Kursplan för Antennteknik

• elektrisk kretsteori
• komplex icke-differentiell vektoranalys
• teori om elektromagnetiska fält och vågor.

1. Beskriva hur antenner för line-of-sight (LOS) system fungerar och karakteriseras. Exempel på LOS system är radioteleskop, radar, radiolänkar (punkt-till-punkt och punkt-till-multikommunikation) och satellitkommunikationssystem.
2. Beskriva hur antenner i flervägsmiljö med fädning beter sig och kännetecknas, såsom antenner för mobila terminaler, dvs mobiltelefoner, inklusive även karakteriseringen av hela mobilterminalen och användarinteraktion.
3. Beskriva de vanligaste materialen som används i numerisk antennanalys samt i praktisk antennkonstruktion.
4. Förklara de olika faktorer som bidrar till effektivitet och antennvinst för olika typer av antenner, samt systembrustemperatur.
5. Förklara de fysiska begränsningarna av antenner; såsom miniatyriserings- och bandbreddsbegränsningar för små antenner, gränser för maximal antennvinst för stora antenner samt korrelation och effektivitetsgränser för multi / multibeam gruppantenner.
6. Förklara hur olika antenner kan analyseras i termer av klassiska inkrementella elementära källor, genom att använda modern och kompakt icke-differential vektornotation och numerisk integration. De inkrementella elementära källorna är elektrisk ström, motsvarande magnetisk ström och direktiva Huygens källan.
7. Tillämpa dina kunskaper om antennanalys för att konstruera antenner genom att använda klassiska formler och designkurvor för de mest traditionella antenntyperna; såsom dipoler, slitsar, microstrip antenner, horn, reflektorer och fasstyrda gruppantenner. Goda initiala designer med klassiska formler är viktiga för en lyckad numerisk design med ett professionellt antenn CAD-verktyg. Och även för att beskriva samma antenner enligt §a och §b ovan.
8. Tillämpa dina kunskaper om karakterisering av antenner för LOS och fädningsmiljö för att mäta antenner, både i klassiska dämpade (ekofria) kammare och i moderna efterklangskammare (modväxlarkammare),. Efterklangskammaren är en flervägs emulator, där även aktiva mobilterminaler såsom mobiltelefoner kommer att mätas.

• Beskriva - att berätta eller skildra i skrivna eller talade ord, utan att använda läroboken; 
• Förklara - att göra känt i detalj, inklusive de enklaste grundläggande ekvationer, utan att använda läroboken.

1. Inledning: Kursinformation. Exempel på antenn och antenntyper. Program och kort historik. Exempel på befintliga och framtida antennsystem och deras frekvenser och antenntyper. Om antennterminologi. Repetition av dB och grundläggande vektorformler (kors- och skalära produkter).
2. Karakterisering av antenner för line-of-sight (LOS) system: Plana vågor. Linjär och cirkulär polarisation. Fjärrfältfunktionen: Fasreferenspunkt, polarisation, fascentrum, direktivitet, sidlober, E- och H-plan. Rotationssymmetriska antenner: BOR0 och BOR1 antenner (BOR = Bodies of Revolution). Systemegenskaper: antennförstärkning, effektivitet, total utstrålad effekt, ekvivalent brustemperatur och G/T. Ekvivalenta kretsar för sändning och mottagning. Antennimpedans och anpassning. Överföringsfunktionen mellan två antenner i fritt rum. Antennmätningar.
3. Karakterisering av antenner för flervägsomgivningar: Multipath miljö och Rayleighfädning. Enport antenner: Effektiv medelförstärkning, strålningseffektivitet. Flerport antennsystem: inbäddat element fjärrfältsfunktion, inbäddat element strålningseffektivitet, ömsesidig koppling och korrelation. Antenndiversitet: Skenbar, faktisk och effektiv diversitetsförstärkning. Maximal Shannon kapacitet i MIMO-system (Multiple Input Multiple Output). Karakterisering av aktiva terminaler: Total utstrålad effekt, mottagarens känslighet och bitfelshastighet (BER), realiserad diversitetsförstärkning och användarinteraktion (förlust i huvud och Specific Absorption Rate). Mätningar i efterklangskammare. Överföring mellan två antenner i flervägs-omgivningar.
4. Material för antenndesign: Teoretiska material och ytor som används i analys: Perfekt elektrisk ledare (PEC), perfekt magnetisk ledare (PMC), PEC / PMC stripeytor (mjuka och hårda ytor). Praktiska material: Goda ledare, dåliga ledare, dielektrika, skumplast. Konstgjorda material / periodiska ytor: korrugeringar, metalstrimle-ytor, frekvensselektiva ytor (FSS), elektromagnetiska bandgapsytor (EBG ytor).
5. Inkrementella elementära strålningskällor: Den inkrementella elektriska strömmen (Hertz dipol). Den inkrementella ekvivalenta magnetiska strömmen. Direktiva inkrementella Huygens källan.
6. Små antenner: Elektrisk monopol och dipol. Yagi antenner. Log-periodiska och andra ultrabredbandsantenner. Elektrisk ramantenn. Spiralantenner. Slitsantenner. Microstrip patchantenner. Inverterad F-antenner eller kvartspatchantenner. Exempel på praktiska små antenner för mobilterminaler.
7. Aperturantenner: Aperturteori: aperturfördelning, direktivitet, sidlober. Toleranser och grundläggande förstärkningsbegränsningar för stora antenner. Hornantenner: Pyramidala horn, koniska horn, korrugerade horn. Reflektorantenner: parabolantenner, Cassegrain antenner, matare, fascenter, belysningstapering, diffraktion, blockering, deleffektiviteter, sidlober. Exempel på antenner som används i radioteleskop.
8. Arrayantenner: Linjära och planara fasstyrda gruppantenner. Isolerade och inbäddade element fjärrfältfunktioner. Gruppfaktorn uttryckt som elementet-för-elementet summa. Gruppfaktorn utryckt som gitterlob summa (ett apertur tillvägagångssätt). Direktivitet, sidlober och gitterlober. Ömsesidig koppling, aktiv antennimpedans och blindhet vid skanning. Grundläggande effektivitet och korrelationsbegränsningar av flerport / flerlobs gruppantenner.
9. Grundläggande begränsningar: Grundläggande direktivitetsbegränsningar för små och stora antenner (inklusive supergain). Miniatyrisering av antenner och deras grundläggande bandbredd begränsningar.
   

Föreläsningar och övningar: Varje dubbeltimme föreläsning följs av en dubbel timme klassövning med handledning, där kursassistenter lär hur man använder de förelästa principerna, formler och designkurvor för att analysera och konstruera antenner.

Tre obligatoriska laborationer: a) Mätningar av strålningsdiagram för vissa antenner inklusive en plan fastyrd gruppantenn i ekofritt rum. b) Mätning av utstrålad effekt och bitfel för mobiltelefon i fritt rum och i positioner nära ett fantomhuvud i efterklangskammare. Mätningar av Rayleigh-fördelning och diversitetsvinst i efterklangskammare. c) Utformning av microstrip antenn, realiserad med microstrip och jordat substrat, och mätningar av resultatet.

Hemuppgifter: Fyra frivilliga hemuppgifter kommer att ges. De ger bonuspoäng för det slutliga resultatet av tentamen, om löst och lämnat in.

PDF kopia av den nya utökade upplagan av Prof Kildal s lärobok "Foundations of Antennas - Ett enhetligt förhållningssätt för Line-Of-Sight och Multipath" kan nu laddas ned gratis från www.kildal.se efter att man har registrerat sig. Pappersversionen av boken kan köpas på Cremona. Notationen i boken är kompakt, lätt tolkningsbar och väl lämpad för denna introduktionskurs med tonvikt på design och prestanda av antenner.

Kursmaterialet ger referenser till alternativa beskrivningar i andra läroböcker.

Den skriftliga tentamen består av två delar. Under den första delen får eleverna inte använda läroboken, medan under andra delen får eleverna använda boken inklusive dess grafer och tabeller. Tentamen består av fyra problem där varje problem har flera delproblem. Gränserna för betygen 3, 4 och 5 grader är 40 poäng, 60 poäng respektive 80 poäng, av skriftliga tentamen poäng plus bonuspoäng för hemuppdrag och studiebesök bonuspoäng.

Den skriftliga tentamen består av 100 poäng. Det finns 11 hemuppgifter bonuspoäng för fyra accepterade hemuppgifter, och 4 studiebesök bonuspoäng för deltagande i studiebesök vid RUAG / Saab Space och Bluetest (2 poäng för varje).

Alla tre laborationer är obligatoriska för att få godkänt tentamen.