امروزه با گسترش روزافزون سیستم های مخابراتی مدرن و شلوغ شدن طیف فرکانسی، طراحی و تنظیم فیلترهای با تزویج چندگانه بین رزوناتورها (mcrf) ، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق که در دو بخش انجام شده است، تهیه یک بسته نرم افزاری کامل و کارا، برای طراحی و تنظیم فیلترهای mcrf مد نظر بوده است. در بخش اول روش های طراحی فیلترهای تک بانده و دو بانده، به صورت تحلیلی یا با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی، به طور کامل بررسی شده است. الگوریتم بهینه سازی به کار رفته برای سنتز فیلترهای دوبانده، در مقالات موجود در این زمینه، بدین شکل دیده نشده است. این الگوریتم ساده و سریع است و همواره همگرا می شود. با استفاده از روش های بررسی شده در این قسمت و با توجه به ویژگی های مطلوب فیلتر پارامترهای پراکندگی آن محاسبه می شود. در ادامه نحوه سنتز ماتریس تزویج فیلترهای mcrf با استفاده از پارامترهای پراکندگی و تبدیل آن به ماتریسی که از نظر عملی قابل تحقق باشد، شرح داده شده است. ماتریس تزویج استخراج شده در این قسمت به عنوان ماتریس تزویج دلخواه در فرایند تنظیم فیلتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه فیلترهای مایکروویو پاسخ فرکانسی مطلوب مورد نظر را داشته باشند، باید پارامترهای فیلتر شامل فرکانس تشدید تک تک رزوناتورها، میزان تزویج بین آنها و نیز تزویج ورودی و خروجی، با دقت مناسبی تنظیم شود. به همین منظور در قسمت دوم تحقیق، الگوریتمی که اساس آن استخراج پارامترهای یک فیلتر مبتنی بر مدل سازی(mbpe) است، برای تنظیم فیلتر به طور کامل بیان شده است. mbpe طراحی شده در این تحقیق تلفیقی از الگوریتم های ارائه شده در مقالات مختلف بوده، که به نوعی شکل تازه ای از این الگوریتم است. ویژگی مهم این الگوریتم این است که ضمن سادگی، هم برای فیلترهای با اتلاف وهم برای فیلترهای بی اتلاف به کار می رود. برای بررسی کارایی این بسته نرم افزاری از آن در طراحی و تنظیم یک فیلتر شبیه سازی شده موجبری چبیشف درجه 5، یک فیلتر شبیه سازی شده combline درجه 4 با یک صفرانتقال محدود و نیز تنظیم وعیب یابی یک فیلترکواکسیال چبیشف درجه 5 ، ساخته شده توسط شرکت narda، استفاده گردید. نتایج حاصل کارایی بسته تهیه شده را در طراحی و تنظیم فیلترهای mcrf در مرحله پیش از ساخت و تنظیم و عیب یابی آنها بعد از ساخته شدن، تأیید کرد.

کاربرد بلورهای فوتونی در طول دهه ی گذشته به سرعت در حال گسترش بوده است. بلور فوتونی در مقایسه با شبکه بلور معمولی که بصورت آرایه ای از اتم ها ساخته می شود، به کار می رود. توزیع تناوبی عایق ها در مکان که همان بلور فوتونی است همانند چیدمان منظم اتم ها در بلور معمولی که باعث ایجاد گاف انرژی می شود، محدوده فرکانسی ایجاد می کند که در آن انتشار امواج الکترومغناطیسی امکان پذیر نیست. به این ناحیه گاف فوتونی گفته می شود. در گاف فوتونی هیچ مودی نمی تواند منتشر شود به عبارت دیگر اگر موج منتشر شده در بلور فوتونی دارای فرکانسی در گاف فوتونی باشد بدون در نظر گرفتن عدد موج آن، این موج در بلور فوتونی به صورت نمایی میرا می شود. این خاصیت گاف فوتونی در ساخت بسیاری از ادوات نوری مانند مدولاتورها، کوپلرها، فیلترهای طول موج، مواد جاذب و غیره استفاده می شود. در این پایان نامه هدف تحلیل موجبرهای مبتنی بر گاف فوتونی است. برای این منظور ابتدا به تشریح بلورهای فوتونی دو بعدی می-پردازیم و نمودارهای پاشندگی بلور فوتونی دو بعدی از عناصر عایق و یا فلزی را برای پلاریزاسیون های te و tm ارائه می کنیم. بدست آوردن منحنی های پاشندگی بلورهای فوتونی دو بعدی با ضریب نفوذپذیری الکتریکی مستقل از فرکانس با استفاده از روش pwe انجام می شود. در روشpwe با بسط فوریه میدان های الکتریکی یا مغناطیسی و ضریب نفوذپذیری الکتریکی و قرار دادن آنها در معادلات ماکسول به همراه شرایط مرزی متناوب، به حل یک مسئله مقدار ویژه پرداخته می شود. مشاهده می شود که اندازه و شکل عناصر در بلور فوتونی و همچنین نسبت ضریب نفوذپذیری الکتریکی عایق ها به پس زمینه، در اندازه گاف فوتونی و فرکانس های ابتدا و انتهای آن تأثیرگذار است. در نظر گرفتن عناصر پاشنده مانند عناصر فلزی یا نیمه هادی در بلور فوتونی، به عبارتی در نظر گرفتن ضریب نفوذپذیری الکتریکی وابسته به فرکانس، باعث ایجاد منحنی های پاشندگی متفاوت و جالبی می شود. برای مدل کردن ضریب نفوذ پذیری الکتریکی بلور فوتونی با عناصر فلزی تقریب drude که برای توضیح رفتار فلز در محدوده وسیعی از فرکانس ها است به کار گرفته می شود. فرمول بندی pwe برای در نظر گرفتن تلفات در ضریب نفوذ پذیری الکتریکی فلزی با آنچه برای ضریب نفوذ پذیری الکتریکی فلزی بی اتلاف فرمولبندی می شود، متفاوت است. تلفات در ضریب نفوذ پذیری الکتریکی موجب بوجود آمدن باندهای فرکانسی مختلط می شود ونشان داده می شود که برای تلفات کم، قسمت حقیقی نمودار پاشندگی با حالت بی اتلاف تقریباً مشابهند. مشابه قسمت موهومی عدد موج که متناسب با ضریب تضعیف است، قسمت موهومی فرکانس را می توان به عنوان طول عمر بیان کرد. مسئله بدست آوردن منحنی های پاشندگی برای محیط پاشنده با اتلاف نمی تواند به فرم حل یک مسئله مقدار ویژه استاندارد در آید بلکه به یک مسئله مقدار ویژه غیر خطی تعمیم یافته مبدل می شود. استفاده از روش خطی سازی منجر به قطری کردن ماتریس معادل بزرگتر با مقادیر ویژه مختلط می شود. با وجود اینکه بلورهای فوتونی می توانند دارای گاف فوتونی کاملی باشند اما پیچیدگی ساخت آنها موجب شده است از ساختارهای ساده تری مانند موجبر عایقی تناوبی استفاده شود. موجبر عایقی تناوبی دارای یک الگوی متناوب در امتداد جهت انتشار و دارای عرض محدودی در جهت دیگر است. برای بدست آوردن نمودارهای پاشندگی ساختارهایی که در همه ابعاد متناوب نیستند از روشی موسوم به ابرسلول استفاده می شود. در این روش با افزودن تناوب ساختگی یا مجازی در بعد غیر متناوب، سلول متناوبی از ساختار در نظر گرفته و روش pwe به سلول فوق اعمال می شود. ملاحظه می شود که انتخاب اندازه تناوب ساختگی بر مشخصه پاشندگی ساختار تأثیر بسزایی دارد. با بررسی مشخصه پاشندگی موجبر عایقی تناوبی طرحی از یک موجبر با دیواره های متناوب ارائه می کنیم. این نوع موجبرها را به صورت دیواره ای تناوبی از عناصر فلزی در نظر می گیریم و مودهای هدیت شده در موجبر را بررسی می کنیم. با مقایسه مودهای موجبر با دیواره متناوب با مودهای موجبر با صفحات موازی ملاحظه می شود که موجبر مورد نظر می تواند شبیه موجبر با صفحات موازی عمل کند. تأثیر تعداد لایه های grating به عنوان دیواره متناوب در منحنی های مشخصه ساختار نشان داده شده است. با افزایش تعداد لایه ها در موجبر، به صورت دقیقتری به صورت موجبر با صفحات موازی عمل می-کند. نوع دیگری از موجبر که در این پایان نامه بررسی می شود بلور فوتونی دارای نقص خطی است. اگر به طریقی متناوب بودن بلور فوتونی را برهم بزنیم می توان مود انتشاری در درون گاف فوتونی ایجاد کرد. برای مثال اگر عناصر یک ردیف از بلور فوتونی را تغییر دهیم به موجبر با نقص خطی می رسیم و می توان نشان داد که در ناحیه ای درون گاف فوتونی این موجبر می تواند به صورت تک مودی عمل کند. منحنی های پاشندگی و ناحیه ای که در آن موجبر تک مودی است و همچنین همگرایی روش ابر سلول در سلول محاسباتی در پایان نامه آورده شده است.

امواج پلاریتون پلاسمون های سطحی, امواجی هستند که در فصل مشترک دو محیط با ثابت دی الکتریک های مختلف العلامه انتشار می یابند.با توجه به این که فلزات در فرکانس های نوری ثابت دی الکتریک منفی از خود نشان می دهند, بنابراین در فصل مشترک فلز/عایق امواج پلاریتون پلاسمون های سطحی می توانند منتشر شوند. پلاریتون پلاسمون های سطحی با دور شدن از فصل مشترک دو محیط به صورت نمایی میرا و منجر به محصور شدن امواج در فصل مشترک دو محیط می شوند. در سال های اخیر به دلیل ابعاد کوچکتر از طول موج ساختار توجه زیادی به این امواج جلب شده است. پلاسمونیک مهمترین بخش در زمینه نانوفتونیک است وکاربردهای فراوانی در مدارهای مجتمع الکترونیکی فرکانس بالا، مخابرات نوری و حسگرها دارد. نوار فلزی با سطح مقطع مستطیلی به عنوان موجبر در مدارهای مجتمع نوری به کار می رود. از خاصیت های دیگر نوار فلزی با سطح مقطع مستطیلی داشتن مود دور-برد است. که با کاهش ضخامت فلز تلفات این مودکاهش یافته و طول انتشار افزایش می یابد. به دلیل محصور شدن امواج پلاریتون پلاسمون های سطحی در فصل مشترک دو محیط, این امواج به ساختار سطح بسیار حساس هستند, وناهمواری های سطحی باعث تغییر معادله پاشندگی آن ها می گردد. به طور کلی ناهمواری های روی سطح را می توان به صورت 1- تابعی تصادفی 2- تابعی معین با معادله مشخص و متناوب مدل کرد که در این جا ناهمواری ها را به صورت گریتینگ با تابع متناوب مثلثی یا سینوسی مدل می شوند. در این پایان نامه اثر ناهمواری های سطح هادی، در ساختارهای دو لایه متشکل از عایق و فلز در فرکانس های نوری در حالت دو بعدی و با زاویه انتشار دلخواه تحلیل و شبیه سازی می شود. برای بررسی ناهمواری ها روش های عددی مختلفی وجود دارد. اما در این جا از روش های که ترکیبی از تحلیلی وعددی هستند, استفاده می گردد. سپس اثر این ناهمواری ها بر تیغه فلزی در عایق یعنی محیط سه لایه عایق/فلز/عایق (تیغه), ودر انتها اثر ناهمواری ها در نوار فلزی با سطح مقطع مستطیلی، تحلیل و بررسی می شود. برای تحلیل نوار فلزی از روش تقریبی ضریب شکست موثرکه نوار فلزی را به صورت دو تیغه در راستای عمود بر هم مدل می کند, استفاده می شود وپیشنهادی برای اصلاح این روش ارائه می گردد.

مسئله پراکندگی معکوس امواج الکترومغناطیسی یکی از مسائل مهم و پرکاربرد در شاخه علوم و مهندسی به حساب می آید، تا جایی که می توان اهمیت آن را هم ردیف حل مستقیم آن دانست.کلیه کاربرد های پراکندگی معکوس امواج الکترومغناطیسی را می توان شامل آزمایش های غیر مخرب و سنجش از راه دور دانست که از آن جمله می توان به تصویر برداری پزشکی، رادار موج نفوذ کننده به زمین، رادارهای تصویر بردار و موارد دیگر در زمینه ژئوفیزیک، پزشکی و معدن اشاره کرد. حل این مسئله در دو حوزه زمان و فرکانس امکان پذیر است، اما از آنجایی که اندازه گیری وثبت میدان های پراکنده شده در حوزه فرکانس و در حالت دائمی سینوسی آسان تر است، حل آن در حوزه فرکانس مرسوم تر است. از جمله خصوصیات این مسئله، غیر خطی و بد خیم بودن آن است که این باعث متفاوت و پیچیده بودن حل آن، نسبت به مسئله مستقیم می شود اما این پیچیدگی وقتی بیشتر می شود که طول موج میدان تابشی، قابل مقایسه با ابعاد پراکنده ساز باشد(فرکانس رزونانس). روش های حل این مسئله را می توان به دو دسته کیفی و کمی تقسیم کرد . اگر چه روش های کمی بسیار کند هستند اما دقت بازیابی این روش ها بالا و قابل توسعه به سایر مدل های محیط هستند. بازسازی پراکنده ساز هادی کامل دو بعدی یک مسئله پایه در پراکندگی معکوس امواج الکترومغناطیسی محسوب می شود که بسیاری از تکنیک های حل آن قابل بسط به سایر شرایط است. در این پایان نامه با استفاده از تئوری بهینه سازی شکل و روش تکرار به پیدا کردن شکل شیئ پراکنده ساز دوبعدی از جنس هادی الکتریکی کامل در حضور یا عدم حضور زمین هادی با پلاریزاسیون امواج tm با استفاده از روش مجموعه تراز پرداخته شده است. اگرچه روش استفاده شده یک روش کمی و کند محسوب می شود، اما استفاده از روش گرادیان مزدوج، مارش سریع و تغییرفرکانس در طول مراحل تکرار تا حد زیادی کندی روش مرتفع شده است، ضمن آنکه تاثیر نویز موج پراکنده شده(که از موانع حل مسائل بدخیم محسوب می شود) در بازیابی شکل مورد نظر کاهش یافته است.

پلاسمون پلاریتون های سطحی (spps) امواجی هستند که در امتداد سطح هادی و محصور به آن منتشر می شوند. این امواج نوری چون با الکترون های آزاد در سطح هادی بر هم کنش می کنند، در سطح هادی به دام افتاده اند. مزیت عمده این امواج متمرکز بودن انرژی آنها در فاصله بسیار نزدیکی از سطح هادی و تشدید میدان آن ها در سطح فلز در فرکانس های نوری می باشد. از این رو این امواج کاربردهای فراوانی در حسگرها، مدارهای فوتونیکی ، تقویت پروسه های نوری ماهیتاً ضعیف و ... یافته اند. اما در کنار این مزیت ها مشکل عمده این امواج که کارایی آن ها را محدود می کند، میرایی شدید آن ها به دلیل تلفات اهمی فلز می باشد. در سالهای اخیر تلاش های زیادی برای کم کردن این تلفات، با معرفی اشکال گوناگونی از موجبرهای پلاسمون پلاریتونی و یا جبران این تلفات، با استفاده از محیط های فعال انجام شده است. محلول های رنگی، نیم رساناها، چاهای چندلایه کوانتومی و ... از جمله محیط های فعالی هستند که بدین منظور استفاده می شوند. در این پایان نامه نیز محیط های فعال بابهره برای افزایش طول انتشار امواج پلاسمون پلاریتونی سطحی به کار رفته اند و نیم رسانای گالیم آرسناید، با در نظر گرفتن بهره ی مورد نیاز و جنبه های مربوط به سادگی امکان ساخت به عنوان محیط فعال انتخاب شده است. درتحلیلهای انجام شده در مورد موجبرهای پلاسمونی فعال عمدتاً از مدل های ساده و مقادیر متوسط به جای کمیت های متغیّر ساختار استفاده شده است. گر چه این روش ها برای معرفی کلّی رفتار موجبر و نوع محیط اکتیو مورد نیاز مفید می باشند اما برای تحلیل دقیق و بررسی تئوری برخی پدیده های فیزیکی نظیر اشباع بهره در اثر افزایش شدت میدان الکترومغناطیسی کارایی ندارند. لذا در این پایان نامه با معرفی و استفاده از یک مدل جامع، مبتنی بر معادلات کوانتومی بهره و معادلات نرخ نیمه هادی که در برگیرنده اثراتِ تغییر فرکانس، دما، شدت میدان و میزان تحریک می باشد، موجبر اکتیو پلاسمون پلاریتونی بررسی می گردد. هم چنین دو ساختار عملی برای چنین موجبری پیشنهاد می گردندکه یک ساختار از نوع نیم رسانا-فلز-عایق ودیگری از نوع فلز- نیم رسانا -فلز می باشد. هر دو ساختار در یک رنج فرکانس نوری با ابعاد مختلف، با تغییر میزان بایاس محیط بهره مورد بررسی قرار گرفته و پدیده اشباع بهره نیز در نتایج شبیه سازی مشاهده و تحلیل شده است. نشان داده شده است که هر چه میدان مود spp در داخل لایه gaas متمرکزتر باشد، به دلیل اینکه میزان برهم کنش آن با محیط بابهره بیشتر می باشد تأثیر بهره gaas بر افزایش طول انتشار آن مود بیشتر می شود. هم چنین در بخش جداگانه ای به بررسی موجبر اکتیو دو الکترودیspp با استفاده از یک لایه فروالکتریک پرداخته شده. گر چه از مواد فروالکتریک عمدتاً در مدولاتورها و سوئیچ های اپتیکی استفاده می گردد، ما نشان داده ایم که می توان از این مواد به عنوان محیط اکتیو برای افزایش طول انتشار امواج spp نیز استفاده کرد. در این موجبر سه حالت مختلف بر مبنای راستای محور اپتیکی نسبت به جهت انتشار و راستای میدان بایاس الکتریکی، معرفی و نحوه ی بدست آوردن روابط پاشندگی برای آن ها شرح داده شده است. مشاهده می شودکه بهترین حالت برای افزایش طول انتشار امواج spp حالتی است که در آن محور اپتیکی در راستای جهت انتشار و عمود بر میدان الکتریکی بایاس می باشد.

اپتیک غیرخطی مطالعه ی پدیده های ناشی از تغییرات ویژگی های اپتیکی ماده نظیر ضریب شکست‏، در اثر انتشار امواج الکترومغناطیسی می باشد و به دلیل اینکه معمولاً لیزر انرژی کافی برای ایجاد این تغییرات را دارد‏، این پدیده ها در طول موج های نوری مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرند. ویژگی غیر خطی محیط و بطور دقیق تر وابستگی گذردهی الکتریکی آن به میدان الکتریکی باعث تغییر رفتار محیط نسبت به انتشار امواج الکترومغناطیسی می گردد. این رفتار محیط ‎‎باعث تولید هارمونیک دوم و پدیده های مختلف دیگری همچون تولید هارمونیک های مرتبه ی بالاتر، اختلاط فرکانسی ‏، شکست خود‎‏ی‏،‎ مدولاسیون فاز خودی ‎و سالیتون می شود که بررسی آن ها نیازمند حل معادله ی موج غیر خطی می باشد. در گذشته این معادله با صرف نظز از اثر هارمونیک های مرتبه بالاتر و همچنین استفاده از فرض های ساده کننده ی دیگر حل شده است. در این پایان نامه تلاش می شود روشی برای حل این معادله با احتساب اثر هارمونیک های مرتبه ی بالاتر ارائه شود. یکی از روش های حل معاد‎‎له ی دیفرانسیل غیر خطی روش توازن هارمونیکی است که بطور گسترده ای برای تحلیل مدارات غیر خطی مایکروویو و استخراج مشخصه ی هارمونیک ها به کار می رود. بنابراین می توان از‎‎ روشی مشابه برای حل معادله ی موج غیر خطی و بررسی پدیده های غیر خطی مختلف استفاده کرد. بر این اساس در ابتدا پاسخ هارمونیکی معادله ی موج غیر خطی با استفاده از روش توازن هارمونیکی و جایگزینی رابطه ی پلاریزاسیون الکتریکی با میدان الکتریکی محاسبه می شود. سپس پاسخ هارمونیکی حاصل که بصورت یک دستگاه معادلات غیر خطی است با استفاده از روش تفاضل محدود حل می گردد. این روش که ترکیبی از روش توازن هارمونیکی و تفاضل محدود است‏، روش ترکیبی توازن هارمونیکی - تفاضل محدود نامیده می شود. با اعمال این روش می توان دامنه و ثابت انتشار هریک از هارمونیک ها را با توجه به ویژگی غیر خطی محیط محاسبه کرد. با این توصیف روش توازن هارمونیکی - تفاضل محدود می تواند رفتار موج الکترومغناطیسی در حضور نفوذپذیری الکتریکی غیر خطی راپیش بینی کند. با استفاده از این روش می توان تولید هارمونیک دوم و تغییرات آن نسبت به پارامتر های محیط را مورد بررسی قرار داد. مطالعه ی نحوه ی شکل گیری فرکانس های مجموع و تفاضل فرکانس های ورودی به محیط و پدیده ی تقویت پارامتری نیز یکی دیگر از کاربرد های این روش می باشد. علاوه بر این با کمک روش توازن هارمونیکی - تفاضل محدود تغیرات فاز هارمونیک اصلی در طول انتشار ‎در‎ محیط کِر که مدولاسیون فاز خودی نامیده می شود نیز محاسبه می شود که با انتخاب مناسب پاشندگی محیط می توان اثر آن را جبران کرد. به عبارت دیگر با استفاده از این روش شرایط شکل گیری سالیتون قابل محاسبه است. یکی از ویژگی های روش توازن هارمونیکی - تفاضل محدود افزایش سرعت محاسبات با توجه به افزایش تعداد هارمونیک های در نظر گرفته شده می باشد که این روش را منحصر به فرد نموده است

امروزه استفاده از آنتن های چاپی روی بدنه در کاربردهای رادارهای هواپیما مورد توجه قرار گرفته است.یکی از مسائل مهمی که در رابطه با آنتن های چاپی روی بدنه با آن روبرو هستیم محاسبه ی نماد تشعشعی‎ این آنتن ها و همچنین تزویج متقابل بین آن ها است. با توجه به این که آنتن های چاپی معمولاً روی سطوحی نصب می شوند که ابعاد آن از طول موج بزرگ تر است در این موارد استفاده از روش های عددی چندان مفید نیست. علاوه بر این به منظور کاهش سطح مقطع راداری هواپیما معمولاْ بدنه آن با مواد جاذب پوشانده می شود. یکی از متداول ترین انواع مواد کاهش دهنده سطح مقطع راداری پوشش های فریتی است که ضریب نفوذپذیری آن به صورت تانسوری است. وجود این پوشش فریتی محاسبات را به مراتب پیچیده تر می کند. یکی از روش هایی که در این مسائل از آن استفاده می شود روش های مجانبی‎ همانند تئوری تفرق یکنوا‎خت‎ است.برای استفاده از این روش باید تابع گرین را به صورت دقیق و ساده محاسبه کرد. برای استوانه پوشیده شده با فریت محاسبه ی دقیق تابع گرین کار دشواری است به همین دلیل از روش تقریبی شرط مرزی امپدانسی برای محاسبه ی تابع گرین استفاده شده است. این روش برای سطوح عایقی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است اما برای سطوح فریتی روابط آن به دست نیامده است. در این پایان نامه ابتدا شرط مرزی امپدانسی برای فریت به دست آمده است.برای محاسبه شرط مرزی امپدانسی لایه های فریتی میدان های درون فریت با استفاده از سری تیلور بسط داده می شوند و سپس با اعمال شرط مرزی? شرط مرزی امپدانسی فریت به دست می آ‎ید.‎ با استفاده از شرط مرزی امپدانسی به دست آمده تابع گرین استوانه بی نهایت هادی کامل الکتریکی پوشیده شده با فریت محاسبه می شود. تابع گرین به دست آمده به صورت یک سری بی نهایت است که همگرایی آن بسیار کند است که استفاده از آن را غیر ممکن می کند.در ادامه از روش های مجانبی استفاده شده است تا سری بینهایت به دست آمده به تابعی با فرم بسته تبدیل شود که محاسبه آن با سرعت انجام می شود. علاوه بر این با کمک رابطه ی بسته به دست آمده می توان دید فیزیکی مناسبی نسبت به انتشار موج در حضور استوانه پوشیده شده با فریت به دست آورد‎.

آرایه آنتن های بازتابنده به دلیل ترکیب برخی از بهترین خصوصیات آنتن های رفلکتوری و آرایه ای با یکدیگر، سال هاست که مورد توجه ویژه ای قرار گرفته اند. این آنتن ها به دلیل استفاده از تکنولوژی میکرواستریپ، آنتن هایی ارزان، کوچک و سبک هستند. در این پایان نامه نگاه نسبتاً جامعی به عملکرد آرایه آنتن های بازتابنده شده است. پس از توضیحاتی مقدماتی در ارتباط با عملکرد این آنتن ها روش های مختلف محاسبه ی فاز موج پراکنده شده از سلول آرایه تشریح شده اند. برای محاسبه نمودارهای اندازه و فاز پراکندگی از نرم افزار ansoft hfss استفاده شده است. در یافتن تمامی نمودارها فرض شده که عنصر درون یک آرایه متناوب بی نهایت از عناصری همانند خود قرار دارد لذا شبیه سازی آرایه به شبیه سازی یک سلول واحد آن کاهش یافته است. همچنین عملکرد اجزاء مختلف آرایه اعم از پچ ها، زیر لایه، فیدر، صفحه زمین، تغییر فاز دهنده و شبکه آرایه در عملکرد آن تشریح شده اند. یکی از مواردی که در مبحث آرایه بازتابنده، تاکنون کمتر از دیگر مباحث مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته مسئله ی تلفات در آن است. این مسئله از نقطه نظرهای مختلفی از جمله: تغییرات تلفات با تغییر فرکانس کار، تغییر تلفات با تغییر تانژانت دی الکتریک عایق، تغییر فرکانس رزونانس و در نتیجه فاز موج بازتابشی با تغییر تانژانت تلفات بررسی شده است. عنصری که این بررسیها در مورد آن انجام شده یک پچ ترکیبی از جنس مس است که بر روی یک عایق تلفاتی زمین شده با مس قرار دارد. در نهایت با استفاده از نمودارهای فاز پراکندگی عنصر پچ مربعی-که با فرض های ایده آل بدست آمدهاند دو آرایه آنتن بازتابنده، طراحی و ساختار بدست آمده شبیه سازی شده است. علی رغم فاصله داشتن خصوصیات آرایه ی طراحی شده، با فرض های ایده آل، بیم اصلی آنتن ها به جهت مورد نظر هدایت شده است.

پراکندگی معکوس امواج الکترومغناطیس، مسئله ای شامل آشکارسازی، مکان یابی، بازیابی شکل، و تصویربرداری از اجسام مجهول، با استفاده از میدان های پراکنده شده و معادلات ماکسول می باشد. برای حل مسائل پراکندگی معکوس روش های مختلفی وجود دارد که می توان آن ها را تحت دو عنوان کلی روش های کیفی و روش های کمّی، دسته بندی نمود. در این پایان نامه، بهبود روش بهینه سازی زیرفضا (som)، با استفاده از الگوریتم برنامه ریزی متوالی درجه دوم (sqp)، تحت عنوان sqp-som، برای پراکندگی معکوس از اجسام دی الکتریک، هادی، و آمیخته، مستقر در محیط های مختلف چون فضای آزاد، پس زمینه ناهمگن، و محیط چندلایه، به عنوان یک روش بازیابی کمّی دقیق و سریع ارائه شده، و اثر جریان های غیرتشعشعی (nr) القاشده در پراکنده ساز بر فرآیند بازسازی، ارزیابی گردیده است. بدین منظور مسئله پراکندگی مستقیم برای هر مورد با استفاده از یک روش عددی مناسب همچون دوقطبی های تزویج شده (cdm)، روش ممان (mom)، اجزاء محدود- انتگرال مرزی (fe-bi)، و معادلات انتگرالی میدان الکتریکی (efie)، رابطه مند و عملگر نگاشت بیرونی (نگاشت از فضای جریان القایی به فضای میدان پراکنده شده بیرونی) متناظر، برای تعیین بردارهای تشعشعی و nr با استفاده از شیوه تجزیه مقدار تکین (svd)، تحلیل طیفی شده است. برای بسط فضای برداری جریان القایی، ضرایب متناظر با پایه های nr، با روند کمترین مربعات به مولفه های مجهول پراکنده ساز ارتباط داده شده است. تحلیل بیان شده در مورد پراکنده ساز آمیخته (مخلوط دی الکتریک و هادی)، برای اولین بار در این پایان نامه ارائه و روابط مربوط به آن استخراج گردیده است. برای بازسازی پراکنده ساز های مجهول، تابع هدف براساس عدم تطابق در جریان های القایی و عدم تطابق در داده های پراکندگی تشکیل، و با استفاده از الگوریتم پیشرفته sqp، کمینه شده است. همچنین برای ارزیابی اثر جریان های nr، تابع هدف تشعشعی با حذف بخش nr جریان القایی، تعریف گردیده است. نتایج بازیابی به دست آمده از روش sqp-som، در همه مراحل آشکارسازی، مکان یابی، تعیین شکل و تصویربرداری، موفقیت آمیز بوده است. مقایسه این نتایج با نتایج به دست آمده از تابع هدف تشعشعی نشان می دهد، بازسازی جریان nr، برای تصویر برداری دقیق از پراکنده سازها ضروری می باشد.

همگام با فشرده سازی مدارات و ادوات الکترونیکی ، کوچک سازی آنتن ها نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. کاهش ابعاد آنتن همواره با محدودیت های اجتناب ناپذیری روبرو است که عملکرد تشعشعی آن را تحت تاثیر قرار می دهند. به عنوان مثال با کاهش ابعاد الکتریکی آنتن پهنای باند نسبی آن همواره محدود می شود. بنابراین مطالع? این مرزهای فیزیکی و ارائ? روش هایی برای سنتز آنتن هایی که عملکرد آن ها حتی الامکان به مرزهای فیزیکی نزدیک باشد مسئله ای درخور توجه است. در این میان ضریب کیفیت ساختار های تشعشعی به عنوان پل ارتباطی میان رفتار فرکانسی امپدانس ورودی آنتن و توزیع جریان ساختار ابزاری مهم در مطالع? محدودیت های فیزیکی و سنتز توزیع جریان بهینه می باشد. تاکنون با توجه به تعاریف مورد استفاده برای ضریب کیفیت بررسی مرزهای فیزیکی منحصر به ساختارهای کروی بوده و در مورد سایر ساختارها با تقریب هایی روبرو است که در بسیاری از موارد این تقریب ها قابل توجه اند. در این پایان نامه پس از استخراج رابطه ای دقیق برای ضریب کیفیت با استفاده تعبیر مشاهده پذیری انرژی راکتیو، با معرفی مدهای مشخصه، توابع بسط مناسبی را برای توزیع جریان ساختار های دلخواه با توپولوژی مشخص ارائه خواهد شد. نشان داده می شود که اگرچه این توابع بسط یک مجموع? کامل تشکیل می دهند، تعداد اندکی در تشعشع سهیم هستند و انتشار سایر مدها بدلیل ضریب کیفیت بالا امکان پذیر نیست و از این رو مسئل? بهینه سازی به یافتن ضرایب بسط تعداد اندکی از مدها تبدیل می شود. علاوه بر این روش های مدال کاملاً جدیدی را برای سنتز توزیع جریان های کروی به منظور حصول حداکثر حاصلضرب بهره در پهنای باند ارائه خواهیم داد. علاوه بر محدودیت های فیزیکی منحصر به آنتن های کوچک ، پراکندگی آنتن های گیرنده تحت تابش موج فرودی نیز در انداره گیری های اپتیکی و بسیاری از کربردهای دیگر حائز اهمیت است. در این پایان نامه اساسی ترین محدودیت های فیزیکی مرتبط با میزان پراکندگی آنتن ها را استخراج می شود و با ارائ? رابطه ای برای حد پایین پراکندگی آنتن ها بر حسب پترن تشعشعی آن ها نشان داده می شود که مخفی سازی آنتن ها امکان پذیر نیست.

توسعه سیگنال های صوتی و تصویری با کیفیت بالا و افزایش تعداد وسایل ارتباطی در منازل اخیرا باعث افزایش تقاضا برای مخابرات بیسیم با نرخ تبادل اطلاعات بالا در فواصل نزدیک شده است. فرکانس های موج میلیمتری (30 تا 300 گیگا هرتز) یکی از بهترین گزینه ها برای این منظور می باشد. باند فرکانس موج میلیمتری بعلت پهنای باند وسیع، امکان تبادل اطلاعات تا نرخ 5 گیگا بیت بر ثانیه را فراهم می سازد. بهرحال به علت تلفات سیگنال در فضای آزاد در این رنج فرکانسی، کاربردهای عملی همانند wpan به فواصل کوتاه محدود شده اند. در میان باندهای متنوع موج میلیمتری، باند فرکانسی 60 گیگا هرتز دارای خواص ویژه ای است که آن را برای مخابرات بیسیم در فواصل نزدیک، مناسب تر می سازد. مهمترین خاصیت آن، همپوشانی آن با رنج جذب رزونانسی اکسیژن است. بعلت خاصیت جذب بالا بعلاوه تضعیف در فضای آزاد، باند 60 گیگا هرتز برای مخابرات بیسیم در فواصل دور کاربرد ندارد. اما خاصیت جذب اکسیژن بعنوان یک مزیت در فواصل کوتاه شناخته می شود، زیرا امکان ایجاد نواحی بدون تداخل و به فاصله نزدیک به هم را فراهم می سازد. در طراحی یک لینک مخابراتی بیسیم، آنتن یکی از اجزاء حیاتی آن بشمار می رود. هنگام طراحی یک آنتن در فرکانس های موج میلیمتری، پارامترهای مختلفی باید در نظر گرفته شود. پارامترهای معمول آنتن نظیر بهره، پهنای باند و بازده، برای هر کاربرد باید خواسته های مشخصی را برآورده سازند. برای کاربردهای فاصله نزدیک در فرکانس 60 گیگا هرتز، آنتن هایی با بهره بالا و پهنای باند وسیع مورد نیاز است.آنتن های میله ای دی الکتریک مدت زمان زیادی است که به عنوان تشعشع کننده های اندفایر موج سطحی، شناخته شده اند. آنها به صورت مبدل امواج هدایت شده به امواج انتشاری فضای آزاد، تشعشع می کنند. این آنتن ها دارای اشکال متنوع و روش های تغذیه گوناگون هستند. میله های با سطح مقطع مستطیلی و دایروی، نسبت به بقیه از معروفیت بیشتری برخوردار می باشند. علیرغم کاربرد وسیع این نوع آنتن ها، روش های تئوری موجود برای طراحی این آنها با ساده سازی های بسیاری همراه هستند. در عوض، روش های عددی پیچیده ای نظیر fdtd، fem و روش های مبتنی بر معادلات انتگرالی، برای بررسی مشخصات تشعشعی آنتن های میله ای دی الکتریک مورد استفاده قرار گرفته است. هرچند این روش ها دقیق هستند، اما از لحاظ ریاضی بسیار پیچیده بوده و دید اندکی نسبت به ساز و کار تشعشعی این آنتن ها ارائه می دهند. در این پایان نامه، روش های تحلیلی مبتنی بر نظریه مدهای موضعی برای تحلیل آنتن های دی الکتریک تیپر شده با سطح مقطع دایروی و مستطیلی ارائه شده است.در این روش با نوشتن معادلات انتگرالی حجمی ساده ای برای آنتن های دی الکتریک که در آن توابع پایه ای بصورت قرص های نازک در طول آنتن هستند، و حل معادلات انتگرالی بروش ممان، جریان های پلاریزاسیون محاسبه شده و سپس با قرار دادن این جریان ها در فضای آزاد، پترن تشعشعی آنتن محاسبه می شود. سپس به صورت پایه ای به بررسی مکانیزم تشعشعی آنتن های میله ای دی الکتریک پرداخته شده و روشی برای طراحی آنتن جهت دستیابی به حداکثر بهره ارائه شده است. همچنین روش تحلیلی برای محاسبه پترن تشعشعی آنتن های دی اکتریک تیپر شده دایروی با ضریب نسبی دی الکتریک کم که شعاع آنها در محدوده خاصی تغییر می کند، ارائه شده است.

در این پایان نامه به طراحی انتقال دهنده ی فاز تفاضلی باند عریض ثابت پرداخته می شود. انتقال دهنده های فاز ذکر شده توسط خطوط میکرواستریپ طراحی می گردند. برای دستیابی به این هدف، ابتدا انتقال دهنده ی فاز شیفمن استاندارد مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد و انواع مختلف آن معرفی شده و عملکرد آنها بیان خواهد شد. جهت دستیابی به پهنای باند بیشتر، می توان خطوط کوپل شده را پشت سر هم متصل کرده تا به انتقال دهنده ی فاز چند طبقه تبدیل گردد. یکی از روش هایی که در این پایان نامه ارائه می شود استفاده از ساختار لنج و جایگزین نمودن آن با خط کوپل شده در شیفمن استاندارد می باشد که با استفاده از بهینه سازی، پارامترهای بهینه برای دستیابی به عملکرد مطلوب بدست می آید. یکی از گزینه های بدست آوردن کوپلینگ قوی، استفاده از خطوط کوپل شده ی موازی می باشد که ساختار لنج دارای این ویژگی می باشد، بنابراین با استفاده از این روش دستیابی به کوپلینگ قوی محقق خواهد شد. از طرفی، مشکلی که در خطوط میکرواستریپ وجود دارد، نابرابری ثابت دی الکتریک می باشد که منجر به نابرابری سرعت فاز می شود یعنی سرعت مود زوج و فرد با هم برابر نمی باشند. بنابراین در این پایان نامه از ساختار دندانه دار نیز به عنوان یک روش دیگر استفاده شده است. مطالعه بر روی ساختار دندانه دار نشان می دهد که این ساختار باعث کاهش سرعت مود فرد می شود، بدون اینکه تاثیر محسوسی بر روی سرعت مود زوج داشته باشد؛ با این کار برابرسازی سرعت مود زوج و مود فرد عملی می شود و به کاهش تلفات کمک خواهد کرد و این کار باعث افزایش پهنای باند می شود.

فیلترها نقش بسیار مهمی در بسیاری از کاربردهای مایکروویو مانند ترکیب یا جدا کردن فرکانس های مختلف ایفا می کنند. اصولاَ باندهای الکترومغناطیسی محدود هستند و این باندها باید به اشتراک گذاشته شوند. فیلترها برای انتخاب و محدود کردن سیگنال های مایکروویو تحت شرایط تخصیص طیف محدود به کار گرفته می شوند. روش های متنوعی برای طراحی و سنتز فیلترهای مایکروویو به کار گرفته می شوند، که از آن ها می توان به روش افت عبوری و روش ریچارد اشاره کرد. پیاده سازی این روش ها به دلیل اتصال سری ساختار مایکروویو مناسب، باعث ایجاد ناپیوستگی های تیز و کاهش کیفیت پاسخ فرکانسی می شود. در این تحقیق تکنیک جدیدی برای سنتز فیلترهای مایکروویو با بکارگیری روش پراکندگی معکوس با فرض عملکرد تک مودی پیشنهاد شده است. در این راه حل، ضریب تزویج مورد نیاز برای ادوات مایکروویو به عنوان تابعی از پاسخ فرکانسی مورد نیاز طراح، ارائه می شود. این روش اجازه سنتز فیلترهای مایکروویو با پاسخ فرکانسی دلخواه را تنها با شرط های پسیو ، پایدار و علی بودن می دهد. برای مدل سازی انتشار موج مایکروویو در طول فیلتر و پیاده سازی آن در محدوده وسیعی از تکنولوژی مایکروویو مانند خطوط انتقال صفحه ای، خطوط انتقال غیرصفحه ای و بسیاری از موجبرها از تئوری مودهای تزویج شده استفاده می شود. این روش سنتز برای تمام محدوده های فرکانسی مورد علاقه ما از کاهش کیفیت پاسخ فرکانسی جلوگیری می کند و نیازهای خارج از باند فیلتر را برآورده می سازد.فیلتر سنتز شده یک خط انتقال یا یک موجبر غیریکنواخت است که دارای تغییرات آرام و پیوسته در نیمرخ است و از ایجاد ناپیوستگی های تیز و تأثیرات زیان آور آن جلوگیری می کند. در نهایت یک فیلتر میان حذف چبی شف باند x در تکنولوژی موجبر و میکرواستریپ با استفاده از این تکنیک سنتز و پیاده سازی می شود.