چکیده : در این پایان نامه طراحی و ساخت کوپلر branch-line سه بانده با استفاده از ساختاری که در سه فرکانس جداگانه می تواند جانشین خط انتقال ?/4 با امپدانس مشخصه z_c در یک کوپلر branch-line معمولی شود انجام می شود. این ساختار به گونه ای طراحی می شود که بتواند در فرکانس طراحی f_0 فاز 3?/2 ، در فرکانس تشدید f_1 باند پایین فاز ?/2، در فرکانس تشدید f_2 باند بالا فاز 5?/2 و امپدانس مشخصه z_c مطلوب را در این سه فرکانس ایجاد کند. با استفاده از این شرایط و تحلیل ماتریس abcd این ساختار، طول های الکتریکی در فرکانس طراحی و امپدانس مشخصه بخش های مختلف آن به صورت فرمول بسته ریاضی که تابعی از فرکانس های کاری کوپلر هستند به دست می آیند. با توجه به عنوان -پایان نامه، فرکانس های کاری f_1 ، f_0 و f_2 کوپلر را به گونه ای انتخاب می کنیم که بتواند باندهای فرکانسی ( wlanو wimax) را پوشش دهد. طراحی و ساخت این کوپلر انجام شد و صحت طراحی و پوشش باندهای مطلوب، با مقایسه نتایج شبیه سازی و اندازه گیری مورد تائید قرار گرفت. جهت ارائه کاربردی برای کوپلر طراحی شده در سیستم mimo، آنتن سه بانده با قابلیت کار در باندهای (wlan وwimax ) با ابعادی مناسب، جهت اتصال به کوپلر طراحی و ساخته شد. دو عدد از این آنتن ها به صورت آرایه در پورت های خروجی کوپلر سه بانده قرار داده شد و با تحریک جداگانه پورت های ورودی کوپلر، قابلیت ایجاد گوناگونی الگوی پرتو تشعشی در سه باند فرکانسی جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. به این ترتیب یک سیستم mimo سه بانده برای کار در باندهای ( wlanوwimax ) با قابلیت ایجاد گوناگونی الگوی پرتو تشعشعی(pattern diversity) معرفی شد.

تصویر برداری مایکروویوی به دلیل پیشرفت هایی که در سخت افزار و نرم افزار تصویربرداری حاصل شده است مورد توجه فراوانی قرار گرفته است که نسبت به روش های دیگر تصویر برداری دارای مزایای بیشتری است. سرطان سینه شایعترین نوع سرطان در زنان است ( به استثنای سرطان پوست)، هر چند با تشخیص زود هنگام، شانس زیادی برای درمان موفقیت آمیز و افزایش طول عمر وجود دارد. رایجترین روش مورد استفاده برای تشخیص سرطان، استفاده از اشعه ی x است، در حالی که آن یک ابزار موثر برای تشخیص سرطان سینه است اما معلوم شده است که این تکنیک دارای یک تعداد محدودیت شامل تولید تعداد قابل توجهی نتایج کاذب مثبت و منفی می باشد. تصویربرداری مایکروویوی افق های جدیدی را برای تشخیص سرطان سینه مصور کرده است. روش، یک تکنیک تصویربرداری متناوب است که کم هزینه، تولید دیتای سه بعدی با حساسیت بالا، اجتناب از استفاده از تشعشع یونیزه کننده خواهد بود و حاصلش یک سیستم سریع و راحت برای بیمار است. تکنولوژی تصویربرداری مایکروویوی از آن جهت قابل اعتماد است که قابلیت آشکار کردن تفاوت خصوصیت دی الکتریکی یک تومور و بافت احاطه کنندهی سینه را در فرکانسهای مایکروویوی دارد، چنان که وقتی سینه با تشعشع مایکروویوی روشن می شود انعکاسهای قابل توجهی از تومور وجود خواهد داشت. ثابت شده است که ساختار سینه از لحاظ الکتریکی نسبتاً همگن است و در آن یک کنتراست 5:1 بین بافت سالم و بافت خطرناک وجود دارد. همچنین مطالعات اخیر نشان می دهد در حالی که کنتراست بین بافت خطرناک و بافت با چربی احاطه شده نرمال می تواند بزرگتر از 10:1 باشد، کنتراست در بافت غده ای متراکم، کمتر از 10% است. خط مشی، در نظر گرفتن مساله پراکندگی معکوس است که با تشعشع مایکروویوی و انرژی پراکنده شدهای که از مکانهای دور دریافت می شود باعث روشن شدن سینه می شود. از این اطلاعات، توزیع ثابت دی الکتریک در داخل سینه می تواند تخمین زده شود. تصویر برداری راداری uwb به عنوان ابزاری برای آشکارسازی سرطان سینه، یک تکنیکی است که توسط تعدادی از تیم های تحقیقاتی در حال توسعه است. چنین سیستم هایی که پایه ی راداری دارند قادر به تولید تصاویر با رزولوشن بالا بدون نیاز به الگوریتمهای بازسازی پیچیده می باشند که به علت ذات پهن باند بودن سیگنالهای uwb می باشد. یک بخش بحرانی هر برنامهی آشکارسازی، طراحی آنتن است. برای دستیابی به رزولوشن بالا و تصاویر دقیق، آنتن باید قادر باشد تا در یک پهنای باند وسیعی، سیگنال تشعشع کند در حالی که عملکرد شکل موج را روی یک رنج زاویهای بزرگ ثابت نگه دارد. ابعاد آنتن تا جایی که ممکن است باید کوچک باشد تا تعداد آنتنهایی که در آرایه قرار می گیرند زیاد شود. این کار اجازه می دهد تا با اطلاعات زیادی که گردآوری می شود درهم ریختگی نتایج کاهش یابد.

در این پایان نامه هدف طراحی آنتن دی الکتریک مستطیلی با پهنای باند پلاریزاسیون دایروی بالا برای پوشش باندهایx و ku بود. به این منظور و بر مبنای مطالب بحث شده ابتدا با استفاده از روش dwm به محاسبه ابعاد rdra پرداخته شد. سپس با انجام بررسی های گسترده بر روی نمونه های متعدد rdra با تغذیه های مختلف نشان داده شد مدهای تحریک پذیر rdra وابسته به منبع تغذیه و موقعیت آن است. در ادامه فلوچارتی برای طراحی rdra با استفاده از یک کوپلرbranch-line پیشنهاد شد. این فلوچارت رهنمودی مستقیم و سریع برای دست یابی به آنتنی با مشخصات مطلوب ارائه می دهد. روند فلوچارت توسط دو مثال مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با بهره گیری ازتحلیل مدی محدوده فرکانسی تقریبی پلاریزاسیون دایروی قبل از شبیه سازی به دست آمد. با بهره گیری از نتایج این تحلیل می توان دریافت که اگر به توان مد te111 را تحریک کرد و مدهای غیر پلاریزاسیون دایروی اطراف این مد را به نحوی (تغییر ابعاد rdra یا تغییر در مکانیزم تغذیه) حذف کرد، می توان پلاریزاسیون دایروی مناسبی را در جهت ماکزیمم تشعشع به دست آورد. در ادامه و تکمیل این تحقیق آنتن دی الکتریک مستطیلی مثال اول برای پوشش باند x به منظور پیاده سازی روش های بهینه سازی ارائه شده و مقایسه مقادیر اندازه گیری با نتایج شبیه سازی ساخته شدکه نتایج تجربی در توافق خوبی با نتایج شبیه سازی بودند.

در این پایان نامه یک ساختار هادی مغناطیسی مصنوعی (amc ) جدید با استفاده از روش هایی مثل ساختار های تشدیدی ارائه و فرکانس مرکزی و پهنای باند آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه از این ساختار به عنوان صفحه ی زمین برای آنتن ها از جمله آنتن مونوپل استفاده شده و مشخصات تشعشعی آن بررسی خواهد شد. علاوه بر این، با توجه به اینکه تاکنون ساختار های amc در ادوات مایکروویوی به کار برده نشده است، اثرات ناشی از کاربرد این ساختار ها در ادوات مایکروویوی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

کلمات کلیدی: گیرنده رادیویی، تقویت کننده کم نویز، cmos، پارامترهای پراکندگی، چنداستانداردی. در این پایان نامه یک مدار lna با قابلیت پیکربندی مجدد برای استانداردهای بی سیم طراحی شده است. برای طراحی این مدار یک طیف فرکانسی 4 الی 6 گیگاهرتز در نظر گرفته شده است و یک تقویت کننده با قابلیت پیکربندی مجدد برای این طیف فرکانسی طراحی شده است. این طیف فرکانسی، استانداردهایی مانند wlan، lan ، bluetooth و wi-fi را پوشش می دهد. فراهم کردن بهره ولتاژ بالا همزمان با القای نویز کم به سیگنال توسط مدار و همچنین تطبیق امپدانس مناسب در محدوده فرکانسی مورد نظر، مهمترین چالش این پایان نامه است. برای ایجاد بهره مطلوب در باند فرکانسی مورد نظر از دو طبقه lna متوالی استفاده شده است. ضمناً برای حصول تطبیق امپدانس مطلوب در باند فرکانسی مورد نظر از یک شبکه تطبیق امپدانس استفاده شده است. lna طراحی شده در این پایان نامه، در تکنولوژیrf cmos 0.24 با استفاده از نرم افزارadvanced design system 2011.01 شبیه سازی شده است. یک تقویت کننده کم نویز مطلوب باید از نظر پارامترهای پراکندگی دارای بزرگتر از 10db برای بهره زیاد، و کوچکتر از-10db برای تطبیق مطلوب امپدانس ورودی و خروجی، کوچکتر از -40db برای پایداری و ایزولاسیون معکوس بزرگ و در نهایت عدد نویز(nf) کوچک تر از 4db باشد. برای lna طراحی شده در این پایان نامه مقادیر ، ، ، و بدست آمده است که مقادیری مطلوب و قابل قبول هستند.

در این پایان نامه ابتدا اثرات و کاربردهای ساختارهای موجبر مجتمع زیرلایه ای (siw) در المان های مایکروویوی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. روش های تحلیل تمام موج این ساختارها از لحاظ به دست آوردن فرکانس قطع و ماتریس پراکندگی بررسی گردیده و روش هایی برای تحلیل تمام موج این ساختارها پیشنهاد گردیده است. در ادامه با توجه به ویژگی های این گونه از ساختار، آنتن پهن باند، آنتن با قابلیت پیکربندی مجدد پترن و تزویج گر چند مده بر اساس تکنولوژی موجبرهای مجتمع زیرلایه ای طراحی و شبیه سازی شده است. در طراحی المان های مایکرویوی فوق از تشابه موجود بین موجبر مستطیلی (rwg) و موجبر مجتمع زیر لایه ای و نحوه ی چیدمان استوانه های فلزی موجود بین دو صفحه ی بالایی و پایینی در siw استفاده شده است. المان های طراحی شده از مزایای مسطح بودن و قابلیت انطباق پذیری با مدارات چاپی و ابعاد کوچکتر نسبت به ساختارهای موجبری که به روش سنتی ساخته شده اند، برخوردار هستند. برای ارزیابی عمکرد تحقیق و اعتبار گذاری آن، ساختارهای پیشنهادی براساس شرایط امکان ساخت و نرم افزارهای شبیه سازی و تئوری های موجود مقایسه گردیده اند.

پلاسمون پلاریتون های سطحی (spp) برانگیختگی الکترومغناطیس در مرز میان دو صفحه ی فلز و دی الکتریک هستند. تمرکز اصلی در حوزه ی spp بر محدود کردن میدان اطراف نانو ذرات و ذرات کوچکتر از طول موج بوده ولی به تازگی ارتباط بازه ی فرکانسی تراهرتز و spp مورد توجه قرار گرفته است. در بازه ی تراهرتز فلز به صورت رسانای ایده آل فرض می شود زیرا فرکانس پلاسما در اطراف ماوراء بنفش است بنابراین spp در فرکانس تراهرتز به شدت پراکنده از سطح انتشار می یابند. برای محدود کردن میدان تا حد زیر طول موج تغییر هندسه ی سطح و مهندسی پلاسمون سطحی ایده ی جدید و موثری بود .در این پژوهش رفتار انتشاری موج تراهرتز بر ناهمواری متناوب به صورت مکعب هایی با سایز های مختلف و ساخت آسان به روش fdtd و fit شبیه سازی شده است. این ساختار از نظر ساخت از دیگر روش های پیشنهاد شده ساده تر بوده با این حال رفتار انتشاری ساختار های دیگر از قبیل مثلثی و دایره ای به روش تحلیلی و جدیدی در این پژوهش بررسی شده و مزایا و معایب آنها بیان شده است. سپس پارامترهای کوپلینگ در کوپلر هم جهت و همچنین تلفات خمش برای ساختار پیشنهاد شده بدست آورده شده و در آخر با تحلیل جامع و تئوریک انجام شده بر روی تشدید کننده های حلقوی نوری مقدمات طراحی آن در بازه ی تراهرتز فراهم آمده و سپس با تغییر پارامتر ها طراحی تشدید کننده حلقوی تراهرتز به صورت بهینه صورت گرفته است.

هدف اصلی پایان نامه، طراحی آنتن کانفورمال فشرده جدید، برای کاربرد آندوسکوپی کپسولی است. زیرلایه آنتن به صورت یک کپسول هشت وجهی در نظر گرفته شده است تا کار طراجی و ساخت آنتن ساده تر گردد. آنتن نهایی، یک آنتن دوباندی با پچ سینوسی و با پترن همه جهتی در دو باند کاری است. با توجه به قابلیت های بالای آنتن های کانفورمال، هدف اصلی در این پایان نامه، طراحی آنتن جدید کانفورمال است. برای این منظور، پارامترهایی مانند پترن تشعشعی و نرخ جذب ویژه (sar) مورد بررسی قرار گرفته و آنتنی مناسب برای کاربردهای پزشکی (آندوسکوپی کپسولی) طراحی شده است. همچنین، برای استفاده از آنتن در کاربرد آندوسکوپی کپسولی، ضروری است اندازه آنتن کوچک باشد. بنابراین، هدف دیگر طراحی، استفاده از تکنیک های کوچک سازی است. برای طراحی، عملکرد نمونه صفحه ای از چنین آنتنی را با شبیه سازی مورد بررسی قرار داده و سپس آنتن بر روی زیرلایه کپسولی هشت وجهی منطبق شده است. برای سنجیدن اعتبار آنتن صفحه ای طراحی شده، از شبیه سازی و ساخت استفاده شده است. در شبیه سازی آنتن های کانفورمالی که داخل بدن قرار می گیرند، شرایط الکترومغناطیسی بدن انسان نیز باید در نظر گرفته شود. در ساده ترین حالت، می توان بدن را با یک لایه با ضریب نفوذپذیری و ضریب هدایت ثابت مدل کرد. مدل کردن بدن انسان با استوانه های دایروی یا بیضوی چند لایه به نتایج واقعی تری منجرخواهد شد. در این پایان نامه، از مدل استوانه دایروی چندلایه استفاده شده است. آنتن کپسولی طراحی شده، در باندهای mics و ism (به ترتیب شامل بازه های فرکانسی 402-405mhz و 2.4-2.5ghz) کار می کند و در این دو باند پترن همه جهتی دارد.

به دلیل کاربردهای بسیار سیستم های gpr برای تشخیص انواع مختلف اهداف در زیر سطح زمین، طراحی آنتن مناسب برای این سیستم ها در این پایان نامه مورد نظر خواهد بود. آنتن های مورد استفاده در سیستم های gpr باید دارای ویژگی هایی از قبیل uwb بودن، قابلیت انتقال سیگنال با کمترین اعوجاج، پلاریزاسیون مناسب، سطح گلبرگ فرعی پایین، کوچکی و ارزان قیمت بودن باشند. در این پایان نامه دو آنتن جدید برای کاربرد gpr طراحی شده است. آنتن اول، یک آنتن فرکتال حلقوی با چهار تکرار با زمین شکاف دار بوده که دارای سه باند فرکانسی پهن باند با پهنای باند کسری به ترتیب 23.42%، 35.96% و 17.29% با شرط |s11|<-10db به دست آمده است. با بارگذاری این آنتن توسط دو وایا در اولین محل بی نظمی توزیع جریان، تطبیق امپدانس این آنتن در فرکانس های میانی این باندها نیز بهبود یافته و پهنای باند کسری 118.91% با شرط |s11|<-5 db به دست می آید. بنابراین، آنتن دارای ویژگی uwb خواهد بود. نتیجه شبیه سازی این آنتن در حوزه زمان نیز نشان می دهد که این آنتن قادر به انتقال پالس با اعوجاج اندک خواهد بود. در نتیجه این آنتن به عنوان یک آنتن تشعشع کننده پالس، همچون آنتن gpr می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. نتایج شبیه سازی این آنتن با در نظر گرفتن زیرلایه rogers به ابعاد 72×72×3.2 mm3 به دست آمده است. به دلیل در دسترس نبودن این زیرلایه، در عمل از زیرلایه fr4 که ارزان قیمت و در دسترس است استفاده شده است. نمونه ای از این آنتن ساخته و اندازه گیری شده است. نتیجه اندازه گیری با شبیه سازی مقایسه شده و انطباق خوبی مشاهده شده است. آنتن دوم، یک آنتن متناوب لگاریتمی با تغذیه متقاطع (با بارگذاری با وایا) بوده که در بازه فرکانسی 1.63 ghz تا 7 ghz دارای مشخصه |s11|<-5 db و از 4.4 ghz تا 6.56 ghz با مشخصه |s11|<-10 db به دست آمده است. این آنتن نیز در حوزه زمان شبیه سازی شده و مشاهده شده که قابلیت انتقال پالس با اعوجاج اندک را داراست. این آنتن نیز با در نظر گرفتن زیر لایه teflon شبیه سازی شده، ولی برای ساخت از زیرلایه fr4 استفاده شده است. نتایج شبیه سازی این آنتن با زیرلایه fr4 بر خلاف انتظار، به خوبی بهبود یافته و از 4.3 ghz تا 10 ghz مشخصه |s11|<-10 db به دست آمده و از 1.9 ghz تا 10 ghz هم |s11|<-5 db حاصل شده است. نمونه ای از این آنتن نیز ساخته و اندازه گیری شده است. مقایسه نتیجه اندازه گیری و شبیه سازی این آنتن نیز تطابق خوبی را نشان می دهد.

در این پایان نامه آرایه انعکاسی با استفاده از المانهای مایکرواستریپی طراحی می شود. در این طراحی از پچ ساده مستطیلی استفاده شده است. برای ایجاد قابلیت پیکربندی مجدد در آرایه، در صفحه زمین المان ها، شکاف هایی قرار داده می شود که با قرار دادن سوییچ هایی بر روی شکاف ها، می توان شیفت فاز را کنترل کرد. تاثیر شکل ظاهری، ابعاد، محل قرار گیری و نیز تعداد شکاف ها در عملکرد آرایه انعکاسی مورد توجه قرار گرفته اند. شیفت فاز بالاتر همراه با پهنای باند بیشتر پارامترهایی از آرایه انعکاسی اند که در طراحی مورد توجه قرار گرفته اند. برای داشتن آرایه با بازده بهتر سعی شده است تا از رزونانس خود المان و نیز میدان های نشتی در قسمت پشتی آرایه جلوگیری شود. ابتدا تک المان مایکرواستریپی آرایه انعکاسی با استفاده از مدل موجبری بررسی میگردد تا ماکزیمم شیفت فاز را در این المان ها بتوان بدست آورد. در ادامه با آنتن شیپوری، تعداد 9 35 المان آرایه مورد تابش قرار داده می شوند و عملکرد آرایه از نقطه نظر پترن مورد بررسی قرار می گیرد. هدف مهم دیگر در این پایان نامه رسیدن به آرایه دوباندی است که آرایه طراحی شده قابلیت عملکرد در بانده های x و ku را دارا باشد. برای نیل به این هدف و داشتن عملکرد مستقل برای باندهای مذکور، از شکاف های متفاوت برای دو باند استفاده شده است. برای مدل سازی سوییچ های rf mems ابتدا حالت ایده ال آنها در نظر گرفته می شود و در دامه این سوییچ ها نیز به شکل دقیق تری مدل سازی می شوند. نمونه هایی از المان طراحی شده بر روی زیر لایه rogers 4003c ساخته شده و با استفاده از موجبر باند x اندازه گیری می شود. نتایج اندازه گیری با نتایج شبیه سازی نیز مقایسه می شوند.