معرفی خطوط انتقال ترکیبی چپگرد-راستگرد چشم اندازهای جدیدی را در طراحی آنتن ها و مدارات مایکروویوی گشوده است. کاربرد ساختارهای فرامواد مبتنی بر خط انتقال به دو دسته تقسیم بندی می شود. دسته ی اول ادوات هدایت کننده ی موج هستند که شامل قطعاتی نظیر کوپلرهای با تزویج زیاد، فیلتر های پهن باند و مدارات مایکروویو دوباندی می باشند. دسته ی دوم تجهیزات تشعشع کننده ی موج می¬باشند که آنتن¬های موج نشتی و آنتن¬های رزونانسی در این مقوله قرار می¬گیرند. ایده¬ی اولیه¬ی محیط¬های فراماده، در سال 1967 میلادی توسط وسلاگو، مبنی بر وجود مواد با ضریب شکست منفی ارائه شد. در سال 2000 اسمیت اولین نمونه¬ی آزمایشگاهی محیط فراماده را براساس تحقیقات پیشین ارائه کرد و سپس طی سال¬های 2002 تا 2010 خطوط انتقال مبتنی برفرامواد معرفی شدند. در این پایان¬نامه سعی برآن است که با بکارگیری خطوط انتقال مبتنی بر فرامواد، سمت¬گرایی کوپلر با خطوط انتقال تزویج شده افزایش یابد. در ابتدا خطوط انتقال مبتنی بر فرامواد و سپس تئوری مربوط به این خطوط معرفی می¬شود. همچنین مروری بر کارهای انجام شده در زمینه¬های طراحی کوپلرهای با خطوط انتقال تزویج شده مبتنی بر فرامواد و شیوه¬های گوناگون افزایش سطح سمت¬گرایی این کوپلر صورت می¬گیرد. در ادامه در راستای تحلیل عملکرد کوپلرها، دلیل افزایش سمت¬گرایی کوپلر با بکارگیری خط انتقال گذردهی منفی مورد بررسی قرار گرفته و سپس با معرفی مدل مداری، مجموعه-ای از روابط بسته به منظور طراحی کوپلر موردنظر ارائه می¬شود. همچنین روش پیاده¬سازی دو نمونه کوپلر طراحی شده بر روی خط انتقال مایکرواستریپ ارائه شده و نتایج شبیه¬سازی آن با نتایج اندازه¬گیری مقایسه می¬شود. در پیاده¬سازی به روش شاخه¬های اتصال کوتاه شده مقدار سمت¬گرایی در حدود db 40 با میزان تزویج db 10 در فرکانس 2 گیگا¬هرتز و در پیاده¬سازی به روش سلف مارپیچ مقدار سمت¬گرایی در حدود db 50 با میزان تزویج db 10 در فرکانس 2 گیگا¬هرتز اندازه¬گیری شده است. در حالیکه برای کوپلر با خطوط تزویج شده متداول مقدار سمت¬گرایی در حدود db 15 است. علاوه بر این نیز کوپلری با خطوط انتقال تزویج شده و با استفاده از خط انتقال نفوذپذیری منفی طراحی شده و نتایج مربوط به آن ارائه می¬شود.

: آنتن های آرایه بازتابی به خاطر امکان طراحی برای الگو های تشعشعی دلخواه و ساخت ساده به صورت برد ریزنوار در کاربردهای مخابراتی و راداری مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند. در ساختار این آنتن ها یک آنتن هورن کوچک به صفحه ای شامل تعدادی عنصر آرایه ی غیر فعال می تابد، موج تابشی توسط المان ها دریافت شده و پس از ایجاد شیفت فاز معینی بازتابیده می شود. فاز موج بازتابشی از المان ها به گونه ای تنظیم می شود که الگوی تشعشعی کلی آنتن به شکل مورد نیاز در آید. المان هایی که در آنتن های آرایه بازتابی استفاده شده است شامل المان های پچ با استاب، پچ با تزویج دریچه ای، حلقه ها و دوقطبی ها هستند. در این پایان نامه دو ساختار جدید المان پیشنهاد شده است: پچ چند لایه با استاب که برای قطبش خطی طراحی شده است و المان پچ با تزویج دریچه ی t شکل که برای قطبش های خطیِ دو تایی و قطبش دایروی استفاده می شود. عملکرد هر کدام از المان های پیشنهاد شده به صورت تکی و در حالت آرایه ای توسط نرم افزار های تحلیل تمام موج، شبیه سازی و نتایج بدست آمده گزارش شده است. مسئله ی سنتز الگوی تشعشعی برای آنتن آرایه بازتابی عبارت است از یافتن شیفت فاز لازم برای هر المان به گونه ای که الگوی تشعشعی کلی آنتن به شکل مورد نیاز در آید. راه های مختلف سنتز الگوی تشعشعی در این پایان نامه تشریح شده اند، سپس روش هایی مبتنی بر الگوریتم های بهینه سازی تصادفی پیشنهاد شده و عملکرد آن ها با طراحی الگوهای مختلف بیمِ باریک، پهن و الگوی کسکانت آزمایش شده است.

: در سیستم‏های مخابراتی کنونی بویژه در مخابرات سیار، نیاز به فیلترهای با حجم کم، انتخابگری بالا و پهنای باند قطع وسیع وجود دارد. اگر انتخابگری یک فیلتر مخابراتی بالا باشد، فاصله‏ی بین کانال‏های فرکانسی را در یک سیستم چند کاناله می‏توان کم کرد تا بطور بهینه‏ای از پهنای باند فرکانسی به استفاده شود. فیلترهای با تشدیدکننده‏های تزویج شده یکی از انواع فیلترها هستند که از کنار هم قرار دادن تشدیدکننده‏ها و تزویج آن‏ها بوجود می‏آیند. یکی از روش‏های طراحی آن‏ها که می‏توان آن را به هر نوع فیلتر اعم از ریزنواری، موجبری و siw تعمیم داد، روش ماتریس تزویج می‏باشد. مزیت این روش نسبت به روش‏های دیگر مثل روش مبدل‏های امپدانسی آنست که می‏توان بین هر دو تشدیدکننده‏ی دلخواه تزویج ایجاد کرده و به مشخصات مطلوب پاسخ فرکانسی نظیر ایجاد صفر انتقال در محل دلخواه دست یافت. در این پایان‏نامه، تشدیدکننده‏های با حجم کم، پهنای باند قطع وسیع و انتخابگری بالا مورد بررسی قرار گرفته‏اند. فیلترهای چهارقسمتی و سه قسمتی با استفاده از ساختار امپدانس پله‏ای با پهنای باند نسبی 02/0 و پهنای باند قطع وسیع به روش ماتریس تزویج شبیه‏سازی شده‏اند. تشدیدکننده‏ی امپدانس پله‏ای جدید با حجم کم و پهنای باند قطع وسیع ارائه شده و به کمک آن فیلتر مرتبه‏ی دو پیاده‏سازی شده است. پهنای باند قطع این فیلتر تا f0 3/3 ادامه یافته است. در ادامه از ساختارهای حذف باند مانند خط شکاف‏دار و ساختار dgs جهت وسیع‏تر کردن پهنای باند توقف نیزکمک گرفته شده و پهنای باند قطع به ترتیب تا f0 8/4 و f0 2/5 امتداد یافته است. نتایج شبیه‏سازی و اندازه‏گیری فیلتر ارائه شده و با یکدیگر مقایسه شده‏اند

با توجه به آثار نامطلوبی که تزویج متقابل در عملکرد تشعشعی آنتن های آرایه ای مایکرواستریپی دارد، کاهش تزویج بین آنتن های چاپی بسیار مورد توجه است. در سال های اخیر تلاش شده است با استفاده از ساختار های دارای شکاف باند الکترومغناطیسی، که توانایی جلوگیری از انتشار امواج سطحی را دارند، تا حدودی میزان تاثیر متقابل آنتن ها را کاهش دهند. هدف از این پایان نامه معرفی یک ساختار دارای شکاف باند الکترومغناطیسی است به گونه ای که بتوان از آن در کاهش سطح تزویج متقابل بین دو آنتن مایکرواستریپی استفاده کرد. ابتدا یک ساختار مسطح و فشرده ebg معرفی شده و با دو روش رسم نمودار پاشندگی و خط مایکرواستریپ معلق، شکاف باند ساختار تعیین شده است. در ادامه طراحی های یک لایه و چند لایه با استفاده از ساختار پیشنهادی، انجام شده و میزان تاثیر آن در کاهش تزویج متقابل بین دو آنتن مایکرواستریپی با فرکانس کاری 10ghz بررسی شده است. طبق بررسی های انجام شده برای حالات مختلف طراحی، استفاده از ساختار پیشنهادی، سطح تزویج متقابل بین دو آنتن را به میزان تقریبی 22db کاهش داده است. همچنین تاثیر استفاده از این ساختار ها در میزان کارایی تشعشعی آنتن ها مورد توجه قرار گرفته است. در انتها نتایج شبیه سازی به دست آمده، با مقایسه با چند طراحی دیگر که در سال های اخیر معرفی شده اند، مورد ارزیابی قرار گرفته است.

سطح مقطع راداری یکی از مهم ترین مشخصه های توصیف کننده جسم از دیدگاه رویت پذیری توسط رادار می باشد. هرچه سطح مقطع راداری کمتر باشد، تشخیص آن توسط رادار دشوارتر است. از این رو محاسبه و تخمین سطح مقطع راداری مخصوصا در کاربردهای نظامی اهمیت فراوانی دارد. مساله محاسبه این پارامتر در حیطه مباحث پراکندگی موج قرار می گیرد. محاسبه سطح مقطع راداری با روش های عددی الکترومغناطیسی مقدور نیست چرا که به علت بزرگ بودن ابعاد اجسام نسبت به طول موج، حافظه کامپیوتری و زمان شبیه سازی بسیار زیادی مورد نیاز است و پیاده¬سازی نرم افزاری را با مشکل روبرو می کند. روش های فرکانس بالا از جمله نور فیزیکی جایگزین مناسبی برای روش های تمام موج در محاسبه سطح مقطع راداری هستند. سطح مقطع راداری در روش نور فیزیکی با محاسبه انتگرال نور فیزیکی در ناحیه روشن اهداف انجام می شود. برای تعیین ناحیه روشن و همچنین محاسبه انتگرال نور فیزیکی نیاز به مدل سازی جسم با رویه های هندسی می باشد که به این عمل در اصطلاح مش بندی می گویند. در این پایان نامه از رویه های nurbs برای این منظور استفاده شده است. رویه های nurbs سطوح توصیف شده با توابع گویای قطعه به قطعه هستند و می توانند با دقت بیشتر و اشغال حافظه کمتری مدل سازی جسم را انجام دهند. پس از مدل سازی جسم بایستی انتگرال نور فیزیکی در ناحیه روشن جسم محاسبه شود. یک شیوه کارآمد برای محاسبه انتگرال نور فیزیکی روش لودویگ است. در این روش پس از مش بندی ناحیه انتگرال گیری، تقریبی خطی از جملات فاز و دامنه انتگرال، جایگزین آن ها می شود و حاصل انتگرال در هریک از مش ها بدست می آید. در نهایت مقدار نهایی انتگرال نور فیزیکی با جمع مقادیر حاصل از حل انتگرال در تمامی مش ها محاسبه می شود. هدف این پایان نامه آن است تا انتگرال نور فیزیکی روی سطوح توصیف شده با رویه های nurbs، با فرض معلوم بودن ناحیه روشن و با استفاده از روش لودویگ و بکارگیری الگوریتم وفقی مش بندی محاسبه شود. با توجه به نبود روشی کارآمد برای مش بندی بهینه سطح انتگرال گیری، الگوریتم وفقی برای این منظور پیاده سازی شده است تا بار محاسباتی را کاهش دهد. در ابتدا مقدمات ریاضی لازم در مورد مفهوم سطح مقطع راداری و روش های کارآمد در محاسبه آن ذکر می شوند. در بخش بعد روابط ریاضی پیرامون توصیف nurbs مطرح می شوند. پس از آن نرم افزار rhino به عنوان واسطی میان طراحی گرافیکی اجسام و داده های مورد نیاز آنها در کدنویسی، معرفی و نحوه استخراج داده از آن بیان می شود. سپس مروری مفصل بر روش های حل انتگرال نورفیزیکی خواهدشد و مزایا و معایب این روش ها به طور مختصر بیان می شود. روش لودویگ به عنوان روشی کارآمد و سریع در حل انتگرال نورفیزیکی معرفی شده و الگوریتم مش-بندی وفقی در آن استفاده می¬شود و معیاری از بهبود عملکرد روش ارائه می شود.

استفاده گسترده از رادارها از اوایل جنگ جهانی دوم به بعد مرسوم شد. امروزه رادارها در زمینه های مختلفی کاربرد دارند؛ در زمینه نظامی از رادارها بیشتر برای تشخیص، ردیابی و کنترل تجهیزات نظامی استفاده می شود. به لحاظ مفهومی، میزان قابل تشخیص بودن یک جسم توسط رادار را سطح مقطع راداری جسم می نامند. هر چه سطح مقطع راداری یک جسم بیشتر باشد رویت آن توسط رادار آسان تر می شود. بدنه تجهیزات نظامی به طور عمده از جنس فلز یا هادی ساخته می شود. چون طول موج امواج مایکروویو کوتاه می باشد و تجهیزات نظامی در مقایسه با طول موج بسیار بزرگ تر هستند، از عبارت اجسام هادی بزرگ برای این تجهیزات استفاده می شود. برای محاسبه سطح مقطع راداری اجسام هادی بزرگ از روش-های فرکانس بالا استفاده می شود. در میان روش های فرکانس بالا، روش نور فیزیکی مصالحه مطلوبی میان دقت نتایج و بار محاسباتی برقرار می کند. بخش مهمی از محاسبه سطح مقطع راداری یک جسم هادی با روش نور فیزیکی، محاسبه نظام مند ناحیه روشن شده جسم می باشد. برای تعیین ناحیه روشن یک جسم هادی، بایستی محل برخورد پرتوها با سطح آن تعیین شود. بار محاسباتی تحمیلی در محاسبه محل برخورد پرتوها با سطح جسم و حجم داده های تولیدی، شدیداً به نحوه مدل سازی هندسی اجسام وابسته است. یکی از روش هایی که امروزه به طور وسیع در اکثر زمینه ها استفاده می شود، مدل سازی با رویه های نِربْز است. این رویه ها اجسام را به صورت دقیق و با تعداد کمی رویه توصیف می کنند. چون محاسبه محل برخورد پرتوها با رویه های نربز به صورت تحلیلی و دقیق بسیار زمان بر و پیچیده است، از روش های تکراری عددی و هندسی و روش-های تقسیم مجدد فضا برای این منظور استفاده می شود. در بیشتر مقالات از این روش ها به صورت ترکیبی استفاده می شود. روش مورد استفاده در این پایان نامه، یک روش تکراری هندسی به نام الگوریتم برش بزیر است. این الگوریتم با ارائه یک دید هندسی به مسئله، از زمان شبیه سازی مطلوبی نیز برخوردار است و برای رسیدن به پاسخ نیاز به حدس اولیه ندارد. همچنین در صورت وجود چند برخورد توسط یک پرتو، به تمام محل برخوردها همگرا می شود. در این پایان نامه، ابتدا الگوریتم برش بزیر برای تعیین ناحیه روشن شکل های هندسی استاندارد پیاده سازی می شود. سپس با به کارگیری یک الگوریتم محاسباتی کم هزینه بر روی الگوریتم برش بزیر، شیوه عملکرد این الگوریتم اصلاح می شود و کارایی محاسباتی آن بهبود می یابد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

عناصر نوری پراشی دریچه محدود (fadoe) قادرند با اثر گذاشتن بر یک ستون نور ورودی، توزیع دلخواهی از شدت نور را در صفحه مشاهده فراهم نمایند. این عناصر معمولاً با اعمال خوردگی در مواد دی الکتریک ساخته می شوند و برخلاف توری های پراشی، ساختاری غیر تناوبی دارند. عناصر نوری پراشی دریچه محدود کاربردهای زیادی پیداکرده اند که از جمله آنها می توان از ریزقطبی کننده ها ، جفت گرها ، منشعب کننده ها ، شکل دهنده ها و ریزعدسی ها نام برد. در این رساله با تعمیم روش طیف زاویه ای تکراری (iasa) برای طراحی قطعات دریچه محدود دوبعدی، روشی سریع و کارا ارائه داده ایم. این روش اسکالر امکان طراحی عناصری با اندازه اجزایی در حد طول موج را در میدان راه نزدیک یا دور فراهم می سازد. با طراحی عناصر مختلفی شامل جفت گر نوری مخابراتی، شکل دهنده پرتو لیزری، منشعب کننده های مختلف و ریزعدسی توانایی این روش را نشان داده ایم. همچنین محدودیت های روش را برای گسسته سازی عناصر نوری پراشی پیوسته و به دست آوردن یک توزیع نور دلخواه در صفحه مشاهده تعیین نموده ایم. با استفاده از روش سه بعدی تفاضل محدود حوزه زمان (3-d fdtd) همراه با شرط مرزی جاذب لایه ی به طورکامل منطبق (pml) که یک روش شبیه سازی برداری و دقیق است، دقت روش طیف زاویه ای تکراری را با مقایسه نتایج دو روش تعیین نموده ایم. همچنین از مقایسه نتایج به دست آمده با روش طیف زاویه ای تکراری تعمیم یافته با نتایج به دست آمده با روش زاویه چرخش بهینه (ora)، برتری روش تعمیم یافته را در میدان راه نزدیک نشان داده ایم. به علاوه حساسیت عناصر طراحی شده را نسبت به خطاهای معمول در فرایند ساخت، شاملِ خطا در جاگذاری ماسک ها و خطا در عمق خوردگی بررسی نموده ایم. سرانجام با طراحی یک منشعب کننده و اندازه گیری مشخصات نمونه ساخته شده ی آن، پژوهش خود را تکمیل نمودیم. درکنار مباحث اصلی، روشی برای طراحی توری های پراش دو بعدی برمبنای روش مودی فوریه (fmm) و روش بهینه سازی ژنتیک و روشی برداری برای طراحی عناصر نوری پراشی دریچه محدود با ابعادی کوچک در حد چند برابر طول موج در این رساله ارائه شده است.