برای تولید و تقویت امواج الکترومغناطیسی در بسامد های مایکروویو و سطوح توان متوسط و بالا، عموما از لامپ های مایکروویو استفاده می گردد. لامپ مایکروویو موج رونده ی مارپیچ، نوعی از این ساختارهاست که از سازوکار امواج رشد یابنده - در مکان، در طول موجبر درون لامپ - بهره می جوید. در این پایان نامه رابطه ی رشد موج در لامپ موج رونده ی مارپیچی و در حالت کلی با استفاده از دو رهیافت یک بعدی : 1- خط انتقالی و 2- یک بعدی میدانی به دست آمد و در حالت سیگنال کوچک، پاسخ های حاصل از این دو رهیافت مورد مقایسه قرار گرفت. هم چنین برخی محدودیت های یک بعدی حل کردن مساله بررسی شد. در نهایت، عملکرد غیر خطی و سیگنال بزرگ لامپ با به کارگیری یک مدل یک بعدی میدانی به طور نرم افزاری پیاده سازی گردید و خروجی برنامه با نتایج عملی مقایسه شد. بدین نتیجه رسیدیم که برای یک طراحی اولیه، مدل یک بعدی میدانی نتایجی قابل قبول به دست می دهد.

طراحی و ساخت لامپ های موج رونده، بدون تحلیل دقیق، معمولاً در عمل منجر به پاسخی مطلوب نخواهد شد. روش های طراحی غالباً با فرض سیگنال کوچک انجام می گیرد که برای پیش بینی عملکرد سیگنال بزرگ مناسب نمی باشند؛ از طرفی، استفاده از روش سعی و خطا برای بهبود عملکرد نهایی و ساخت لامپ بسیار پر هزینه می باشد. لذا ابزار شبیه سازی برمبنای تئوری های سیگنال بزرگ جهت پیش بینی عملکرد و کاهش هزینه، بسیار مفید خواهند بود. در این پایان نامه، به تحلیل سیگنال بزرگ لامپ موج رونده با حفره های تزویج شده(coupled-cavity) پرداخته می شود. این تحلیل به صورت حفره به حفره و اساساً با فرض یک بعدی بودن حرکت الکترون ها انجام می گیرد. در این تحلیل، پرتوی ورودی در هر تناوب rf به تعدادی دیسک های باردار یکسان و هر حفره در راستای طولی لامپ، به قسمت های مساوی تقسیم شده اند. در این روش، در هر حفره از پله های مکانی استفاده شده و از معادله حرکت در هر حفره در طول پله های مکانی انتگرال گیری می شود. از نرم افزار cst جهت به دست آوردن مشخصات تست سرد لام پ بهره گرفته شده است. در نهایت عملکرد این لامپ توسط نرم افزار ارائه شده در این پایان نامه که در محیط matlab نوشته شده، شبیه سازی گردیده است.

از آنجا که کره زمین به صورت یک آهنربای دایم خیلی بزرگ می باشد به همین خاطر در هر مکانی دارای یک میدان مغناطیسی با شدت مختلف می باشد. قرار گیری منابع تولید میدان مغناطیسی و یا منابع تولید جریان الکتریکی، باعث تغییر در شکل میدان مغناطیسی زمین می شود. ادواتی وجود دارند که از تغییرات به وجود آمده استفاده کرده و باعث تشخیص حضور جسم، می شوند یکی از راه های مقابله با این موضوع خنثی سازی میدان مغناطیسی جسم مورد نظر می باشد که تحت عنوان مغناطیس‏زدایی مطرح می شود. در این روش با اتصال سیم‏پیچ هایی به دور جسم و با تزریق جریان مناسب در آنها، می‏توان میدان مغناطیسی برآیند را حتی المقدور کاهش داد. اگر میدان مغناطیسی ناشی از جسم در محلی بیرون از آن قابل اندازه گیری باشد با نتایج به دست آمده از آن می توان تحریکات مناسب در سیم‏پیچ های نصب شده بر روی جسم اعمال کرد تا اثر میدان در محل مورد نظر به مقدار مطلوب برسد. اما این کار در عمل به سادگی قابل اجرا نمی باشد و به همین خاطر لازم است از تخمین میدان در ناحیه ی مورد نظر استفاده کرد. بنابراین با نصب سنسورهای لازم بر روی جسم و با استفاده از برداری که از اندازه گیری سنسور ها بدست آمده، می‏توان میدان در بیرون جسم و در محل مورد نظر را تخمین زد. در این شرایط امکان تحریک سیم‏پیچ ها با توجه به نتایج به دست آمده به منظور کاهش میدان به مقدار دلخواه وجود خواهد داشت. روش های اندازه گیری میدان مغناطیسی با استفاده از حسگر های مختلف قابل انجام است. یک مسئله مهم در ارتباط با اندازه گیری، تعیین تعداد و محل نصب سنسورها برای امر اندازه گیری می باشد. اگر هر کدام از عوامل بیان شده بدرستی محاسبه نشود، باعث می شود امر تخمین به خوبی صورت نگیرد. تئوری تخمین، شاخه ای از آمار و پردازش سیگنال است که از داده های اندازه گیری شده استفاده کرده و برآوردی از متغیرها را به دست می دهد. از این رو همیشه به عنوان یکی از ابزار مهم و ضروری در برخورد با سیستم‏های پیچیده و مهندسی کنترل بوده است. به همین خاطر بسیاری از تلاش ها در جهت رفع حل جنبه های مختلف این مشکل بوده است. سوال مهم در حل مشکل، این می باشد که برآورد به دست آمده تا چه حد قابل اعتماد و یا به عبارت دیگر تا چه حد برآورد به دست آمده نزدیک به هدف اصلی می باشد. پس بدون شک یک برآورد خوب، برآوردی است که دارای حداقل خطا باشد. این امر باعث ترکیب نظریه تخمین با تکنیک های بهینه سازی برای به دست آوردن بهترین برآورد از یک متغیر می شود که آن را برآورد بهینه گویند.

آنتن های موجبر شکاف دار در سال 1943 در دانشگاه mc-gill معرفی شدند. ساختار ساده، بازده بالا و پلاریزاسیون خطی این تشعشع کننده ها ، باعث محبوبیت آن ها در بسیاری از کاربردهای راداری شده است. برای پلاریزاسیون عمودی و اسکن زاویه ای زیاد، شکاف های روی بدنه باریک موجبر استفاده می شود. یک شکل متداول از این شکاف ها، شکاف های اریب می باشد. کوپلینگ بین المان های مجاور، به صورت قابل ملاحظه ای سطح لوب کناری را تحت تاثیر قرار می دهد. برای شکاف های روی بدنه باریک موجبر یک فرمول بندی دقیقی در دسترس نیست. به دلیل فرورفتگی طول شکاف ها به بدنه پهن موجبر آنالیز تحلیلی این شکاف ها مشکل است. در این مورد معمولا نتایج اندازه گیری استفاده می شود که بسیار هزینه بر می باشد. در این کار با استفاده تحلیگرهای میدانی، رسانایی و طول های رزونانس شکاف ها با در نظر گرفتن اثر کوپلینگ به وسیله اعمال شرایط مرزی پریودیک، محاسبه می شود. یک نمودار رسانایی برای المان های متفاوت فراهم و برای طراحی یک آرایه موج رونده موجبر شکاف دار استفاده می شود. کج شدن شکاف ها باعث افزایش پلاریزاسیون متقاطع می شود. در این کار یک نمونه شکاف چرخش نیافته که پلاریزاسیون متقاطع بسیار کمتری را به وجود می آورد پیشنهاد می شود. ساختار پیشنهاد شده از لحاظ ساخت بسیار آسان بوده و دارای مزیت قابل تیونینگ بودن با حساسیت کم به تلرانس ساخت می باشد. در این مورد هم یک نمودار طراحی برای رسانایی شکاف ها که اثر کوپلینگ متقابل بین شکاف ها را در نظر می گیرد فراهم می شود. آرایه طراحی شده با این نمونه از شکاف ها با طراحی با شکاف های اریب مقایسه می شود تا بهبود پلاریزاسیون متقاطع را نشان دهد.

حرکت جسم شناور در دریا باعث ایجاد یک اغتشاش هیدرودینامیکی می گردد. رسانایی الکتریکی آب دریا در حضور میدان مغناطیسی زمین، منجر به تبدیل این اغتشاش هیدرودینامیکی به نا هنجاری مغناطیسی می گردد. این نا هنجاری مغناطیسی توسط سنسورهای مغناطیسی موجود قابل آشکارسازی می باشد و می تواند به طور بالقوه مبنای پیدایش یک سیستم نوین پایش دریایی باشد. در این مطالعه در گام نخست، یک مدل ریاضی جهت بررسی تغییرات این نا هنجاری مغناطیسی در آب های با عمق محدود ارائه می شود که رابطه ی این نا هنجاری را با پارامترهای محیطی و پارامترهای فیزیکی جسم شناور بیان می کند. نشان می دهیم که ناهنجاری مغناطیسی ناشی از حرکت جسم شناور، دارای مولفه های فرکانسی خاصی است که آن را از نویز محیطی دریا قابل تفکیک می کند. در ادامه روش آشکار سازی تک سنسوری هوابرد شناور بر پایه کشف و تحلیل این نا هنجاری مغناطیسی در آب های کم عمق ارائه می گردد. با توجه به وجود کاستی هایی در این روش، یک چیدمان چند سنسوری جهت آشکارسازی ارائه می گردد که علاوه بر رفع عیوب روش قبل، امکان مانورهای جدید را نیز به کاربر می دهد. مطالعه پارامتری چیدمان چند سنسوری انجام شده و میزان حساسیت این چیدمان به این پارامترها ارائه می گردند. استفاده از چیدمان گرادیومتری جهت افزایش سیگنال به نویز و بیان مبانی تئوری و شبیه سازی نتایج در ادامه، گوشه ای از قدرت مانور بالقوه در بکارگیری چیدمان چند سنسوری را نشان می دهد. بررسی امکان آشکارسازی پرتابه های پرسرعتی که به سمت شناور در حال حرکت، نزدیک می شوند و بحث پیرامون نحوه تمایز پرتابه از شناور در خروجی سیستم چند سنسوری انجام خواهد شد. در بخش دیگر این تحقیق، تمرکز بحث از شناورهای تک بدنه ای را به سمت شناورهای چند بدنه ای که در سال های اخیر زیاد مورد استفاده اند، سوق میدهیم. به طور خاص ناهنجاری مغناطیسی شناورهای دوبدنه ای مورد مطالعه قرار داده و طرحی را پیشنهاد می کنیم که بر اساس آن میتوان میزان ناهنجاری مغناطیسی یک شناور دوبدنه ای را از میزان این ناهنجاری در شناور تک بدنه ای کمتر کرد که موضوعی کاربردی در مباحث اختفاء و پدافند غیرعامل است.

فیلترهای متامتریالی که بر روی تکنولوژی های مایکرواستریپ و موجبر هم صفحه (cpw) ایجاد می شوند می توانند هم دارای پاسخ فرکانسی خوب و هم دارای ابعاد کوچک به طور هم زمان باشند. با استفاده از ساختارهای تشدیدی متامتریال ها، به دلیل انتخاب کنندگی فرکانس، می توانند هم پهنای باند باریک و هم صفر انتقال در فرکانس های مطلوب ایجاد کنند. همچنین با استفاده از ساختارهای غیرتشدیدی که اصطلاحاً crlh نامیده می شوند می توان به پهنای باند وسیع دست یافت. این ساختارهای غیرتشدیدی نیز می توانند با المان های تشدیدی ترکیب شده و پاسخ مناسب ایجاد کنند

طرح نگاری در ابعاد نانومتری یکی از گلوگاه های اصلی فناوری الکترونیک است که در ساخت مدارهای مجتمع کاربرد فراوانی دارد. گرچه سرعت طرح نگار الکترونی در مقایسه با طرح نگار نوری پایین تر است، اما این روش از چند جهت اهمیت دارد: وضوح بسیار بالا، سادگی نسبی، قابلیت تبدیل شدن به میکروسکوپ الکترونی روبشی، امکان ساخت ماسک برای طرح نگار نوری، کاهش هزینه ساخت و در نتیجه موازی سازی فرآیند. در این پایان نامه تمرکز روی طرح نگار مینیاتوری با المان های الکترواستاتیک بوده است؛

سه نمونه تفنگ الکترونی (معمولی و گرید دار) بررسی شده و عملکرد آن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل از طراحی ها نشان می دهد که استفاده از روش های بهینه سازی تکاملی، ابزار بسیار خوبی برای طراحی تفنگ های الکترونی محسوب می شود.

در طراحی بوشینگ خازنی توزیع یکنواخت شدت میدان در قسمتهای مختلف بوشینگ و همچنین توزیع خطی پتانسیل در مقره ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این شبیه سازی نحوه توزیع پتانسیل در مقره ها، مشکلات بوشینگ از لحاظ الکترواستاتیکی، شدت میدان الکتریکی در لبه فویلها و همچنین تاثیر خطاهای ایجاد شده در هنگام ساخت برای یک بوشینگ خازنی 145 کیلوولت بررسی شده است. همچنین با شبیه سازی بوشینگهای دیگر سعی شده است مقایسه ای بین این بوشینگ و بوشینگهای دیگر از لحاظ کیفیت طراحی انجام گیرد. برای رفع مشکلات استاتیکی نیز راهکارهایی پیشنهاد و شبیه سازی گردیده است. در این راستا جهت شبیه سازی دوبعدی از نرم افزار femm و برای شبیه سازی سه بعدی از نرم افزار vector feild، که هر دو نرم افزار با روش عددی اجزای محدود مساله را حل می کنند، استفاده شده است.