در این پایان نامه به طراحی و ساخت یک آنتن آرایه بازتابی پهن باند در باند فرکانسی 10 تا 12 گیگا هرتز پرداخته شده است. بدین منظور سه آنتن آرایه بازتابی طراحی و ساخته شده است. در آنتن اول از المان های پچ دایروی ساده تک لایه استفاده شده است که نتایج تست نشان می دهند پهنای باند db 3 این آنتن 9 درصد است که این مقدار برای این نوع آنتن ها پایین محسوب می شود. برای افزایش پهنای باند این آنتن، المان جدیدی ارائه شده که از یک پچ دایروی به همراه دنباله های متصل به این پچ، تشکیل شده است. این دنباله ها به دور پچ دایروی گردانیده شده است که این امر فاصله بین المانها را کاهش داده و از بازتابهای ناخواسته از صفحه زمین جلوگیری می کند. نتایج ساخت آنتن دوم که در آن از المان جدید استفاده شده، نشان می دهد که به رغم استفاده از زیر لایه نازک به ضخامت 83/0 میلیمتر، که البته کاهش هزینه را به دنبال دارد، پهنای باند db 3 آنتن دوم به 18 درصد رسیده است. علاوه بر این، به منظور افزایش بازدهی و کاهش قطبش متعامد آنتن دوم، روش جدیدی ارائه شده که در این روش، هر المان آینه المان مجاور خود است. با استفاده از این روش آنتن سوم طراحی و ساخته شده است که تمامی مشخصات آن، البته بجز نحوه چیدمان المان ها، دقیقاً مشابه آنتن دوم است. نتایج تست آنتن سوم نشان دهنده کاهش 1 تا db12 در قطبش متعامد آنتن سوم نسبت به آنتن دوم، هستند.

هدف از این پایان نامه بررسی الگوریتم های استخراج پارامترهای محیطی ساختارهای فراماده به منظور دست یابی به الگوریتمی بهینه و هم چنین اصلاح الگوریتم های موجود است. برای دست یابی به چنین الگوریتمی، از ترکیب روش های مرسوم با اصل علیت بهره گرفته شده است. در این کار، پس از دست یابی به الگوریتم مورد نظر و معرفی زوایای آن، پارامترهای محیطی (الکترومغناطیسی) ساختارهای شناخته شده فرامواد استخراج شده است. هم چنین با کمک الگوریتم به دست آمده، یک سطح تابع پلاریزاسیون پهن باند و یک ساختار کوچک سازی شده با گذردهی نزدیک به صفر طراحی و پیاده سازی شده است.

عنوان این پروژه طراحی، شبیه سازی و پیاده سازی آنتن دوقطبی مایکرواستریپی بارگذاری شده با استفاده از فرامواد است. فرامواد ساختارهای مصنوعی هستند که در سال های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. رفتار الکترومغناطیسی این ساختارها به گونه ای است که در مواد طبیعی مشاهده نمی شوند. یکی از کاربردهای پیشنهاد شده برای این ساختارها در این پروژه، استفاده از آن ها برای بارگذاری آنتن دوقطبی مایکرواستریپی است. در این پایان نامه ابتدا فرامواد، تئوری حاکم بر آنها و رفتار آنها در مقابل موج الکترومغناطیسی، ویژگی ها و تحقق عملی و کاربرد آن در الکترومغناطیس مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه انواع بارگذاری ساختارهای فرامواد بر روی آنتن دوقطبی مایکرواستریپی مطرح خواهد شد. سپس مساله کوچک سازی آنتن دوقطبی با استفاده از فرامواد مطرح شده و نتایج ساخت و اندازه گیری آن را بیان می کنیم. در بخش اصلی ما به دو نوع بارگذاری آنتن دوقطبی مایکرواستریپی با استفاده از خط انتقال چپگرد و بارگذاری توده ای آن با استفاده از ساختارهای فرامواد هم به روش تحلیلی و هم به روش شبیه سازی و ساخت می پردازیم. در انتها نیز در مورد کارهای دیگری که می توان با استفاده از بارگذاری آنتن دوقطبی مایکرواستریپی با فرامواد تحقق داد، بحث خواهیم کرد که از آن جمله آرایه و آنتن لگاریتمی دوقطبی بارگذاری شده با فرامواد و مسئله کوچک سازی آنها است که می تواند بصورت عملی نیز ساخته و اندازه گیری شود.

در این پروژه به طراحی دوگونه از فیلترهای مایکروویو با استفاده از ساختارهای ترکیبی راستگرد و چپگرد پرداخته می شود. در فیلتر اول با استفاده از خازن های اینتردیجیتال سری و استاب های اتصال کوتاه موازی وبا استفاده از یک روش طراحی بر مبنای مدار معادل متشکل از المان های فشرده فیلتر مایکروویوی طراحی وساخته شده است که کاهش قابل ملاحظه ای در ابعاد دارد به طوری که به راحتی در فرکانس های uhf قابل استفاده است. مزیت مهم دیگر این فیلتر حذف هارمونیک های مرتبه پایین و باند قطع بزرگ تر می باشد. فیلتر دومی که در این پروژه طراحی و ساخته شده است با استفاده از مفهوم تشدیدکننده های با رفتار دوگانه فرکانسی و به کارگیری خطوط ترکیبی راستگرد چپگرد در نقش استابهای تشدیدکننده توانسته است فیلترهایی با مرتبه پایین و گزینندگی فرکانسی بالا را تحقق بخشد. این فیلتر با توجه به افت مستقیم پایین ناشی از مرتبه پایین فیلتر، در طبقات ابتدا و انتهای سیستم های rf قابل استفاده است.

در این رساله، ابزار ریاضیاتی قدرتمندی برای تحلیل انواع ساختارهای الکترومغناطیسی کروی با استفاده از توابع دایادیک گرین ارائه گردیده است. با استفاده از مش بندی مثلثی ساختار الکترومغناطیسی و با بکار گیری از روش مُمان به حل مجموعه معادلات انتگرالی میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و مخلوط پتانسیل پرداخته شده است. تحلیل یکپارچه ساختارهای الکترومغناطیسی با استفاده از توابع گرین از سرعت پردازش بالایی برخوردار است و در مقایسه با دیگر روش های الکترومغناطیسی حافظه کمتری را اشغال می کند. این در حالی است که استخراج فرمولبندی مناسب برای تحلیل انواع ساختارهای الکترومغناطیسی خصوصاً آنتن ها، با استفاده از روشهای مبتنی بر توابع دایادی گرین، ملاحظات تحلیلی و عددی متعددی خواهد داشت. در این رساله تمامی هر آنچه برای مدل سازی و تحلیل انواع ساختارهای آنتنی کروی مورد نیاز است ارائه شده است. انواع آنتن های مورد مطالعه شامل آنتن های کروی چند لایه با در نظر گرفتن لایه هایی با جنس دلخواه و با تحریک کابل هم محور یا روزنه بوده است. یکی از روشهای مطرح در تغذیه آنتن های مایکرواستریپی و یا همدیسی، از طریق روزنه ای در صفحه زمین می باشد که منجر به جدایی کامل بین قسمت تغذیه از زیر می گردد؛ خاصیتی که در تغذیه با کابل هم محور مشاهده نمی شود. در اینصورت هیچ میدان مزاحمی به طور ناخواسته از زمین تابش نیافته و به این ترتیب گلبرگ اصلی آنتن دست خوش تخریب نخواهد شد. همچنین برای تطبیق امپدانس آنتن برای کار در یک شرایط خاص آزادی عمل بیشتری خواهیم داشت. برای تحلیل تمام موج، ابتدا باید جریان مغناطیسی معادل روی روزنه بدست آورده شود و با این تدبیر می توان روزنه را مسدود کرده و زمین را پیوسته دید. با استفاده از ابزار توابع دایادی گرین در مختصات کروی و حل معادلات انتگرالی مناسب با استفاده از روش مُمان، توزیع دقیق جریان مغناطیسی روی دهانه روزنه و به تبع آن روی عناصر تشعشع کننده همدیسی مایکرواستریپی محاسبه خواهد شد. نمونه هایی از آنتن شبیه سازی شده، ساخته شده و مورد آزمون قرار گرفته است. در مقایسه بین نتایج ساخت و شبیه سازی هایی که از طریق کدهای کامپیوتری تولید شده است، می توان بر جامعیت روش ارائه شده و دقت و سرعت بالای آن صحه گذاری کرد. همچنین در راستای انجام این تحقیقات، تئوری و ساخت آنتن همدیسی به همراه عنصر پارازیتیک با هر دو نوع تغذیه کابل هم محور و روزنه روی سطوح کروی مورد بررسی قرار گرفته است. اثر وجود عنصر پارازیتیک بر روی امپدانسی ورودی، بهره و الگوی تشعشعی آنتن مورد مطالعه قرار گرفته است.

در این رساله روشی جدید جهت تحلیل آنتن های نیم کره دی الکتریک چند لایه به همراه عناصر تشعشعی فلزی با تحریک تزویج روزنه ای ارائه شده است. در این روش، از فرمول بندی معادلات انتگرالی مرکب حجمی-سطحی (vsie) به همراه توابع دایادیک گرین کره چند لایه استفاده شده است. این کار باعث می شود که از مزایای توابع دایادیک گرین و روش معادله انتگرالی vsie به طور همزمان بهره مند شویم. در تحلیل این آنتن ها، قسمت مستطیلی ساختار با استفاده از روش vsie تحلیل شده و بخش کروی ساختار با استفاده از توابع دایادیک گرین کروی چند لایه تحلیل و اثر آن بر روی مشخصات آنتن بررسی می شود. بنابراین دیگر نیازی به مش بندی کل ساختار آنتن نبوده و تعداد مجهول های مسأله کاهش می یابد. در این روش، توزیع جریان های الکتریکی روی خط انتقال مایکرواستریپ تغذیه و عناصر تشعشع کننده فلزی و همچنین توزیع جریان مغناطیسی روی روزنه محاسبه می شوند. یکی از مزایای حل معادله انتگرالی سطحی با استفاده از توابع دایادیک گرین، کاهش تعداد مجهول های مسأله است زیرا تنها سطوح فلزی ساختار مش بندی شده و بنابراین در حل معادله انتگرالی، نیازی به تخصیص توابع پایه به تمام ساختار نیست. اما باید توجه داشت که این روش مستلزم پیدا کردن تابع گرین ساختار می باشد که معمولاً به جز برای ساختارهای متعارف و معمولی، کاری پیچیده و مشکل است. جهت تحلیل تمام موج ساختارهای الکترومغناطیسی، همچنین می توان از روش معادلات انتگرالی مرکب بهره جست. در این روش، ساختارهای شامل مواد دی الکتریک و فلزی با استفاده از ترکیب معادلات انتگرالی حجمی و سطحی مدل می شوند. معادلات انتگرالی حجمی مربوط به محیط دی الکتریک بوده و معادلات انتگرالی سطحی بر روی سطوح فلزی اجرا می شوند. در این روش به علت مش بندی کل ساختار (تمام حجم و سطح ساختار)، می توان تمامی ساختارهای ناهمگن و با ابعاد محدود را تحلیل نمود. مزیت دیگر این روش استفاده از تابع گرین فضای آزاد در معادلات انتگرالی سطحی و حجمی است که سبب ساده تر شدن معادلات و روابط می شود. با این حال، به علت مش بندی تمامی ساختار در این روش، تعداد مجهولات مسأله می تواند بسیار زیاد باشد که منجر به افزایش حافظه اشغال شده و زمان انجام محاسبات خواهد شد. همچنین از آنجایی که ممکن است سطوح فلزی با ماده دی الکتریک همپوشانی داشته باشند، ملاحظات خاصی جهت مش بندی دقیق ساختار بایستی در نظر گرفته شود. یکی از روش های تغذیه آنتن های مایکرواستریپی، استفاده از روزنه ای در صفحه زمین است. در این روش روزنه ای بین عنصر تشعشع کننده آنتن و خط تغذیه قرار می گیرد و بنابراین تغذیه آنتن توسط تزویج بین روزنه و پچ مایکرواستریپ صورت می گیرد. به این ترتیب بخش تشعشع کننده آنتن از بخش تغذیه جدا شده و در نتیجه تشعشع ناخواسته ناشی از تغذیه در این روش وجود ندارد. در این ساختار می توان با قرار دادن دی الکتریک های مجزا برای دو سمت آنتن و تغذیه، اهداف تشعشعی در سمت آنتن را همزمان با اهداف غیر تشعشعی و کم تلفات در سمت تغذیه برآورده کرد، همچنین برای تطبیق امپدانس آزادی عمل بیشتری، از جمله اندازه روزنه و مکان آن نسبت به خط انتقال در زیر و پچ مایکرواستریپ در بالا، نسبت به روش های تغذیه اتصالی خواهیم داشت. در این رساله انواع مسائل آنتنی به صورت تمام موج مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است. همچنین اثر وجود عنصر پارازیتیک بر مشخصات آنتن بررسی شده است. در مورد آنتن های مایکرواستریپی بارگذاری شده توسط نیم کره دی الکتریک چند لایه با تحریک تزویج روزنه ای، اثر تغییر پارامترهای آنتن از جمله شعاع و جنس دی الکتریک ها، ابعاد عناصر تشعشعی و طول خط انتقال مایکرواستریپ تغذیه بر مشخصات آنتن مورد بررسی قرار گرفته است.