گرادیان اندوکتانس، توزیع جریان، حرارت، نیرو، فشار و مقاوت الکتریکی کمیت های اساسی در پرتاب کننده الکترومغناطیسی ریلی می باشند. کمیت های اشاره شده در پرتاب کننده تابعی از ابعاد دهانه، ضخامت ریل و تلفات اهمی می باشند. از طرفی دیگر با حرکت پرتابه در داخل پرتاب کننده اندازه ی این کمیت ها تغییر می کند. در اغلب تحقیقات انجام گرفته برای تحلیل پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، جهت محاسبه ی این کمیت ها و پارامترهای از روش های عددی از جمله روش اجزا محدود استفاده می-شود. که نتایج آنها محدود به ساختار و ابعاد مشخصی از پرتاب کننده می باشد. در این رساله با کمک گرفتن از روش های عددی یک آزمایشگاه مجازی ساخته شده است. در این آزمایشگاه به مطالعه و بررسی رفتار کمیت های مختلف پرداخته شده تا بتوان مدل دقیقی از پرتاب کننده ارایه داد. سپس با استفاده از روش تخمین هوشمند و حل تحلیلی مدل ارایه شده، فرمول های اولیه استخراج شده است. از طرفی دیگر برای تکمیل این فرمول و ارزیابی آن از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی و سایر مقالات استفاده شده است. در این رساله ابتدا روش تخمین هوشمند فرمول بندی سپس این روش برای سیستم های متغیر با زمان گسترش داده شده است. پس با استفاده از این تکنیک ها و تحلیلهای عددی انجام شده، فرمول ها و الگوریتم هایی جهت محاسبه کمیتهای اشاره شده، ارایه شده است. چگونگی انجام محاسبات و نتایج به دست آمده در این رساله به طور کامل در بخش های مختلفی در فصل سوم ارایه شده است. در این رساله ابتدا هندسه ی ریل مورد بحث و بررسی قرار گرفت و با محاسبات عددی توسط fem و اثبات تحلیلی، برتری ریل های مستطیلی به دایروی نشان داده شده است. برای پرتاب کننده دایروی گرادیان اندوکتانس بر حسب تغییرات شعاع های داخلی و خارجی و زاویه ی مرکزی محاسبه شده است. براساس مشاهدات و تحلیل های انجام گرفته در آزمایشگاه مجازی و در کنار آن استفاده ازمعادلات حاکم بر مساله فرمول اولیه ی برای گرادیان اندوکتانس برحسب ابعاد ساختمانی و به شکل بسته با تعدادی ضریب و ثابت مجهول ارایه شد. ضرایب و ثابت های مجهول از نتایج عددی به دست آمده اند. با به دست آمدن این فرمول، از آن برای محاسبه ی نیروی مغناطیسی وارد بر پرتابه و سرعت پرتاب -بر طبق الگوریتم ارایه شده- استفاده شده است. با استفاده از فرمول گرادیان اندوکتانس، توزیع چگالی جریان روی سطح ولبه ی ریل های مستطیلی و دایروی به دست آمده است. در ادامه ی با روش تخمین هوشمند یک فرمول بسته برای چگالی جریان بیشینه ارایه شده است. با استفاده از توزیع چگالی جریان تلفات اهمی محاسبه و به عنوان منبع تولید حرارت در نظر گرفته شده و با بکار بردن معادله حرارت کمیت های توزیع حرارت و دماهای متوسط و بیشینه محاسبه شده اند. در این بخش تاثیر ابعاد ریل و جنس آن بر روی دمای متوسط محاسبه شده است. برای محاسبه میدان های دور و نزدیک از روش های عددی fdtd و fem استفاده شده است. در پایان تعدادی از نتایج عددی به دست آمده در آزمایشگاه مجازی از جمله اندوکتانس داخلی ریل، مقاومت الکتریکی ریل و پرتابه، نیروی و فشار وارده بر ریل ها سطح داخلی ریل ها، توزیع چگالی جریان، توزیع چگالی شار مغناطیسی، توزیع شدت میدان مغناطیسی، پتانسیل بردار مغناطیسی و پتانسیل الکتریکی ارایه شده است. با دست یافتن به فرمول های کاربردی در این رساله می توان گفت، بستر جدیدی برای محاسبه و تحلیل کمیت های از جمله گرادیان اندوکتانس، نیرو، سرعت، توزیع چگالی جریان و حرارت ساختار ایجاد شده است.

در چند دهه ی اخیر، خاصیت پلاسمونیکی برخی فلزات در ابعاد نانومتری، به منظور تحقق برخی خواص موجبری و انتشاری مطلوب مربوط به امواج الکترومغناطیسی با فرکانسی در ناحیه ی نور مرئی، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. در این رساله سعی بر آن بوده که با بررسی ساختارهای موسوم به ساختارهای پلاسمونیکی، که نامگذاری آن ها از خواص فلزات در رنج نانومتری نشأت می گیرد، به منظور تسهیل در تحلیل و طراحی ادوات مذکور مدل مداری ساده ای پیشنهاد گردد. سپس به منظور بررسی درستی ادعا در مورد معادل بودن مدل مداری با ساختار ارائه شده نتایج حاصل از مدل با نتایج عددی به دست آمده از نرم افزار به روش fit مقایسه شده است که نتیجه ی این قیاس تطابق نسبتاً خوب نتایج عددی با مدل ارائه شده است. علاوه بر این در انتها با استفاده از همین مدل سازی و با ذکر روابط ریاضی و مداری قابل قبول فیلتر long pass با انتقالی بیشتر از 94 درصد طراحی و شبیه سازی شده است که نتایج حاصل از هر دو روش برای مشخصات فیلتری ساختار مذکور باز هم تطابق قابل قبولی را نشان می دهد. فیلتر ارائه شده که از تکنیک گفته شده طراحی گردیده است نسبت به نمونه-های مشابه پیشین خود از انتقال بالاتری برخوردار است همچنین امکان بهبود عملکرد انتقالی آن نیز سنجیده شده است.

در این پایان نامه ما با انواع باندهای فرکانسی مورد کاربرد بی سیم در فصل اول آشنا می شویم و سپس با توجه به کاربرد آنها و مزایای خطوط انتقال مایکرواستریپ در باندهای فرکانسی متفاوت تصمیم به استفاده از این خطوط در طراحی آنتن بیم فورمینگ گرفته شد. تا کنون روشهای متفاوتی برای استفاده در آنتن های بیم فورمینگ گزارش شده که می توان از مهمترین آنها به شبکه nolen، شبکه blass، شبکه butler و یا ساختارهایی مانند rotman lens اشاره نمود. در میان این شبکه ها، شبکه باتلر به دلیل کم بودن تعداد المانهای مورد استفاده و هم چنین کم بودن تلفات و سادگی ساخت از اهمیت ویژه ای بر خوردار است. از مهمترین عیب های این شبکه می توان به مواردی مانند کم بودن پهنای باند اشاره نمود. جهت افزایش پهنای باند روشهای متفاوتی گزارش شده است که می توان به استفاده از کوپلرهای با پهنای باند بیشتر و تاخیر فاز دهنده های با پهنای باند بیشتر اشاره نمود. در این پایان نامه یک ساختار دو لایه برای آنتن بیم فورمینگ به کمک شبکه باتلر در باند x ارایه گردید. در این ساختار بر عکس کارهای متداول از کوپلر یا شبکه تاخیر فاز دهنده با پهنای باند بزرگتر استفاده نشده است. بلکه با تغییر ساختار به پهنای باند بیشتری توانستیم دست بیابیم.