sion at a Di­elec­tric In­ter­face 28
2.7 En­er­gy and Pow­er 31
Ref­er­ences 33

3 Trans­mis­sion Lines and Waveg­uides 35
3.1 Ba­sic Equa­tions for Trans­mis­sion Lines and Waveg­uides 38
3.2 Trans­verse Elec­tro­mag­net­ic Wave Modes 40
3.3 Trans­verse Elec­tric and Trans­verse Mag­net­ic Wave Modes 42
3.4 Rect­an­gu­lar Waveg­uide 44
 3.4.1 TE Wave Modes in Rect­an­gu­lar Waveg­uide 44
 3.4.2 TM Wave  Modes in Rect­an­gu­lar Waveg­uide 50
3.5 Cir­cu­lar Waveg­uide 52
3.6 Op­ti­cal Fiber 56
3.7 Coax­ial Line 58
3.8 Mi­crostrip Line 61
3.9 Wave and Sig­nal Ve­loc­ities 65
3.10 Trans­mis­sion Line Mod­el 66
Ref­er­ences
 4 Impedance Match­ing 69
4.1 Re­flec­tion from a Mis­matched Load 69
4.2 Smith Chart 74
4.3 March­ing Mer­hods 78
 4.3.1 Match­ing with Lumped Re­ac­tive El­ements 79
 4.3.2 Match­ing with Tun­ing Srubs (wirh Short Sec­tions of Line) 86
 4.3.3 Quar­ter-​Wave Trans­former 89
 4.3.4 Re­sis­tive
 Match­ing 94
Ref­er­ences 95
5 Mi­crowave Cir­cuit The­ory 97
5.1 Impedance and Ad­mit­tance Ma­tri­ces 97
5.2 Scar­rering Ma­tri­ces 101
5.3 Sig­nal Flow Graph, Trans­fer Func­tion, and Gain 104
 5.3.1 Ma­sons  Rule 109
 5.3.2 Gain of a Two-​Porr 111
Ref­er­ences 113
6 Pas­sive Trans­mis­sion Line and Waveg­uide De­vices 115
6.1 Pow­er Di­viders and Di­rec­tion­al Cou­plers 116
 6.1.1 Pow­er  Di­viders 117
 6.1.2 Cou­pling and Di­rec­tiv­ity of a Di­rec­tion­al Cou­pler 119
 6.1.3 Scat­ter­ing Ma­trix of a Di­rec­tion­al Cou­pler 120
 6.1.4 Waveg­uide Di­rec­tion­al Cou­plers 122
 6.1.5 Mi­crostrip Di­rec­tion­al Cou­plers 124
6.2 Fer­rite De­vices 128
 6.2.1 Prop­er­ties of Fer­rite Ma­te­ri­als
 6.2.2 Fara­day Ro­ta­tion 131
 6.2.3 Iso­la­tors 133
 6.2.4 Cir­cu­la­tors 4
6.3 Oth­er Pas­sive Com­po­nents and De­vices 134
 6.3.1 Ter­mi­na­tions 135
 6.3.2 At­ten­ua­tors 6
 6.3.3 Phase Shifters 138
 6.3.4 Con­nec­tors and Adapters 13
Ref­er­ences 139
7 Res­onators and Fil­ters 141
7.1 Res­onators 141
 7.1.1 Res­onance Phe­nomenon 142
 7.1.2 Qual­ity Fac­tor 14
 7.1.3 Cou­pled Res­onator 144
 7.1.4 Trans­mis­sion Line Sec­tion as a Res­onator 147
 7.1.5 Caviry Res­onarors 149
 7.1.6 Di­elec­tric Res­onarors 153
7.2 Fil­ters 154
 7.2.1 In­ser­tion Loss Method 155
 7.2.2 De­sign of Mi­crowave Fil­ters 161
 7.2.3 Prac­ti­cal Mi­crowave Fil­ters 166
Ref­er­ences 169
8 Cir­cuits Based on Semi­con­duc­tor De­vices 171
8.1 From Elec­tron Tubes to Semi­con­duc­tor De­vices 171
8.2 Im­por­tant Semi­con­duc­tor De­vices 172
 8.2.1 Diodes 172
 8.2.2 Tran­sis­tors 7
8.3 Os­cil­la­tors
 8.4 Am­pli­fiers 184
 8.4.1 De­sign of Small-​Sig­nal and Low-​Noise Am­pli­fiers 184
 8.4.2 Ef­fect of Non­lin­ear­ities and De­sign of Pow­er Am­pli­fiers 191
 8.4.3 Re­flec­tion Am­pli­fiers 192
8.5 Fre­quen­cy Con­vert­ers (Mix­ers) and Fre­quen­cy Mul­ti­pli­ers 193
 8.5.1 Mix­ers 4
 8.5.2 Fre­quen­cy Mul­ti­pli­ers 197
8.6 De­tec­tors 198
8.7 Mono­lith­ic Mi­crowave Cir­cuits 201
Ref­er­ences 202
9 An­ten­nas 205
9.1 Fun­da­men­tal Con­cepts of An­ten­nas 205
9.2 Cal­cu­la­tion of Ra­di­ation from An­ren­nas 212
9.3 Ra­di­at­ing Cur­rent El­emenr 214
9.4 Dipole and Monopole An­ten­nas 217
9.5 Orher Wire An­ten­nas 222
9.6 Ra­di­ation from Aper­tures 225
9.7 Horn An­ren­nas 232
9.8 Re­flec­tor An­ren­nas 234
9.9 Oth­er An­ten­nas 236
9.10 An­ten­na Ar­rays 239
9.11 March­ing of An­ren­nas 242
9.12 Link Be­tween Two An­ten­nas 242
Ref­er­ences
 10 Prop­aga­tion of Ra­dio Waves 247
10.1 En­vi­ron­ment and Prop­aga­tion Mech­anisms 247
10.2 Tro­po­spher­ic At­ten­ua­tion 249
10.3 Bend­ing (Re­frac­tion) of Ra­dio Waves in Tro­po­sphere 252
10.4 LOS Path 255
10.5 Re­flec­tion from Ground 257
10.6 Mul­ti­path Prop­aga­tion in Cel­lu­lar Mo­bile Ra­dio Sys­tems 260
10.7 Prop­aga­tion Aid­ed by Scat­ter­ing: Scat­ter Link 263
10.8 Prop­aga­tion via Iono­sphere 265
10.9 Prop­aga­tion as a Ground (Sur­face) Wave 267
Ref­er­ences 270
11 Ra­dio Sys­tem 271
11.1 Trans­mit­ters and Re­ceivers 271
11.2 Noise 275
11.2.1 Re­ceiv­er Noise 275
11.2.2 An­ten­na Noise Tem­per­ature 284
11.3 Mod­ula­tion and De­mod­ula­tion of Sig­nals 287
11.3.1 Ana­log Mod­ula­tion 288
11.3.2 Dig­ital Mod­ula­tion 297
11.4 Ra­dio Link Bud­get 304
Ref­er­ences
12 Ap­pli­ca­tions 307
12.1 Broad­cast­ing 307
12.1.1 Broad­cast­ing in Fin­land 308
12.1.2 Broad­cast­ing Satel­lites 310
12.2 Ra­dio Link Sys­tems 312
12.2.1 Ter­res­tri­al Ra­dio Links 312
12.2.2 Satel­lite Ra­dio Links 314
12.3 Wire­less Lo­cal Area Net­works 314
12.4 Mo­bile Com­mu­ni­ca­tion 317
12.5 Ra­dion­av­iga­tion 320
12.5.1 Hy­per­bol­ic Ra­dion­av­iga­tion Sys­tems 320
12.5.2 Satel­lite Nav­iga­tion Sys­tems 323
12.5.3 Nav­iga­tion Sys­tems in Avi­ation 326
12.6 Radar 328
12.6.1 Pulse Radar 328
12.6.2 Doppler Radar 332
12.6.3 Fre­quen­cy-​Mod­ulat­ed Radar 334
12.6.4 Surveil­lance and Track­ing Radars 335
12.7 Re­mote Sens­ing 336
12.7.1 Ra­diom­etry 337
12.7.2 To­tal Pow­er Ra­diome­ter and Dicke Ra­diome­ter 340
12.7.3 Re­mote-​Sens­ing Radar 343
12.8 Ra­dio As­tron­omy 345
12.8.1 Ra­dio Tele­scopes and Re­ceivers 346
12.8.2 An­ten­na Tem­per­ature of Ra­dio Sources 349
12.8.3 Ra­dio Sources in the Sky
 12.9 Sen­sors for In­dus­tri­al Ap­pli­ca­tions 353
12.9.1 Trans­mis­sion Sen­sors 354
12.9.2 Res­onators 35
12.9.3 Re­fle­crion Sen­sors 355
12.9.4 Radar Sen­sors 35
12.9.5 Ra­diome­ter Sen­sors 356
12.9.6 Imag­ing Sen­sors
 12.10 Pow­er Ap­pli­car­ions 356
12.11 Med­ical Ap­pli­ca­tions 357
12.11.1 Ther­mog­ra­phy 358
12.11.2 Diathermy 359
12.11.3 Hy­per­ther­mia
 12.12 Elec­tron­ic War­fare 359
12.12.1 ES 360
12.12.2 EA
12.12.3 EP 361
Ref­er­ences 36
13 Bi­olog­ical Ef­fects and Safe­ty Stan­dards 363
Ref­er­ences 366
Ap­pendix A: Vec­tor Op­er­ations 367
Ap­pendix B: Phys­ical Con­stants and Ma­te­ri­al Pa­ram­eters 371
List of Acronyms 373 About the Au­thors 379
In­dex

 Pref­ace

The word ra­dio means tech­niques that are used in trans­mit­ting and re­ceiv­ing in­for­ma­tion or pow­er in the at­mo­sphere or free space, or in trans­mis­sion lines uti­liz­ing elec­tro­mag­net­ic waves—so-​called ra­dio waves—but al­so the equip­ment need­ed there­in.
 This book pro­vides the read­er with the ba­sics in ra­dio en­gi­neer­ing, the tech­niques need­ed to gen­er­ate, con­trol, de­tect, and use ra­dio waves. The text ap­proach­es the rel­evant prob­lems both from the elec­tro­mag­net­ic the­ory based on Maxwell's equa­tions and from the cir­cuit the­ory based on Kir­choff and Ohm's laws. Brief in­tro­duc­tions to the elec­tro­mag­net­ic the­ory as well as to the cir­cuit the­ory are pro­vid­ed.
 Be­sides pas­sive trans­mis­sion lines and com­po­nents, ac­tive RF cir­cuits are al­so ad­dressed.  The treat­ment oi the fun­da­men­tals of an­ten­nas and ra­dio wave prop­aga­tion in this book leads the read­er to ra­dio sys­tems with noise and mod­ula­tion con­sid­er­ations.
 Fi­nal­ly, a broad range of ap­pli­ca­tions are de­scribed in ad­di­tion to var­ious wire­less com­mu­ni­ca­tion ap­pli­ca­tions: ra­dion­av­iga­tion, radar, ra­diom­etry, re­mote sens­ing, ra­dio as­tron­omy, RF sen­sors, pow­er and med­ical ap­pli­ca­tions, and elec­tron­ic war­fare.  The book ends with a short re­view of bi­olog­ical ef­fects and safe­ty stan­dards. While nu­mer­ous books spe­cial­iz­ing in var­ious top­ics of ra­dio en­gi­neer­ing are avail­able, this book gives a well-​bal­anced, gen­er­al overview of the whole top­ic. To the au­thors' knowl­edge, there are no sim­ilar books avail­able.
 This book got its ori­gin from course lec­tures on the same top­ic at the Helsin­ki Uni­ver­si­ty of Tech­nol­ogy.  When we found that the Finnish text of our book (which was first pub­lished in 1992) writ­ten for our stu­dents be­came very pop­ular in the well-​known Finnish wire­less in­dus­try, we de­cid­ed to write a sim­ilar book in En­glish in or­der to pro­vide an overview of this im­por­tant tech­nol­ogy to en­gi­neers, man­agers, sales rep­re­sen­ta­tives, and ad­min­is­tra­tors glob­al­ly.
 In or­der to take full ad­van­tage from the con­tents of this book, one needs a sol­id back­ground in physics and math­emat­ics. The text can be used al­so with­out this back­gtound to ob­tain a gen­er­al un­der­stand­ing of ra­dio en­gi­neer­ing, es­pe­cial­ly in Chap­ters 1, 12, and 13, and part­ly in Chap­ters 9, 10, and 11.


Ac­knowl­edg­ments


We au­thors would like to thank our many col­leagues and stu­dents, for­mer and cur­rent, at the Helsin­ki Uni­ver­si­ty of Tech­nol­ogy for their en­cour­age ment and many use­ful com­ments.  We es­pe­cial­ly want to men­tion the help of Pro­fes­sors Sergei Tretyakov, Pert­ti Vainikainen, and Pekka Es­ke­li­nen. We would al­so like to ex­press our ap­pre­ci­ation of the pro­fes­sion­al draw­ings made by Har­ri Fresta­dius.
 Dr. Raisa­nen is grate­ful to the Ob­ser­va­toire de Paris (LER­MA) and Uni­ver­site de Paris 6, and es­pe­cial­ly to Pro­fes­sor Pierre En­cre­naz for pro­vid­ing ex­cel­lent con­di­tions and good at­mo­sphere for this writ­ing task dur­ing his sab­bat­ical leave. Fi­nal­ly, we would like to thank our fam­ily mem­bers for their very im­por­tant emo­tion­al sup­port dur­ing the writ­ing of this book.
1 In­tro­duc­tion to Ra­dio Waves and Ra­dio En­gi­neer­ing
Elec­tro­mag­net­ic waves prop­agate in a vac­uum with the speed of light, c =299,792,458 m/s or about 3x108 m/s. The elec­tric and mag­net­ic fields of a plane wave os­cil­late in phase and are per­pen­dic­ular to each oth­er and to the di­rec­tion of prop­aga­tion.  The fre­quen­cy of os­cil­la­tion is/*, and the wave­length is A = elf. Elec­tro­mag­net­ic waves al­so may be con­sid­ered to be­have like par­ti­cles of ze­ro rest mass.
 The ra­di­ation con­sists of quan­ta, pho­tons that have an en­er­gy of W = hf where h = 6.6256 x 10-34 Js is Planck's con­stant. There are many sources of elec­tro­mag­net­ic ra­di­ation. Ac­cel­er­at­ing charges pro­duce elec­tro­mag­net­ic ra­di­ation, as when charges de­cel­er­at­ing in an elec­tric field pro­duce bremsstrahlung and charges or­bit­ing in a mag­net­ic field pro­duce syn­chrot­ton ra­di­ation.  The tan­dom ther­mal mo­tion of charged par­ti­cles in mat­ter pro­duces ther­mal tadi­ation.  Atoms and molecules emit spec­tral line ra­di­ation as their en­er­gy lev­el changes. The ra­di­ation gen­er­at­ed by os­cil­la­tots and emit­ted by an­ten­nas is based on high-​fre­quen­cy al­ter­nat­ing cur­rents.

 1.1 Ra­dio Waves as a Part of the Elec­tro­mag­net­ic Spec­trum
Elec­tro­mag­net­ic waves cov­er a wide range of fre­quen­cies or wave­lengths, as shown in Fig­ure 1.1. The clas­si­fi­ca­tion is based main­ly on the sources of 2 Ra­dio En­gi­neer­ing for Wire­less Com­mu­ni­ca­tion and Sen­sor Ap­pli­ca­tions f/Hz Gam­ma rays X rays Vis­ible light <: Ul­tra­vi­olet In­frared Sub­mm waves 10' Mil­lime­ter waves Mi­crowaves Ra­dio waves < RF waves X/m SHF UHF VHF HF MF VLF Fig­ure 1.1 Elec­tro­mag­net­ic spec­trum. ra­di­ation.  Bound­aries of the ranges are not sharp, since dif­fer­ent sources may prodtice waves in over­lap­ping ranges of fre­quen­cies. The wave­lengths of ra­dio waves range from thou­sands of kilo­me­ters down to 0.1 mm.
 The fre­quen­cy range is from a few hertz up to 3 THz.  The waves hav­ing short­et wave­lengths or high­er fre­quen­cies than ra­dio waves are clas­si­fied as in­frared, vis­ible light, ul­tra­vi­olet, x-​rays, and gam­ma rays.  In­frared waves are pro­duced by molecules and hot bod­ies, light and ul­tra­vi­olet waves by atoms and molecules, and x-​rays by the in­ner elec­trons in atoms.  Com­mer­cial x-​ray tubes emit bremsstrahlung.
 Gam­ma rays orig­inate in the nu­clei of atoms and over­lap the up­per part of the x-​ray spec­trum. In­tro­duc­tion to Ra­dio Waves and Ra­dio En­gi­neer­ing 3 The spec­trum of ra­dio waves is di­vid­ed in­to ranges hav­ing a width of one decade, as in­di­cat­ed in Ta­ble 1.1 and Fig­ure  1.1. Waves be­low 300 MHz are of­ten called ra­dio fre­quen­cy (RF) waves. Ul­tra­high fre­quen­cy (UHF) and su­per­high fre­quen­cy (SHF) waves (300 MHz to 30 GHz) are called mi­crowaves. Of­ten the bound­ary be­tween RF waves and mi­crowaves is set to 1 GHz.
 The mi­crowave range is fur­ther sub­di­vid­ed in­to bands ac­cord­ing to waveg­uide bands, as shown in Ta­ble 1.2. Ex­treme­ly high fre­quen­cy (EHF) range is called the mil­lime­ter-​wave range and the fre­quen­cy range from 300 GHz to 3,000 GHz the sub­mil­lime­ter-​wave range. The in­ter­ac­tion of elec­tro­mag­net­ic waves with mat­ter de­pends on the en­er­gy of pho­tons.  In gene­tal, short­er waves cotre­spond­ing to en­er­get­ic pho­tons in­ter­act more strong­ly than longer waves…

>>> Download Ra­dio En­gi­neer­ing for Wire­less Com­mu­ni­ca­tion and Sen­sor Ap­pli­ca­tions


Nhận xét

Bài đăng phổ biến từ blog này

sách giáo trình công nghệ thông tin pdf doc - sách tham khảo

[-] Mục Lục 1 kế toán doanh nghiệp với visual basic https://ambn.vn/product/35662/ke-toan-doanh-nghiep-voi-visual-basic.html Những kiến thức cơ bản về kế toán như biểu mẫu, báo cáo, sổ sách chứng từ kế toán đã được trình bầy ở những bộ sách trước cùng tác giả, và coi như ở tập sách này là bạn đã nắm rõ về microsoft access và visual basic. Trong sách này, sẽ hướng dẫn bạn thêm khi thiết kế các giao diện nhập dữ liệu, xử lý và báo cáo trong chương trình kế toán, hiểu rõ những kỹ thuật và công cụ lập trình nâng cao và dễ dàng thiết kế thành công một chương trình quản lý kế toán doanh nghiệp bằng Visual Basic 2. lập trình cơ sở dữ liệu visual basic sql server https://ambn.vn/product/35577/lap-trinh-co-so-du-lieu-visual-basic-sql-server.html Cuốn sách này cung cấp cho người học những thông tin chi tiết cảu các công cụ kỹ thuật hiện nay như ADO, ADO MD và ADOX, MSDE, .. SQL Namespace.. Mục tiêu cuốn sách là cung cấp các kiến thức ở mức độ chuyên sâu những công cụ mà kết hợp giữa

Đề tài: Hoạt động marketing của công ty cổ phần bút bi Thiên Long

Đề tài: Hoạt động marketing của công ty cổ phần bút bi Thiên Long Mục Lục Lời mở đầu Chương I : Phân tích kết quả kinh doanh của công ty cổ phần tập đoàn Thiên Long I. Kết quả kinh doanh của công ty cổ phần tập đoàn Thiên Long trong thời gian qua II.Đánh giá hoạt động marketing của công ty cổ phần tập đoàn Thiên Long thời gian qua Chương II : Phân tích môi trường marketing của công ty cổ phần tập đoàn Thiên Long I. Phân tích môi trường marketing vĩ mô II.Phân tích môi trường marketing vi mô III. Phân tích môi trường marketing nội bộ IV. Phân tích swot Chương III. Phân đoạn thị trường của công ty cổ phần tập đoàn Thiên Long với sản phẩm bút bi Thiên Long I. Vị trí hiện tại của doanh nghiệp II. Xác định đối tượng khách hàng hay thị trường cần phân đoạn III. Phân chia thị trường theo những tiêu thức thích hợp IV. Đánh giá tiềm năng của các đoạn thị trường V. Lựa chọn các phương thức marketing nhằm khai thác các đoạn thị trường mục tiêu Chương IV. Xác định chiến lược M

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH TRƯỜNG PHỔ THÔNG DÂN TỘC NỘI TRỲ TỈNH CAO BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH TRƯỜNG PHỔ THÔNG DÂN TỘC NỘI TRỲ TỈNH CAO BẰNG HỌC VIÊN: BẾ THỊ DIỆP – HƯỚNG DẪN KH: TS. NGUYỄN THỊ TUYẾT CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ ĐÁNH GIÁO TRONG GIÁO DỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài 3. Giới hạn nghiên cứu của đề tài 4. Phương pháp nghiên cứu 5. Câu hỏi nghiên cứu, giả thuyết nghiên cứu 6. Khung lý thuyết của đề tài 7. Khách thể và đối tượng nghiên cứu Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.1. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài 1.1.2. Các công trình trong nước 1.2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CƠ BẢN 1.2.1. Hoạt động học tập trong nhà trường 1.2.2. Loại hình nhà trường PTDTNT 1.2.3. Đặc trưng học sinh THPT DTTS 1.2.4. Các khái niệm công cụ của đề tài 1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 2: TỔ CHỨC NGHIÊN CỨU 2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1.1. Tổng thể