دانلود پایان نامه بررسی کاربرد مواد Metamaterial در آنتن ها

بررسی کاربرد مواد Metamaterial در آنتن ها

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب* 

فرمت فایل:PDF

تعداد صفحه:74

فهرست مطالب :

چکیده..................................................................... 1
مقدمه............................................................. 2
فصل اول : کلیات.................................................................... 3
-1 هدف................................................................................ 4 -1
-2 پیشینه تحقیق......................................................................... 4 -1
-3 روش کار.................................................................................. 4 -1
فصل دوم : بررسی استفاده از مواد متامتریال برای بهبود گین آنتن های سمتی.... 6
-1 مقدمه.................................................................. 7 -2
-2 شروع کار.................................................................... 9 -2
-3 روش مطالعه........................................................................... 10 -2
-4 شبیه سازی.......................................................................... 11 -2
-5 آماده سازی موجبر................................................ 12 -2
-6 روش تحلیلی برای تشعشعات میدان های دور.................................... 13 -2
-7 اثرات تشعشع و نرمالیزه سازی.................................................. 15 -2
-8 مقایسه ساختار های مختلف متامتریال بعنوان زیر لایه................................. 19 -2
-9 ساختار حلقه مجزای یک بعدی........................................... 19 -2
-10 ساختار حلقه متقارن................................................................... 21 -2
22................................................................. omega -11 ساختار -2
23.................................................................................. s -12 ساختار -2
-13 ساختار بهینه شده..................................................................... 25 -2
-14 نتایج تشعشعات.............................................. 28 -2
فصل سوم : کاربرد متامتریال ها در آنتنهای پچ جدید................................. 32
-1 مقدمه................................................................. 33 -3
-2 معرفی ساختار پیشنهاد شده.......................................................... 33 -3
-3 شبیه سازی و نتایج تشعشعات................................................. 34 -3
فصل چهارم : آنتن های دو بانده حلقوی با پلاریزاسیون دایروی بر مبنای متامتریال های چپ گرد و
39...................................................................(CRLH) راست گرد
-1 مقدمه و معرفی.................................................. 40 -4
-2 شبیه سازی و نتایج اندازه گیری شده....................................... 42 -4
فصل پنجم : کاربرد مواد متامتریال برای بهبود گین آنتن های آرایه ای موجبری استوانه ای... 46
-1 مقدمه............................................................ 47 -5
-2 آنتن موجبر استوانه ای................................................. 49 -5
-3 آنتن آرایه ای موجبر استوانه ای............................................ 51 -5
-1 مدل آرایه ای دو المانه ............................................ 51 -3 -5
-2 مدل آرایه ای چهار المانه.................................................... 52 -3 -5
53 ...........................................................2× -3 مدل آرایه ای 2 -3 -5
نتیجه گیری................................................................. 57
پیشنهدات..................................................................... 57
مراجع................................................................ 58
کلمات کلیدی...................................................... 61
چکیده انگلیسی.......................................................... 62

چکیده :

در چند سال اخیر، تلاش هایی برای بهبود خصوصیات تشعشعی آنتن ها صورت گرفته است. با معرفی مواد متامتریال و بررسی ویژگی های منحصر به فرد این مواد، تحقیقات زیادی در مورد کاربرد این مواد در سیستم های تشعشعی صورت گرفته است. بهبود گین، دایرکتیویتی وقدرت انتشار آنتن، از جمله مهمترین اهداف می باشد. در این سمینار تاثیرات استفاده از این مواد در آنتن ها بررسی و مطالعه می شود. ابتدا چند ساختار متامتریال معرفی شده و مورد ارزیابی قرار می گیرد، سپس تاثیرات تک تک این ساختار ها در بهبود گین آنتن دو قطبی، بررسی می شود. یکی از جالب ترین ویژگی های این مواد اینست که در برخی فرکانس ها ضرایب نفوذ پذیری الکتریکی و مغناطیسی شان صفر یا کوچکتر از صفر می شود. طبق قوانین الکترو مغناطیسی می دانیم که یکی از ضرایب نفوذ پذیری الکتریکی یا مغناطیسی در یک فرکانس مشخص صفر شود منجر به صفر شدن ضریب شکست شده و در نتیجه باعث خواهد شد که جهت امواج خروجی از ماده، به بردار نرمال سطح نزدیکتر شود که از این خصیصه برای بهبود دایرکتیویتی و گین آنتن، استفاده خواهیم کرد. از سوی دیگر، چون این مواد قادر به پشتیبانی امواج وارونه هستند، می توانند سیستم تشعشعی را چند بانده کنند.

متامتریال ها عموما ترکیبی از هادیها که روی دی الکتریک چاپ می شوند، می باشند. پارامترهای پراکندگی این مواد در یک موجبر با خصوصیات معادل پلاسما یا ساختار تشدید آنالیز و مقایسه می شوند. متامتریال ها مواد مصنوعی هستند که با استفاده از ایجاد برخی خصوصیات ویژه در مواد معمولی بوجود آمده و خصوصیات الکترو مغناطیسی آنها کمی متفاوت با مواد معمولی می باشد. این مواد همچنین بعنوان ساختارهای الکترومغناطیسی همگن مصنوعی با خصوصیات غیر عادی که به سهولت در طبیعت یافت نمی شوند نیز شناخته می شوند. خصوصیت جالب توجه متامتریال ها اینست که ضریب شکستشان می تواند منفی یا نزدیک به صفر شود. طبق قوانین الکترو مغناطیسی اگر ضریب شکست ماده ای نزدیک به صفر شود، پدیده فوق شکست رخ داده و امواج بازتابشی به جهت بردار نرمال سطح نزدیک شده و باعث متمرکز شدن میدانها شده و خصوصیات تشعشعی بطور موثری بهبود می یابد. بدین منظور ماده متامتریال با ضریب شکست نزدیک به صفر در فرکانس مورد نظر به صورت لایه فوقانی در بالای صفحه تشعشعی آنتن قرار گرفته و تاثیر آن در بهره آنتن بررسی خواهد شد.

فصل اول

کلیات

1-1) هدف

پس از معرفی مواد متامتریال و بررسی خصوصیات این مواد، می خواهیم تاثیر استفاده از این مواد را در سیستم های تشعشعی بررسی کنیم. این مواد دارای خصوصیات منحصر به فردی می باشند که بواسطه این خصایص می توان راندمان سیستم های تشعشعی را بطور موثری بهبود بخشید. مهمترین ویژگی این مواد اینست که ضرایب نفوذ پذیری الکتریکی و مغناطیسی شان در برخی از فرکانس ها صفر یا کوچکتر از صفر شده و در نتیجه ضریب شکست نیز دچار تغییر می شود. طبق قوانین الکترو مغناطیسی اگر ضریب شکست ماده ای نزدیک به صفر باشد، جهت موج خروجی از سطح به جهت بردار نرمال نزدیک شده (پدیده فوق شکست) و در نتیجه منجر به متراکم شدن میدان های الکترو مغناطیسی شده و دایرکتیویتی و گین آنتن افزایش می یابد. ویژگی دیگر این مواد اینست که به علت پشتیبانی از امواج وارونه، منجر به چند بانده شدن آنتن می شوند، یعنی آنتن در چند باند فرکانسی مختلف عملکرد تقریبا یکسانی خواهد داشت. در این سمینار تاثیر استفاده از این مواد در آنتن ها، بررسی خواهد شد.

2-1) پیشینه تحقیق

اولین مطالعه تئوری متامتریال ها توسط veselago در سال 1960 انجام گرفت، اواثر انتشار موج تخت را روی زیر لایه فرضی که با خصوصیات نفوذ پذیری مغناطیسی و نفوذ پذیری الکتریکی منفی شبیه سازی شده بود، بررسی کرد. وی متوجه شد که بردار سمت یک موج تخت با سمت سرعت فاز آن موج موازی نمی باشد که بر خلاف قاعده مرسوم انتشار موج تخت در محیط های معمولی می باشد. در سال 1996 Pendry نشان داد که محیط متشکل از رشته های فلزی نازک که بصورت متناوب هستند، وقتیکه ساختار شبکه و قطر رشته در مقیاس با طول موج، کوچک باشند، بعنوان یک ماده همگن با فرکانس پلاسمای خاصی رفتار می کند. تحقیقات وی بیانگر این مطلب بود که، حلقه های مشدد شکافته (SRR) می توانند روی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی منفی موثر، در فرکانسهای خاصی تاثیر بگذارند. در سال 2000 میلادی، Smith برای اولین بار به صورت عملی روی متامتریال های چپ گرد متمرکز شده وضریب شکست منفی را نشان داد.

و...

NikoFile

دانلود پایان نامه انالیز و طراحی و شیبه سازی تقویت کننده های مایکرویو با فازخطی و پهنای باند بسیار بالا

آنالیز و طراحی و شیبه سازی تقویت کننده های مایکرویو با فازخطی و پهنای باند بسیار بالا با پاسخ فرکانسی دلخواه (پایین گذر,میان گذر)

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب* 

فرمت فایل:PDF

تعداد صفحه:115

چکیده :

هدف از انجام این پروژه دستیابی به تقویت کننده ای با حاصل ضرب گین در پهنای باند بزرگتر با بهینه سازی روش های موجود و حتی الامکان تلاش برای یافتن راهکارهای جدید بوده و از مهمترین مسائل مورد توجه همواری و خطی بودن اندازه و فاز بهره در سراسر پهنای باند است.

در فصل اول این گزارش مروری بر تقویت کننده های پهن باند با تأکید بیشتر بر تقویت کننده های گسترده موج متحرک ارائه شده و سپس رویه کلاسیک طراحی یک تقویت کننده گسترده موج متحرک که پایه و اساس تمام کارهای بعدی در این زمینه می باشد، به تفصیل بیان شده است. فصل دوم شامل سایر روش های طراحی و متدهای مهم بهینه سازی تقویت کننده های گسترده موج متحرک می باشد. یکی از مهمترین نیازهای یک تقویت کننده گسترده زیرساخت ادوات نیمه هادی (ترانزیستور)، زیرلایه مورد استفاده برای مدار، خطوط انتقال و در نهایت نحوه پیاده سازی و ساخت مدار است. بدین معنی که اولاً باید بتوانند در سراسر پهنای باندی که تقویت کننده گسترده در آن کار می کند (چند ده گیگا هرتز) عملکرد مطلوبی ارائه دهند یعنی حداقل ممکن حساسیت را به تغییرات فرکانس داشته باشند. خطوط انتقال به کار رفته (مایکرواستریپ، CPW و غیره) نیز باید حداقل پراش، تلفات و تفاوت فاز را به مدار تحمیل نمایند. زیر لایه ای که مدار روی آن پیاده سازی می شود نباید در فرکانس های بالا از خود اثرات تخریبی از جمله اتلاف و تضعیف سیگنال بروز دهد. در نهایت پیاده سازی مدار باید با حداقل ممکن طول و تعداد اتصالات انجام شود که تکنولوژی فلیپ چیپ و CSP برای این کار پیشنهاد می شود. به دلیل اهمیت و تأثیر زیاد این مسائل زیرساختی که از اولین مراحل طراحی گرفته تا شبیه سازی و ساخت یک DA کاملاً نمایان هستند، فصل سوم را به بحث پیرامون این موضوعات اختصاص داده ایم. تا اینجا مطالب لازم برای ایجاد دید روشن از مسئله کاملاً در گزارش درج شده است.

فصل آخر با طراحی مدار اولیه به روش کلاسیک آغاز و در ادامه روش نوینی برای بهینه سازی عملکرد مدار ارائه شده است. روش ساده ای که بدون افزودن حتی یک المان به مدار اولیه در عین بهبود گین از نقطه نظر اندازه و هموار بودن و نیز افزایش پهنای باند، عدد نویز را هم کمتر می کند و این همه فقط به قیمت افزایش بسیار کم تأخیر گروهی رخ می دهد. در ضمن با اضافه کردن فقط یک ترانزیستور دیگر به خروجی مدار به شکل تقویت کننده درین – مشترک و ایجاد تطبیق به یک روش خاص (استفاده از سلف هائی هم اندازه آخرین سلف مدار قبلی) اندازه گین باز هم افزایش یافته است. روشی که در نوع خود جدید است.

در نتیجه با استفاده از این سه مورد نوآوری به تقویت کننده ای دست یافته ایم که اندازه بهره آن به طور متوسط 10dB نسبت به مدار کلاسیک بالاتر است و با توجه به اینکه بهره مدار کلاسیک در بالاترین حد خود 7/4273dB می باشد پس اندازه بهره بیش از 130 درصد بهبود یافته. عدد نویز در تقویت کننده کلاسیک از 3/7dB در فرکانس های پایین شروع می شود. سپس در فرکانس 43/4GHz به حداقل مقدارش یعنی 3/1dB می رسد. در حالی که در تقویت کننده جدید عدد نویز از 3/5dB در فرکانس های پایین شروع می شود، در فرکانس 31GHz به حداقل مقدارش یعنی 1/343dB می رسد و تا فرکانس 48/34GHz از مورد کلاسیک کمتر است. یعنی در پهنای باند بیش از 48GHz به طور متوسط بیش از 1dB بهبود عدد نویز (معادل با حدوداً 33 درصد بهینه سازی عدد نویز).

بهره تقویت کننده کلاسیک در فرکانس 1GHz در بالاترین حد خود یعنی 7/4273dB قرار دارد و در فرکانس حدود 32/5GHz به 4/42dB می رسد. یعنی پهنای باند 3dB تقویت کننده کلاسیک برابر 32/5 گیگا هرتز است. ولی گین تقویت کننده جدید در 1GHz برابر 8dB است و در 58/7GHz به 5dB می رسد. پس پهنای باند از 32 به 58 گیگاهرتز رسیده است. یعنی بهبودی معادل 81/2 درصد در پهنای باند.

نکته جالب توجه دیگر این است که روش جدید، در عین اینکه عملکرد تقویت کننده را در سراسر پهنای باند فرکانسی از پایین ترین تا بالاترین بسامد بهبود می بخشد، در فرکانس های میانی (با بیش از 30GHz پهنای باند میانی از 17GHz تا 48GHz) پاسخی نزدیک به یک حالت ایده آل از خود بروز می دهد. با قرار دادن یک فیلتر میان گذر در این محدوده فرکانسی تقویت کننده گسترده میان گذری با گین بالا و هموار و عدد نویز پایین حاصل شد.

پس از آن برای دستیابی به پاسخ پایین گذر هموارتر، بخش های آخر فصل چهارم به روش های غیرکلاسیک طراحی DA می پردازد. در این قسمت با استفاده از دو متد مختلف، تقویت کننده های گسترده ای با پاسخ پایین گذر طراحی شده اند و بعد با بهینه سازی پاسخی بسیار هموار در محدوده فرکانس پایین به دست آمده است. نکته ارزشمند در طراحی این تقویت کننده ها اعمال عملکرد فیلتر پایین گذر به ساختار خود DA و کوچک سازی مدار است.

در نهایت پس از نتیجه گیری، پیشنهادی مبنی بر اجرای یک پروژه با همکاری گروهی متخصصان تقویت کننده های گسترده از یک سو و ادوات نیمه هادی از سوی دیگر با هدف طراحی و ساخت DAهای پیشرفته در ایران ارائه شده است. پیشنهاد دوم طراحی و بهینه سازی فیلتر میان گذری است که بین 17 تا 48 گیگاهرتز دارای پاسخ ایده آلی با حداکثر درجه همواری گین و حداقل تلفات باشد.

و...

NikoFile