پایان نامه ها

تراهرتز، h، PAGEREF، فرکانس، فرامواد، انعکاسی

. (c) ساختار یک زیر آرایه ساخته شده از 6 عناصر پچ به تصویر کشیده در مقیاس همان (a) و (b). PAGEREF _Toc406797797 h 59شکل ‏57- توزیع میدان بازتابش شده از سطح یک تناوب از آرایه شبیه‌سازی شده در مد TM در فرکانس THz1 با زاویه تابش°21=θ PAGEREF _Toc406797798 h 59شکل ‏58- ضریب انعکاس شبیه‌سازی شده برای آرایه‌ای از بی‌نهایت رویه. پاسخ فاز انعکاسی بر حسب درجه در THz1 به عنوان تابعی از طول رویه زیرین PAGEREF _Toc406797799 h 60شکل ‏59- نمونه‌ای از نسبت دادن کد دودویی برای ایجاد ساختار PAGEREF _Toc406797800 h 62شکل ‏510- نمودار فاز بر حسب طول رویه‌ها برای مقادیر مورد انتظار PAGEREF _Toc406797801 h 66شکل ‏511- نمودار فاز بدست آمده از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه PAGEREF _Toc406797802 h 67شکل ‏512- نمودار دامنه انعکاسی بدست آمده حاصل از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه PAGEREF _Toc406797803 h 68شکل ‏513- شکل‌های سطوح فرکانس گزین بدست آمده از روش رویه‌های متغیر PAGEREF _Toc406797804 h 69شکل ‏514- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت PAGEREF _Toc406797805 h 70شکل ‏515- نمودار دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت PAGEREF _Toc406797806 h 71شکل ‏516- نمودار فاز و دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای تابع شایستگی بند (ه) PAGEREF _Toc406797807 h 72شکل ‏517- شکل رویه‌های بدست آمده از بهینه‌سا

زی برای تابع شایستگی بند (ه) PAGEREF _Toc406797808 h 73شکل ‏518- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول در فرکانس‌های مختلف. PAGEREF _Toc406797809 h 74
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
TOC h z c “جدول” جدول ‏51-مقادیر مورد انتظار برای طراحی سطوح فرکانس گزین با ابعاد متغیر PAGEREF _Toc405933704 h 65جدول ‏52- کدهای بدست آمده حاصل از بهینه‌سازی برای هر سلول PAGEREF _Toc405933705 h 66جدول ‏53- مقادیر فاز بدست آمده برای رویه‌های با طول متفاوت PAGEREF _Toc405933706 h 67جدول ‏54- مقادیر دامنه انعکاسی بدست آمده برای رویه‌های با طول متفاوت PAGEREF _Toc405933707 h 68جدول ‏55- مقادیر فاز بدست آمده برای هر سلول با استفاده از تابع‌های شایستگی متفاوت PAGEREF _Toc405933708 h 70جدول ‏56- مقادیر دامنه بدست آمده برای هر سلول با استفاده از تابع‌های شایستگی متفاوت PAGEREF _Toc405933709 h 71
TOC h z t “shu- پیوست با حروف انگلیسی,1”

فصل نخست:مقدمه
مقدمهامروزه با پیشرفت بیشتر ارتباطات، بشر توانسته است که از طیف الکترومغناطیسی که خارج از محدوده نور مرئی است، برای ارتباطات بی‌سیم استفاده کند. آنتن‌ها به عنوان ساختاری جهت ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیس ساخته شدند. طراحی آنتن در چند دهه‌‌ی اخیر پیشرفت‌های زیادی کرده است. بدلیل افزایش محبوبیت سیستم‌های ارتباطی راه دور و ادوات بی‌سیم سیار، توسعه طراحی انواع آنتن‌های بدیع، تداوم یافت. از رادیوهای قدیمی و سیستم‌های پخش تلویزیونی تا سیستم‌های ماهواره‌ای پیشرفته و شبکه‌های محلی بی‌سیم، مخابرات بی‌سیم به قسمتی جدایی‌ناپذیر از زندگی روزانه مردم تبدیل شد. آنتن‌ها بزرگترین نقش را در پیشرفت دستگاه‌های مخابرات بی‌سیم جدید اعم از تلفن‌های همراه تا هدایتگرهای GPS قابل حمل، و ازکارت‌های شبکه‌ بی‌سیم لبتاپ‌ها تا گیرنده‌های ماهواره‌های تلویزیونی بازی می‌کنند. یک دسته از ملزومات طراحی، از جمله ابعاد کوچک، پهنای باند عریض، و ویژگی‌های متعدد دیگری، باعث به چالش کشیدن محققان آنتن و توسعه آنتن‌های جدید شده است.
1-1- آنتن آرایه انعکاسی
در بسیاری از کاربردهای مایکروویوی، یک آنتن جهتی که پرتو اصلی آن در راستای خاصی جهت‌گیری شده مورد نیاز است. برای رسیدن به چنین ویژگی‌هایی یک تحریک روزنه‌ای با فاز جلورونده مورد نیاز است. دو راه اصلی برای انجام این کار، منعکس کننده‌ها و آرایه‌ها می‌باشد.
در آنتن‌های منعکس‌کننده، برای ایجاد فاز مناسب در روزنه‌ها، از تفاوت مکانی جایگیری روزنه‌ها استفاده می‌شود، در حالی که در آنتن آرایه‌‌ای از‌ عناصر متمایز تغذیه شده با فاز جلورونده استفاده می‌شود. آنتن‌های منعکس‌کننده پهنای باند بزرگ و تلفات کمی دارند. نقطه ضعف اصلی منعکس‌کننده‌ها محدودیت هندسی در طراحی است. منعکس‌کننده سهموی که معروف‌ترین انعکاس‌دهنده می‌باشد، نیز میزان قطبش متقاطع بالایی دارد.
فناوری آنتن چاپی افق‌های جدیدی برای آنتن‌های فضایی باز کرده است. آنتن‌های آرایه مایکرواستریپ دارای اندازه‌ای کوچک، هزینه ساخت پایین و وزن کم هستند و قطبش متقاطع پایینی دارند و هندسه مسطح این آنتن‌ها اجازه می‌دهد تا برای استقرار در فضا مناسب باشند. علاوه بر این آرایه‌های مایکرواستریپ قابلیت دستیابی به سرعت بالا در اسکن الکترونیکی را دارا می‌باشند. با این حال، نقطه ضعف عمده آنتن چاپی پهنای باند کوچک و تلفات نسبتا بزرگ است. با وجود نقطه ضعف مورد اشاره، طراحی آنتن‌ها برای رسیدن به پرتو اسکن شده با بهره بالا، با چالش مواجه می‌شود [1]. بنابراین ترکیب ویژگی‌های انعکاس‌دهنده‌ها و آرایه‌ها می‌تواند مفید باشد.
آنتن‌هاي آرايه انعكاسي، از آرايه‌اي از عناصر انعكاس‌دهنده‌ تشكيل شده‌ است كه با وجود برخورداري از سطحي بدون انحنا، هر عنصر در آرايه طوري طراحي مي‌شود كه تغيير فاز مناسب را در موج انعكاسي نسبت به موج تابشي ايجاد كند تا در نهايت یک سطح هم‌فاز مسطح در جهت مطلوب شكل گيرد. عناصر انعكاس‌دهنده رايج در اين نوع آنتن‌ها، رویه‌ها هستند که روی یک لایه دی‌الکتریک زمین شده در سطح انعكاس‌دهنده جاي مي‌گيرند [2].
آنتن‌های گین بالا برای ساخت شبکه‌های بی‌سیم و یا سیستم‌های تصویربرداری مورد نیاز است. همچنین آنتن‌های آرایه انعکاسی تراهرتز با تلفات پایین مزایای جالبی در تنظیم تابش تراهرتز دارند.

شکل STYLEREF 1 s ‏1 SEQ شکل * ARABIC s 1 1- آنتن آرایه انعکاسی1-2- فراماده
فراماده‌ها مواد مصنوعی ساخته دست بشر هستند. فراماده ماده‌ای با خواص ویژه می‌باشد که عملکرد آن‌ هم ناشی از ساختار سلول‌ها و هم ناشی از ترکیبات شیمیایی آن است. به عبارت دیگر می‌توان گفت که آنها مواد مصنوعی هستند که طوری طراحی می‌شوند که خواصی را داشته باشند که ممکن است این خواص در طبیعت یافت نشوند. فرامواد از مواد معمولی میکروسکوپی مختلفی مانند فلزات و یا پلاستیک، و معمولاً به صورت پریودیک ایجاد می‌شوند. بیشتر فرامواد برای کاربردهای مربوط به الکترومغناطیس و اپتیک مانند هدایتگرهای پرتو، مدولاتورها، فیلترها، لنزها، و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. با بکارگیری فراماده در ساخت آنتن‌ها، با توجه به خصوصیات فراماده، بسیاری از ویژگی‌های مطلوب آنتن از جمله کاهش ابعاد آن، بهبود عملکرد انعکاسی و عملکرد چندباندی آن‌ میسر می شود. [3]
1-2-1- محدوده تراهرتز و فرامواد تراهرتز
فراماده‌های تراهرتز یک دسته جدیدی از ترکیب‌ مواد مصنوعی در حال پیشرفت هستند که در فرکانس‌های تراهرتز عمل می‌کنند. محدوده فرکانس تراهرتز استفاده شده در پژوهش مواد معمولا از 1/0 تا 10 تراهرتز تعریف می‌شود.
این پهنای باند نیز به دلیل اینکه به طرز محسوسی مورد استفاده قرارگرفته است، به عنوان محدوده تراهرتز شناخته شده است. امواج تراهرتز امواج الکترومغناطیسیی با فرکانس‌های بالاتر از مایکروویو اما پایین‌تر از اشعه مادون قرمز و نور مرئی می‌باشند. این ویژگی‌ به معنای آن است که اثر دادن تابش تراهرتز بر قطعات و دستگاه‌های الکترونیکی معمولی سخت است. با این حال، طول موج تراهرتز، یا محدوده فرکانسی تراهرتز، به نظر می‌رسد برای کنترل امنیتی، تصویربرداری پزشکی، سیستم های ارتباطات بی‌سیم، ارزیابی غیرمخرب، و شناسایی مواد شیمیایی، و همچنین نجوم زیرمیلیمتری مفید باشد. در نهایت، به عنوان یک اشعه غیریونیزه خطرات ذاتی در غربالگری اشعهX را ندارد.

شکل STYLEREF 1 s ‏1 SEQ شکل * ARABIC s 1 2- باند تراهرتز و نواحی همسایه‌ آن. باند تراهرتز تقریبا بین فرکانس 1/0 تا 10 تراهرتز تعریف می‌شود، قسمت‌های بالایی و پایینی آن به ترتیب با نواحی متداول EHF مایکرویو (موج میلیمتری) و فروسرخ هم‌پوشانی دارد.(Withawat Withayachumnankul, Derek Abbott, “Metamaterials in the Terahertz Regime”, IEEE photonics journal, Volume 1, Number 2, August 2009.)بسیاری از ویژگی‌های مفروض را می‌توان در فرکانس تراهرتز یافت. این تابش غیریونیزه است و از این رو برای کاربردهایی که بدن انسان در معرض تابش قرار می‌گیرد، به عنوان مثال، تشخیص‌های پزشکی و یا امنیتی مطلوب است. تعداد زیادی از مواد الگوهای جذبی منحصر به فردی را در پاسخ به امواج تراهرتز، مطابق با حالت‌های مولکولی چرخشی- ارتعاشی از خود نشان می‌دهند. این طیف جذبی توجه را به شناسایی ماده معطوف می‌کند. مواد ناقطبی، خشک، و غیرفلزی، مانند پارچه، چوب، مقوا و پلاستیک، نسبت به این تابش شفاف هستند. از این رو، به عنوان مثال، سلاح پنهان زیر لباس و یا محصولات موجود در بسته‌ها می‌تواند از طریق یک حسگر تراهرتز دیده شود. با وجود این، کاربردهای تراهرتز تا حد زیادی آزمایشگاهی باقی مانده است، و در انتظار عملکرد بهبود یافته در زمینه های تولید، کنترل، و تشخیص است. اساساً، قطعات تراهرتز بیشتری برای کاربردهای طیف تراهرتز مورد نیاز است.
کاربردهای تراهرتز بیشتر توسط پیشرفت‌های انجام شده در زمینه فرامواد تکمیل شده است. طیف تراهرتز یک عرصه جذاب برای تحقیقات فراماده با توجه به اینکه مواد به طور طبیعی پاسخ‌های مغناطیسی یا الکتریکی قویی در فرکانس 1 تا 3 تراهرتز ندارند، به وجود آورده است. مواد مغناطیسی معمولی تشدید‌هایی در فرکانس پایین‌تر از محدوده گیگاهرتز دارند، در حالی که فلزات دارای تشدیدهایی در فرکانس‌های فراتر از اواسط مادون قرمز با توجه به مدهای فونونی هستند. فرامواد، برخلاف مواد طبیعی، می‌توانند بطور مصنوعی طراحی شوند تا رفتار تشدیدی قوی در فرکانس‌های تراهرتز داشته باشند. بنابراین، فاصله تراهرتز نه تنها طیفی را تعریف می‌کند که به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است، بلکه منطقه‌ای است که در آن پاسخ‌های الکترومغناطیسی بیشتر مواد طبیعی کاهش پیدا می‌کند. این پاسخ‌های ضعیف می‌تواند به عنوان یکی دیگر از عوامل در نظر گرفته شود که مانع پیشرفت تحقیقات تراهرتز تا کنون شده است. فرامواد بدلیل خصوصیات قابل تنظیم، می‌تواند ارتباط ناپیدا را تکمیل کند و تبدیل به ابزاری تطبیق‌پذیر‌ برای تحقیق و توسعه آینده تراهرتز شوند. در نهایت، انتظار می‌رود فرامواد باعث توسعه دستگاه‌های تراهرتزی شوند تا عملکرد آن‌ها بهبود پیدا کند، و یا دستگاه‌هایی ایجاد شوند که با مواد معمولی امکان‌پذیر نیستند.
واضح است که فرامواد می‌توانند بخوبی تکنولوژی تراهرتز را بجلو حرکت دهند. تکنولوژی تراهرتز می‌تواند درک ما را از تعامل خوب بین فرامواد و امواج الکترومغناطیسی به طور کلی بهبود بخشد. در رژیم فرکانس‌های فراتر از باند تراهرتز، ساخت فرامواد با فن‌آوری‌های حال حاضر می‌تواند بسیار چالش برانگیز باشد. از سوی دیگر‌، آزمایشگاه‌های ساخت IC معمول می‌توانند نمونه‌های اولیه فرامواد تراهرتز مسطح را به راحتی تحقق ببخشند. اطلاعات قابل حصول از فرامواد تراهرتز می‌تواند برای مطالعه فرامواد نوری مفید باشد، به این دلیل که تابش تراهرتز رفتارهای شبه نوری را حفظ می‌کند. علاوه بر این، سیستم‌های اندازه‌گیری تراهرتز، به ویژه طیف‌سنجی حوزه زمان تراهرتز(THz –TDS) ، انعطاف پذیری زیادی دارند که در دیگر روش های طیف سنجی امکان‌پذیر نیست. تشخیص دامنه و فاز پهن‌باند همراه با پیکربندی انعطاف پذیر این سیستم اجازه می‌دهد که خواص فرامواد بطور کامل مشخص شود. به این دلایل، محدوده فرکانس تراهرتز برای اثبات تجربی نمونه‌های اولیه فرامواد بسیار جذاب است ]4 .[

شکل STYLEREF 1 s ‏1 SEQ شکل * ARABIC s 1 3- چند سلول فراماده تراهرتزWithawat Withayachumnankul, Derek Abbott, “Metamaterials in the Terahertz Regime”, IEEE photonics journal, Volume 1, Number 2, August 2009.می‌توان گفت سطوح فرکانس گزین یا فراسطح‌ها (متامتریال‌ها در محدوده تراهرتز) نیز زیرمجموعه‌ای از فرامواد هستند.
1-2-2- سطوح فرکانس گزین
سطوح فرکانس گزین از اوایل دهه 1960 به شدت مورد مطالعه قرار گرفت، اگرچه در سال 1919 مارکونی چنین ساختارهای متناوبی را به ثبت رسانده بود. در واقع سطوح فرکانس گزین (FSSها) بیش از چهار دهه موضوع تحقیقات برای کاربردهای گسترده‌شان مثل مایکروویو فضایی و فیلترهای نوری شده‌اند. سطوح فرکانس گزین معمولاً از رویه‌های فلزی قرارگرفته بصورت پریودیک با هندسه دلخواه و یا هندسه مکملش بصورت عناصر روزنه‌ای مشابه با رویه‌ها درون یک صفحه فلزی ساخته شده است. این سطوح در همسایگی تشدیدهای عناصر برای رویه‌ها و روزنه‌ها به ترتیب بازتاب و یا انتقال کاملی را از خود نشان می‌دهند. مهمترین گام در فرایند طراحی سطوح فرکانس گزین مطلوب، انتخاب مناسب عناصر تشکیل‌دهنده آرایه و تعیین مناسب دوره تناوب ساختار است. نوع و هندسه عنصر، پارامترهای زیرلایه، وجود یا عدم وجود رولایه‌ها، و فاصله بین عناصر، کل پاسخ فرکانسی ساختار از قبیل پهنای باند، تابع انتقال، و وابستگی آن به زاویه تابش و قطبش موج الکترومغناطیس تابشی را تعیین می‌کند.
یکی از ویژگی‌های مشترک روش‌های سنتی طراحی سطوح فرکانس گزین این است که اندازه عناصر رزونانسی و فاصله‌شان با نیم طول موج در فرکانس کاری قابل مقایسه است. در عمل سطوح فرکانس گزین ابعاد محدود دارند. به منظور بدست آوردن پاسخ فرکانسی مطلوب، سطح محدود باید شامل تعداد زیادی از عناصر تشکیل‌دهنده باشد و توسط یک جبهه فاز مسطح

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *