Link budget calculator

import%20marimo%0A%0A__generated_with%20%3D%20%220.14.8%22%0Aapp%20%3D%20marimo.App(width%3D%22medium%22%2C%20app_title%3D%22Link%20budget%20calculator%22)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20code_imports()%3A%0A%20%20%20%20import%20enum%0A%20%20%20%20import%20itertools%0A%0A%20%20%20%20import%20altair%20as%20alt%0A%20%20%20%20import%20marimo%20as%20mo%0A%20%20%20%20import%20numpy%20as%20np%0A%20%20%20%20import%20scipy.constants%20as%20spc%0A%20%20%20%20import%20pandas%20as%20pd%0A%20%20%20%20return%20alt%2C%20enum%2C%20itertools%2C%20mo%2C%20np%2C%20pd%2C%20spc%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20code_constants()%3A%0A%20%20%20%20%23%20Constants%0A%20%20%20%20antenna_type_gain%3A%20dict%5Bstr%2C%20float%5D%20%3D%20%7B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20Type%3A%20%20Gain%20%5BdBi%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22Omnidirectional%22%3A%200.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22Hertsche%20dipole%20antenna%22%3A%201.76%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%CE%BB%2F2%20dipole%20(ideal)%22%3A%202.15%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%CE%BB%2F4%20monopole%20(ideal)%22%3A%205.15%2C%0A%20%20%20%20%7D%0A%20%20%20%20return%20(antenna_type_gain%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20code_helpfunctions(enum%2C%20np%2C%20spc)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Helpfunctions%0A%20%20%20%20class%20PowerUnit(enum.Enum)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22Enumeration%20for%20the%20different%20units%20a%20power%20can%20be%20given.%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20W%20%3D%20enum.auto()%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dBW%20%3D%20enum.auto()%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dBm%20%3D%20enum.auto()%0A%0A%0A%20%20%20%20%23%20--------------------------------------------------------------------------------------------------%0A%20%20%20%20%23%20Signal%20power%20calculations%0A%20%20%20%20%23%20--------------------------------------------------------------------------------------------------%0A%20%20%20%20def%20free_space_path_loss(freq%3A%20float%2C%20s_vel%3A%20float%2C%20dist%3A%20float)%20-%3E%20float%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22Calculate%20the%20free%20space%20path%20loss%20in%20decibel.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20See%20wiki%20Simulation%2FSignal-Propagation.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Parameters%0A%20%20%20%20%20%20%20%20----------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Signal%20frequency%20(in%20Hz).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Signal%20velocity%20(in%20m%2Fs).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Distance%20(in%20meter).%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Returns%0A%20%20%20%20%20%20%20%20-------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20float%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20free%20space%20path%20loss%20in%20decibel.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20dist%20%3D%3D%200.0%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%200.0%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20l_db%3A%20float%20%3D%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%2020.0%20*%20np.log10(4.0%20*%20np.pi%20%2F%20s_vel)%20%2B%2020.0%20*%20np.log10(freq)%20%2B%2020.0%20*%20np.log10(dist)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%20l_db%0A%0A%0A%20%20%20%20free_space_path_loss_vec%20%3D%20np.vectorize(free_space_path_loss)%0A%0A%0A%20%20%20%20def%20received_power(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_s%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_s_db%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_r_db%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%3A%20PowerUnit%2C%0A%20%20%20%20)%20-%3E%20float%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22Calculate%20the%20received%20power.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20See%20wiki%20Simulation%2FSignal-Propagation.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Parameters%0A%20%20%20%20%20%20%20%20----------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_s%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Power%20of%20the%20sent%20signal.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_s_db%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Sender%20antenna%20gain%20in%20decibel.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_r_db%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Receiver%20antenna%20gain%20in%20decibel.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Distance%20(in%20meter).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Signal%20frequency%20(in%20Hz).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Signal%20velocity%20(in%20m%2Fs).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20power%20unit%20of%20%60p_s%60%20and%20the%20return%20value.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Returns%0A%20%20%20%20%20%20%20%20-------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20float%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20power%20at%20the%20receiver%20in%20the%20unit%20specified%20in%20%60p_unit%60.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Raises%0A%20%20%20%20%20%20%20%20------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ValueError%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20If%20%60p_unit%60%20value%20is%20invalid.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20l_db%20%3D%20free_space_path_loss(freq%3Dfreq%2C%20s_vel%3Ds_vel%2C%20dist%3Ddist)%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20match%20p_unit%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20PowerUnit.dBm%20%7C%20PowerUnit.dBW%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20p_s%20%2B%20g_s_db%20%2B%20g_r_db%20-%20l_db%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20PowerUnit.W%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20p_r_dbw%3A%20float%20%3D%2010.0%20*%20np.log10(p_s)%20%2B%20g_s_db%20%2B%20g_r_db%20-%20l_db%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20p_r_w%3A%20float%20%3D%20np.power(10.0%2C%20p_r_dbw%20%2F%2010.0)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20p_r_w%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20_%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20ValueError(f%22'p_unit'%20value%20%7Bp_unit%7D%20is%20invalid.%22)%0A%0A%0A%20%20%20%20received_power_vec%20%3D%20np.vectorize(received_power%2C%20excluded%3D(%22p_unit%22%2C))%0A%0A%0A%20%20%20%20%23%20--------------------------------------------------------------------------------------------------%0A%20%20%20%20%23%20Other%0A%20%20%20%20%23%20--------------------------------------------------------------------------------------------------%0A%20%20%20%20def%20power_50_ohm_to_vpk(p_dbm%3A%20float)%20-%3E%20float%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22Convert%20a%20power%20in%20a%2050%CE%A9%20system%20to%20a%20voltage.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Parameters%0A%20%20%20%20%20%20%20%20----------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_dbm%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Power%20in%20dBm.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Returns%0A%20%20%20%20%20%20%20%20-------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20float%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20peak%20voltage%20in%20volt.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20return%2010%20**%20((p_dbm%20-%2010.0)%20%2F%2020.0)%0A%0A%0A%20%20%20%20power_50_ohm_to_vpk_vec%20%3D%20np.vectorize(power_50_ohm_to_vpk)%0A%0A%0A%20%20%20%20def%20noise_power(temp_kelvin%3A%20float%2C%20bw%3A%20float%2C%20p_unit%3A%20PowerUnit)%20-%3E%20float%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22Calculate%20the%20noise%20power%20from%20the%20temperature.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Parameters%0A%20%20%20%20%20%20%20%20----------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20temp_kelvin%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20temperature%20(in%20Kelvin).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20bw%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20total%20bandwidth%20over%20which%20the%20noise%20power%20is%20measured%20(in%20Hertz).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20power%20unit%20of%20the%20return%20value.%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Returns%0A%20%20%20%20%20%20%20%20-------%0A%20%20%20%20%20%20%20%20float%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20The%20noise%20power.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20match%20p_unit%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20PowerUnit.W%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20np.isclose(bw%2C%200.0)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%200.0%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20spc.k%20*%20temp_kelvin%20*%20bw%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20PowerUnit.dBW%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20np.isclose(bw%2C%200.0)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20-np.inf%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20-228.6%20%2B%2010%20*%20np.log10(temp_kelvin)%20%2B%2010%20*%20np.log10(bw)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20PowerUnit.dBm%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20if%20np.isclose(bw%2C%200.0)%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20-np.inf%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20-228.6%20%2B%2010%20*%20np.log10(temp_kelvin)%20%2B%2010%20*%20np.log10(bw)%20%2B%2030.0%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20case%20_%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20raise%20ValueError(f%22'p_unit'%20value%20%7Bp_unit%7D%20is%20invalid.%22)%0A%0A%0A%20%20%20%20noise_power_vec%20%3D%20np.vectorize(noise_power)%0A%20%20%20%20return%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20PowerUnit%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20free_space_path_loss%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20free_space_path_loss_vec%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20noise_power%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20noise_power_vec%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20power_50_ohm_to_vpk%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20received_power%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20received_power_vec%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20md_fspl(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20Link%20budget%20calculation%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Calculation%20of%20the%20link%20budget%20based%20on%20free-space%20path%20loss%3A%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5Ctext%7BFSPL%7D%5B%5Ctext%7BdB%7D%5D%20%3D%2020%20%5Clog_%7B10%7D(d)%20%2B%2020%20%5Clog_%7B10%7D(f)%20%2B%2020%20%5Clog_%7B10%7D%20%5Cleft(%20%5Cfrac%7B4%20%5Cpi%7D%7Bc%7D%20%5Cright)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20The%20power%20at%20the%20receiver%20%24P_r%24%20can%20be%20estimated%20by%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cbegin%7Balign*%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20P_r%5B%5Ctext%7BdB%7D%5D%20%26%3D%20P_s%5B%5Ctext%7BdB%7D%5D%20%2B%20G_s%20-%20%5Ctext%7BFSPL%7D%5B%5Ctext%7BdB%7D%5D%20%2B%20G_r%20%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%26%3D%20P_s%5B%5Ctext%7BdB%7D%5D%20%2B%20G_s%20-%2020%20%5Clog_%7B10%7D(d)%20-%2020%20%5Clog_%7B10%7D(f)%20-%2020%20%5Clog_%7B10%7D%20%5Cleft(%20%5Cfrac%7B4%20%5Cpi%7D%7Bc%7D%20%5Cright)%20%2B%20G_r%20%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%7Balign*%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20where%20%24G_s%24%20and%20%24G_r%24%20are%20the%20sender%20and%20receiver%20antenna%20Gains%20(in%20dBi).%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%23%20Usual%20setup%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20A%20naive%20approach%20leads%20to%20a%20schema%20similar%20to%20the%20following%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20mermaid_visualization(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.mermaid(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20flowchart%20LR%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20subgraph%20Transmitter%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Tr(Transmitter)%20--%3E%20Tr_Am(%22Amplifier%3Cbr%3E(optional)%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Tr_Am%20--%3E%20Tr_An(%22%F0%9F%93%A1%3Cbr%3ETransmitter%20antenna%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20end%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Tr_An%20-.%20%7C%E2%98%81%EF%B8%8F%3Cbr%3ETransmission%20channel%7C%20.-%3E%20Re_An(%22%F0%9F%93%A1%3Cbr%3EReceiver%20antenna%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20subgraph%20Receiver%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Re_An%20--%3E%20Re_Am(%22Amplifier%3Cbr%3E(optional)%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20Re_Am%20--%3E%20Re_ADC(%22Analog-to-digital%20converter%20(ADC)%22)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20end%3B%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20classDef%20optionalNode%20fill%3A%23858585%3B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20class%20Re_Am%2CTr_Am%20optionalNode%3B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%23%23%20Configuration%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(antenna_type_gain%3A%20dict%5Bstr%2C%20float%5D%2C%20mo)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Configuration%0A%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D800.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D2000.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D10.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D1090.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Signal%20frequency%20%5BMHz%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D100.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D300.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D10.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D150.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Signal%20power%20%5BW%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%20%3D%20mo.ui.dropdown(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20options%3Dantenna_type_gain%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22Omnidirectional%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22The%20transmitting%20antenna%20type%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%20%3D%20mo.ui.dropdown(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20options%3Dantenna_type_gain%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22Omnidirectional%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22The%20receiving%20antenna%20type%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_distance_km%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D10.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D300.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D10.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D100.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Distance%20%5Bkm%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_distance_km%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%0A%40app.cell(disabled%3DTrue)%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20%23%20TODO%3A%20Some%20%22famous%22%20settings%20that%20should%20quickly%20overwrite%20the%20custom%20chosen%20values%0A%20%20%20%20ui_presets%20%3D%20mo.ui.dropdown(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20options%3D%7B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22ADS-B%20(1090%20MHz)%22%3A%20%22adsb_1090%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22GNSS%22%3A%20%22gnss%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22Custom%22%3A%20%22custom%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22ADS-B%20(1090%20MHz)%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Select%20a%20signal%20type%3A%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20PowerUnit%2C%0A%20%20%20%20free_space_path_loss%2C%0A%20%20%20%20np%2C%0A%20%20%20%20received_power%2C%0A%20%20%20%20spc%2C%0A%20%20%20%20ui_distance_km%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Calculations%0A%20%20%20%20signal_wavelength%20%3D%20spc.speed_of_light%20%2F%20(ui_signal_freq_mhz.value%20*%2010**6)%0A%0A%20%20%20%20fspl_dB%20%3D%20free_space_path_loss(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%3Dui_signal_freq_mhz.value%20*%2010**6%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%3Dspc.speed_of_light%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%3Dui_distance_km.value%20*%201000.0%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20fspl%20%3D%20((4.0%20*%20np.pi%20*%20ui_distance_km.value%20*%201000.0)%20%2F%20(spc.speed_of_light))%20**%202%0A%0A%20%20%20%20signal_tx_power_dbw%20%3D%2010%20*%20np.log10(ui_signal_tx_power_W.value)%0A%0A%20%20%20%20received_pwr%20%3D%20received_power(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_s%3Dui_signal_tx_power_W.value%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_s_db%3Dui_tx_antenna_type.value%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_r_db%3Dui_rx_antenna_type.value%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%3Dui_distance_km.value%20*%201000.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%3Dui_signal_freq_mhz.value%20*%2010**6%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%3Dspc.speed_of_light%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%3DPowerUnit.W%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20received_pwr_dbw%3A%20float%20%3D%2010%20*%20np.log10(received_pwr)%0A%20%20%20%20received_pwr_dbm%3A%20float%20%3D%2010%20*%20np.log10(received_pwr%20*%201000)%0A%20%20%20%20return%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20fspl%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20fspl_dB%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20received_pwr%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20received_pwr_dbm%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20received_pwr_dbw%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20signal_tx_power_dbw%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20signal_wavelength%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20mo%2C%0A%20%20%20%20signal_tx_power_dbw%2C%0A%20%20%20%20signal_wavelength%2C%0A%20%20%20%20ui_distance_km%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20UI%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.left(mo.md(r%22%24%5CRightarrow%24%20Wavelength%3A%20%22%20%2B%20f%22%7Bsignal_wavelength%3A.2f%7Dm%22))%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20justify%3D%22start%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%24%5CRightarrow%24%20Signal%20power%20%5BdBW%5D%3A%20%22%20%2B%20f%22%7Bsignal_tx_power_dbw%3A.1f%7DdBW%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20justify%3D%22start%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%5Bui_tx_antenna_type%2C%20ui_rx_antenna_type%5D)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20ui_distance_km%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%22%22%22%23%23%20Visualization%22%22%22)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20PowerUnit%2C%0A%20%20%20%20free_space_path_loss_vec%2C%0A%20%20%20%20itertools%2C%0A%20%20%20%20np%2C%0A%20%20%20%20pd%2C%0A%20%20%20%20received_power_vec%2C%0A%20%20%20%20spc%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_freq_mhz%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Visualization%0A%20%20%20%20distances%20%3D%20np.linspace(0.0%2C%20300.0%2C%20150)%0A%20%20%20%20transmission_powers%20%3D%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W.value%20-%2050.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W.value%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W.value%20%2B%2050.0%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20data_np%20%3D%20np.zeros(shape%3D(len(distances)%20*%20len(transmission_powers)%2C%205))%0A%20%20%20%20data_np%5B%3A%2C%20%3A2%5D%20%3D%20np.array(%5Bdp%20for%20dp%20in%20itertools.product(distances%2C%20transmission_powers)%5D)%0A%20%20%20%20data_np%5B%3A%2C%202%5D%20%3D%2010%20*%20np.log10(data_np%5B%3A%2C%201%5D%20*%201000.0)%0A%0A%20%20%20%20data_np%5B%3A%2C%203%5D%20%3D%20free_space_path_loss_vec(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dui_signal_freq_mhz.value%20*%2010**6)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dspc.speed_of_light)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%3Ddata_np%5B%3A%2C%200%5D%20*%201000.0%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20data_np%5B%3A%2C%204%5D%20%3D%20received_power_vec(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_s%3Ddata_np%5B%3A%2C%202%5D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_s_db%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dui_tx_antenna_type.value)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20g_r_db%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dui_rx_antenna_type.value)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20dist%3Ddata_np%5B%3A%2C%200%5D%20*%201000.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20freq%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dui_signal_freq_mhz.value%20*%2010**6)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20s_vel%3Dnp.full(shape%3D(len(data_np)%2C)%2C%20fill_value%3Dspc.speed_of_light)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%3DPowerUnit.dBm%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20data_pd%20%3D%20pd.DataFrame(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20data_np%2C%20columns%3D%5B%22distance_km%22%2C%20%22tx_power_W%22%2C%20%22tx_power_dBm%22%2C%20%22fspl_dB%22%2C%20%22rx_power_dBm%22%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(data_pd%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20alt%2C%0A%20%20%20%20data_pd%2C%0A%20%20%20%20mo%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_antenna_type%2C%0A%20%20%20%20ui_signal_tx_power_W%2C%0A%20%20%20%20ui_tx_antenna_type%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20_rx_power_chart%20%3D%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20alt.Chart(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20data_pd%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20title%3Df%22Signal%20power%20at%20a%20receiver%20for%20a%20transmission%20power%20of%20%7Bui_signal_tx_power_W.value%7DW%20and%20total%20antenna%20gains%20of%20%7Bui_tx_antenna_type.value%20%2B%20ui_rx_antenna_type.value%7DdBi%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.mark_line()%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.encode(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20x%3Dalt.X(%22distance_km%22).title(%22Distance%20%5Bkm%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20y%3Dalt.Y(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22rx_power_dBm%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20scale%3Dalt.Scale(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20domain%3D%5Bdata_pd%5B%22rx_power_dBm%22%5D.min()%20-%2010%2C%20data_pd%5B%22rx_power_dBm%22%5D.max()%20%2B%2030%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20).title(%22RX%20Power%20%5BdBm%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20color%3Dalt.Color(%22tx_power_W%3AN%22).title(%22TX%20Power%20%5BW%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20rx_power_chart%20%3D%20mo.ui.altair_chart(_rx_power_chart)%0A%20%20%20%20return%20(rx_power_chart%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20rx_power_chart)%3A%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20rx_power_chart%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.callout(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22%E2%84%B9%EF%B8%8F%20A%20change%20in%20the%20input%20power%20in%20W%20does%20not%20have%20a%20big%20effect%20on%20the%20graph%20as%20it%20is%20plotted%20in%20dBm%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20kind%3D%22info%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20Sensing%2FVisualization%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%23%20ADC%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20The%20received%20power%20at%20a%2050%20%24%5COmega%24%20system%20corresponds%20to%20a%20voltage%20of%20%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20U_r%20%3D%2010%5E%7B%5Cfrac%7BP%5B%5Ctext%7BdBm%7D%5D%20-%2010%7D%7B20%7D%7D%20%5Ctext%7BV%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Depending%20on%20the%20voltage%20range%20and%20resolution%20of%20the%20analog%20to%20digital%20converter%20(ADC)%20small%20voltages%20might%20not%20be%20%22sensed%22%20by%20the%20DAC.%20The%20the%20minimum%20voltage%20a%20signal%20has%20to%20trigger%20at%20the%20DAC%20has%20to%20be%3A%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cbegin%7Balign*%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20U_%5Ctext%7Bmin%7D%20%26%5Cgeq%20%5Cfrac%7BU_%5Ctext%7Bmax%7D%7D%7B2%5E%7BN_%5Ctext%7Bbit%7D%7D%7D%20%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5CRightarrow%7B%7D%5Cquad%20P_%7Br%2C%5C%2C%5Ctext%7Bmin%7D%7D%20%26%3D%20%5Cleft(%2020%20%5Ccdot%20%5Clog%20%5Cleft(%5Cfrac%7BU_%5Ctext%7Bmax%7D%7D%7B2%5E%7BN_%5Ctext%7Bbit%7D%7D%7D%20%5Cright)%20%2B%2010%20%5Cright)%20%5Ctext%7BdBm%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%7Balign*%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20where%20%24N_%5Ctext%7Bbit%7D%24%20is%20the%20number%20of%20bits%20of%20the%20DAC%20and%20%24U_%5Ctext%7Bmax%7D%24%20is%20the%20maximum%20allowed%20voltage%20of%20the%20DAC%20input.%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Configuration%0A%20%20%20%20ui_rx_amplifier_dB%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D60%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D32%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Amplification%20at%20receiver%20side%20%5BdB%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_adc_n_bits%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D7%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D16%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D14%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Number%20of%20bits%20of%20ADC%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_adc_v_max%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D1.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D5.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D0.1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D1.5%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Voltage%20range%20of%20ADC%20%5BV%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20ui_adc_n_bits%2C%20ui_adc_v_max%2C%20ui_rx_amplifier_dB%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20ui_adc_n_bits%2C%20ui_adc_v_max%2C%20ui_rx_amplifier_dB)%3A%0A%20%20%20%20%23%20UI%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%5Bui_rx_amplifier_dB%2C%20ui_adc_n_bits%2C%20ui_adc_v_max%5D)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20np%2C%0A%20%20%20%20power_50_ohm_to_vpk%2C%0A%20%20%20%20received_pwr_dbm%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20ui_adc_n_bits%2C%0A%20%20%20%20ui_adc_v_max%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_amplifier_dB%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Calculations%0A%20%20%20%20tx_min_pwr_1bit_dbm%20%3D%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%2020%20*%20np.log10(ui_adc_v_max.value%20%2F%20(2**ui_adc_n_bits.value))%20%2B%2010%20-%20ui_rx_amplifier_dB.value%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20tx_voltage%20%3D%20power_50_ohm_to_vpk(received_pwr_dbm%20%2B%20ui_rx_amplifier_dB.value)%0A%20%20%20%20tx_voltage_bit_value%20%3D%20tx_voltage%20*%20(2**ui_adc_n_bits.value%20%2F%20ui_adc_v_max.value)%0A%0A%20%20%20%20%23%20TODO%3A%20Conversion%20of%20Receiption%20power%20and%20bits%0A%20%20%20%20return%20tx_min_pwr_1bit_dbm%2C%20tx_voltage%2C%20tx_voltage_bit_value%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20tx_voltage_bit_value%2C%20ui_adc_n_bits)%3A%0A%20%20%20%20def%20calc_symbol(bit_value%3A%20int%2C%20n_bits%3A%20int)%20-%3E%20str%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20bit_value%20%3E%200.1%20*%202**n_bits%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20%22%E2%9C%85%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20elif%20bit_value%20%3E%201%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20%22%E2%9A%A0%EF%B8%8F%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20else%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20%22%E2%9D%8C%22%0A%0A%0A%20%20%20%20voltage_warn_symb%20%3D%20calc_symbol(bit_value%3Dtx_voltage_bit_value%2C%20n_bits%3Dui_adc_n_bits.value)%0A%0A%20%20%20%20low_bit_value_callout%20%3D%20None%0A%20%20%20%20match%20voltage_warn_symb%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20case%20%22%E2%9C%85%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20low_bit_value_callout%20%3D%20mo.callout(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22%E2%9C%85%20The%20signal%20should%20be%20well%20visible%20after%20the%20ADC.%22%2C%20kind%3D%22success%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20case%20%22%E2%9A%A0%EF%B8%8F%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20low_bit_value_callout%20%3D%20mo.callout(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22%E2%9A%A0%EF%B8%8F%20The%20signal%20might%20not%20be%20well%20visable%2C%20as%20it%20is%20in%20the%20lower%2010%25%20of%20what%20the%20ADC%20can%20convert.%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20kind%3D%22warn%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20case%20%22%E2%9D%8C%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20low_bit_value_callout%20%3D%20mo.callout(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D%22%E2%9D%8C%20The%20signal%20gets%20lost%20in%20the%20ADC%20conversion%2C%20as%20the%20signal%20is%20too%20weak%20and%20cannot%20be%20represented.%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20kind%3D%22danger%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20case%20%22_%22%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.MarimoStopError(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%22There%20is%20an%20error%20in%20the%20implementation%2Fthe%20calc_symbol(%E2%80%A6)%20function%20was%20changed.%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20low_bit_value_callout%2C%20voltage_warn_symb%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20fspl%2C%0A%20%20%20%20fspl_dB%2C%0A%20%20%20%20low_bit_value_callout%2C%0A%20%20%20%20mo%2C%0A%20%20%20%20received_pwr%2C%0A%20%20%20%20received_pwr_dbm%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20received_pwr_dbw%3A%20float%2C%0A%20%20%20%20tx_min_pwr_1bit_dbm%2C%0A%20%20%20%20tx_voltage%2C%0A%20%20%20%20tx_voltage_bit_value%2C%0A%20%20%20%20ui_rx_amplifier_dB%2C%0A%20%20%20%20voltage_warn_symb%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20UI%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20f%22%22%22%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%20%20%20%20%7C%20Unit%20%20%7C%20%20%20%20%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20---%20%7C%20%3A---%3A%20%7C%20---%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Free-space%20path%20loss%20%20%20%20%20%20%7C%20dB%3Cbr%3Efrac%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%7Bfspl_dB%3A.2f%7D%E2%80%89dB%3Cbr%3E%7Bfspl%3A.3%7D%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Received%20power%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20dBW%3Cbr%3EdBm%3Cbr%3EWatt%20%7C%20%7Breceived_pwr_dbw%3A.2f%7D%E2%80%89dBW%3Cbr%3E%7Breceived_pwr_dbm%3A.2f%7D%E2%80%89dBm%3Cbr%3E%7Breceived_pwr%3A.3%7D%E2%80%89W%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Amplification%20in%20receiver%20%7C%20dB%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%7Bui_rx_amplifier_dB.value%3A.1f%7D%E2%80%89dB%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Minimum%20required%20power%3Cbr%3E(to%20get%20first%20bit%20flipped)%20%7C%20dBm%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%7Btx_min_pwr_1bit_dbm%3A.1f%7D%20dBm%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Voltage%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20V%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%7Btx_voltage%3A.2%7D%E2%80%89V%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20Voltage%20in%20bit%20number%20%20%20%20%20%7C%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%7C%20%7Btx_voltage_bit_value%3A.0f%7D%20%7Bvoltage_warn_symb%7D%20%7C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20low_bit_value_callout%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%23%20Time%20domain%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20Calculate%20the%20number%20of%20points%20a%20signal%20has%20by%20a%20set%20SDR%20sample%20rate%20%24f_s%24%3A%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20N%20%3D%20T%20%5Ccdot%20f_s%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20where%20%24T%24%20is%20the%20duration%20of%20the%20signal%20(in%20s).%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Configuration%0A%20%20%20%20ui_sdr_sample_rate%20%3D%20mo.ui.range_slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D200%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D10%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D(10%2C%20120)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Sample%20rate%20range%20%5BMSps%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_signal_bit_width%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D0.1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D100.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D0.1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D1.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Signal%20length%20%5B%C2%B5s%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20ui_sdr_sample_rate%2C%20ui_signal_bit_width%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo%2C%20ui_sdr_sample_rate%2C%20ui_signal_bit_width)%3A%0A%20%20%20%20%23%20UI%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%5Bui_sdr_sample_rate%2C%20ui_signal_bit_width%5D)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(np%2C%20pd%2C%20ui_sdr_sample_rate%2C%20ui_signal_bit_width)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Data%20generation%0A%20%20%20%20sample_rate_data%20%3D%20pd.DataFrame(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20np.arange(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20start%3Dui_sdr_sample_rate.value%5B0%5D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3Dui_sdr_sample_rate.value%5B1%5D%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D1%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20columns%3D%5B%22sample_rate%22%5D%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20sample_rate_data%5B%22datapoints%22%5D%20%3D%20(sample_rate_data.loc%5B%3A%2C%20%22sample_rate%22%5D%20*%201e6)%20*%20(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20ui_signal_bit_width.value%20*%201e-6%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(sample_rate_data%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(alt%2C%20mo%2C%20sample_rate_data%2C%20ui_signal_bit_width)%3A%0A%20%20%20%20sample_rate_chart%20%3D%20mo.ui.altair_chart(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20alt.Chart(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20sample_rate_data%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20title%3Df%22The%20number%20of%20datapoints%20a%20SDR%20takes%20of%20a%20signal%20with%20a%20duration%20of%20%7Bui_signal_bit_width.value%3A.1f%7D%E2%80%89%C2%B5s%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.mark_line()%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.encode(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20x%3Dalt.X(%22sample_rate%22).title(%22Sample%20rate%20%5BMSps%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20y%3Dalt.Y(%22datapoints%22).title(%22N%20datapoints%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%23%20color%3Dalt.Color(%22tx_power_W%3AN%22).title(%22TX%20Power%20%5BW%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(sample_rate_chart%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(sample_rate_chart)%3A%0A%20%20%20%20sample_rate_chart%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20mo.md(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20r%22%22%22%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%23%23%20Noise%20level%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20-%20**Noise%20power%20%24P_n%24%3A**%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cbegin%7Balign%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20P_n%20%26%3D%20%5Cunderbrace%7Bk_B%20T_n%7D_%7BN_0%7D%20B%20%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20P_n%5E%5Ctext%7BdB%7D%20%26%3D%20%5Cunderbrace%7B-228.6%20%2B%2010%5C%2C%5Clog_%7B10%7D%7BT_n%7D%7D_%7BN_0%5E%5Ctext%7BdB%7D%7D%20%2B%2010%5C%2C%5Clog_%7B10%7D%7BB%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%7Balign%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20where%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20-%20%24P_n%24%20is%20the%20noise%20power%20(in%20Watt)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20-%20%24T_n%24%20is%20the%20noise%20temperature%20(in%20Kelvin)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20-%20%24B%24%20is%20the%20total%20bandwidth%20(in%20Hertz)%20over%20which%20that%20noise%20power%20is%20measured%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20-%20%24N_0%24%20is%20the%20**Noise%20power%20density%20%24N_0%24**%20which%20can%20be%20expressed%20in%20dB%20as%3A%0A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20N_0%5E%5Ctext%7BdB%7D%20%3D%20-228.5%20%2B%2010%20%5Ccdot%20%5Clog%7BT_n%7D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%24%24%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%22%22%22%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(mo)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Configuration%0A%20%20%20%20ui_noise_temp_degree%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D-20.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D60.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D0.5%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D20.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Noise%20temperature%20%5B%C2%B0C%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20ui_noise_bandwidth_MHz%20%3D%20mo.ui.slider(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20start%3D0.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20stop%3D200.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20step%3D1.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20value%3D100.0%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20show_value%3DTrue%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20label%3D%22Total%20bandwidth%20over%20which%20the%20noise%20power%20is%20measured%20%5BMHz%5D%22%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20ui_noise_bandwidth_MHz%2C%20ui_noise_temp_degree%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(PowerUnit%2C%20noise_power%2C%20ui_noise_bandwidth_MHz%2C%20ui_noise_temp_degree)%3A%0A%20%20%20%20noise_temp_kelvin%20%3D%20273.15%20%2B%20ui_noise_temp_degree.value%0A%0A%20%20%20%20noise_power_value%20%3D%20noise_power(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20temp_kelvin%3Dnoise_temp_kelvin%2C%20bw%3Dui_noise_bandwidth_MHz.value%20*%2010**6%2C%20p_unit%3DPowerUnit.dBm%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20noise_power_value%2C%20noise_temp_kelvin%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(%0A%20%20%20%20mo%2C%0A%20%20%20%20noise_power_value%2C%0A%20%20%20%20noise_temp_kelvin%2C%0A%20%20%20%20ui_noise_bandwidth_MHz%2C%0A%20%20%20%20ui_noise_temp_degree%2C%0A)%3A%0A%20%20%20%20%23%20UI%0A%20%20%20%20mo.vstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.hstack(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5B%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20ui_noise_temp_degree%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.left(mo.md(r%22%24%5CRightarrow%24%22%20%2B%20f%22%7Bnoise_temp_kelvin%3A.2f%7DK%22))%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20ui_noise_bandwidth_MHz%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20mo.md(r%22%24%5CRightarrow%24%20The%20resulting%20noise%20power%20is%3A%20%22%20%2B%20f%22%7Bnoise_power_value%3A.1f%7DdBm%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%5D%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(PowerUnit%2C%20noise_power_vec%2C%20noise_temp_kelvin%2C%20np%2C%20pd)%3A%0A%20%20%20%20%23%20Data%20generation%0A%20%20%20%20noise_power_data%20%3D%20pd.DataFrame(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20np.linspace(0%2C%20200.0%2C%20num%3D200)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20columns%3D%5B%22bw_mhz%22%5D%2C%0A%20%20%20%20)%0A%0A%20%20%20%20noise_power_data%5B%22noise_power_dbm%22%5D%20%3D%20noise_power_vec(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20temp_kelvin%3Dnp.full(shape%3D(len(noise_power_data)%2C)%2C%20fill_value%3Dnoise_temp_kelvin)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20bw%3Dnoise_power_data.loc%5B%3A%2C%20%22bw_mhz%22%5D%20*%201e6%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20p_unit%3Dnp.full(shape%3D(len(noise_power_data)%2C)%2C%20fill_value%3DPowerUnit.dBm)%2C%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(noise_power_data%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(alt%2C%20mo%2C%20noise_power_data%2C%20ui_noise_temp_degree)%3A%0A%20%20%20%20noise_power_chart%20%3D%20mo.ui.altair_chart(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20alt.Chart(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20noise_power_data%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20title%3Df%22Noise%20power%20over%20bandwidth%20at%20a%20noise%20temperature%20of%20%7Bui_noise_temp_degree.value%3A.1f%7D%E2%80%89%C2%B0C%22%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.mark_line()%0A%20%20%20%20%20%20%20%20.encode(%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20x%3Dalt.X(%22bw_mhz%22).title(%22Bandwidth%20%5BMHz%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20y%3Dalt.Y(%22noise_power_dbm%22).title(%22Noise%20power%20%5BdBm%5D%22)%2C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20)%0A%20%20%20%20return%20(noise_power_chart%2C)%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_(noise_power_chart)%3A%0A%20%20%20%20noise_power_chart%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0A%40app.cell%0Adef%20_()%3A%0A%20%20%20%20return%0A%0A%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20app.run()%0A