متامتریال یا فراماده یک ساختار مصنوعی و همگن است که خواص غیرعادی الکترومغناطیسی از خود نشان میدهد. همچنین، مواد دست چپی که دارای و منفی هستند، دارای خواص فراماده می باشند. اما مواد دست چپی خالص را نمی توان ایجاد کرد، زیرا به دلیل وجود عناصر پارازیتیک در فرکانسهای بالا، همواره ترکیبی از مواد دست راستی (که دارای و مثبت هستند.) و دست چپی وجود دارد که به آنها composite right/left handed یا به اختصار crlh می گویند. به این نکته نیز باید اشاره کرد که فراماده فقط به مواد crlh محدود نمیشود.در این پایان نامه خط انتقال اینتردیجیتال بر اساس مفاهیم خط انتقال crlh معرفی شده است که معایب و مشکلات خط انتقال crlh را ندارد. با کنار هم قرار دادن و سری کردن خازنهای اینتردیجیتال می توان یک خط انتقال اینتردیجیتال ایجاد کرد. به ازای فرکانسهای بیشتر از فرکانس تشدید سری ساختار، ثابت انتشار این خط انتقال پیشنهاد شده، حقیقی و مثبت خواهد شد، بنابراین خط انتقال عملکردی مشابه خط انتقال معمولی دارد. اما این ثابت انتشار و در نتیجه امپدانس مشخصه آنها تابعی از فرکانس می باشند و از این نظر با خط انتقال معمولی تفاوت دارند. سپس چند تزویج کننده با استفاده از خط انتقال اینتردیجیتال ارائه داده شده است. از ویژگیهای این ساختارهای ارائه شده می توان به کوچک بودن طول و عرض ساختارها، افزایش میزان تزویج، افزایش پهنای باند و آسان بودن طراحی اشاره کرد. همچنین خط انتقال اینتردیجیتال خاصیت dual-band نیز از خود نشان میدهد.

متامتریال یا فراماده یک ساختار مصنوعی و همگن است که خواص غیرعادی الکترومغناطیسی از خود نشان میدهد. همچنین، مواد دست چپی که دارای و منفی هستند، دارای خواص فراماده می باشند. به دلیل خواص منحصر به فردی که خطوط دست چپی از خود نشان می دهند، استفاده از این خطوط در طراحی فیلترها محاسنی به دنبال خواهد داشت. از بین روشهای مختلف پیاده سازی خطوط دست چپی ، ساختارهای رزونانسی عملکرد بهتری در زمینه طراحی فیلترها نشان می دهند به همین دلیل در این زمینه کاربرد فراوانی پیدا کرده اند در این پایان نامه خطوط انتقال فراماده مبتنی بر رینگ های رزونانسی معرفی شده اند که توانایی قابل توجهی در کوچک سازی ابعاد دارند. به طور کلی ساختارهای رزونانسی مبتنی بر رینگ های رزونانسی انعطاف پذیری لازم برای دستیابی همزمان به پاسخ فرکانسی کاملا متقارن، پهنای باند قابل کنترل، بهبود فرونشانی خارج از باند فیلتر(میزان تضعیف خارج از باند) ، بهبود نرخ تغییرات تلفات از باند عبور به باند قطع (تیز بودن لبه های پائینی و بالایی فیلتر )، ابعاد کوچک و تلفات کم را فراهم می آورند در صورتی که در شیوه های متعارف، دستیابی همزمان به خصوصیات بالا بسیار دشوار و یا حتی نشدنی است. در ادامه چند نوع فیلتر با استفاده از خطوط انتقال فراماده مبتنی بر رینگ های رزونانسی ارائه داده شده است که ویژگیهای ذکر شده در بالا را دارا می باشند و حسن این نوع ساختارها در طراحی انواع فیلترها را تصدیق می نمایند.

نرخ داده بالا، مصرف توان پایین و پیچیدگی کم از پارامتر های مهم در طراحی پایانه های سیار در مخابرات نسل های آتی است. هدف این پایان نامه ، آنالیز و تحلیل دقیق گیرنده های فراگیر، چند باندی و چند استانداردی است. این ساختار بر مبنای رادیو نرم افزار (sdr) طراحی می شود تا از پیچیدگی ساختار کاسته شود. در آشکار سازی از ساختار های چند دهانه ای استفاده می شود، چراکه پهنای باند فوق العاده زیادی برای پشتیبانی از استانداردهای مختلف ، فراهم می آورد. ایده اصلی ساختار های چند دهانه ای در آغاز فقط در تحلیل گر شبکه استفاده می شد ولی در یک دهه اخیر این ساختار به عنوان گیرنده مخابراتی rf نیز مورد استفاده قرار گرفته است. در این پایان نامه، ابتدا طراحی و شبیه سازی مایکروویو چند دهانه ای برای کاربردهای گیرنده های باندs وباندka (باند فرکانسی 23 تا 29 گیگا هرتز) انجام شده است، سپس آنالیز تمام موج گیرنده تبدیل مستقیم برای sdr با استفاده از روش fdtd صورت می پذیرد. این گیرنده متشکل از بخش های مختلف به مانند ساختار مایکرواستریپی، المان های فشرده نظیر خازن و مقاومت و دیود های آشکار ساز می باشد. برای آنالیز المان های غیرخطی به مانند دیود، یک روش سریع و راحت به کار گرفته می شود. در نهایت تمامی بخش های این گیرنده به صورت یکپارچه توسط روش fdtd تحلیل شده و نتایج حاصل با شبیه سازی های انجام شده و نتایج اندازه گیری شده مقایسه می شود. نتایج تحلیل و شبیه سازی نشان می دهد که گیرنده تبدیل مستقیم چند دهانه ای توانایی آشکار سازی دیجیتال را به خوبی دارا بوده و به راحتی برای کاربرد های پهن باند قابل طراحی است.

سیستم های مخابراتی چند ورودی چند خروجی mimo به دلیل ارتقاء نرخ مبادله داده ها و همچنین افزایش قابلیت اطمینان سامانه های مخابراتی در امور تجاری و نظامی کاربردهای زیادی پیدا کرده زیادی پیدا کرده و به همین دلیل مورد تحقیق بسیاری از پژوهشگران دانشگاهی و صنعتی قرار گرفته. با توجه به تلاش های انجام شده در این زمینه هنوز یک بستر مناسب تحقیقاتی از این سیستم ها در اختیار دانش پژوهان قرار ندارد. در این پایان نامه مفاهیم تیوری یک سیستم چند ورودی چند خروجی با 4 آنتن در فرستنده و 4 آنتن در گیرنده در باند فرکانسی آ‍زاد 2.45ghz مورد بررسی واقع شده و یک نمونه تحقیقاتی تولید شده است. با استفاده از نمونه سیستم تولیدی می توان هر موضوعی را که در این زمنیه مطرح می گردد به سرعت و به سهولت هر چه بیشتر به صورت عملی تست نموده و نتایج عملی را با تیوری مقایسه کرد تا بتوان از صحت محاسبات تیوری و مدلسازی انجام گرفته مطمین شد. تمام بخش های مختلف این بستر تحقیقاتی توسط یک نیم سه نفره و در غالب سه پروژه کارشناسی ارشد طراحی و پیاده سازی شده است. در هر پایان نامه به طور خاص به یکی از موضوعات به صورت تیوری پرداخته شده است و کلیه بخش های طراحی و پیاده سازی به صورت مشترک در هر سه پایان نامه آورد ه شده است. در این پایان نامه به طور خاص به انواع فرستنده ها پرداخته شده و کلیه فعالیت های تیوری که تا به حال در این خصوص مطرح شد ه است. طراحی و پیاده سازی بخش های مختلف اعم از مدارات دیجیتال مدارات rf و قسمت باند پایه که از بخش های مشترک هر سه پایان نامه می باشد نیز به تفصیل مطرح و در هر بخش نتایج تست و اندازه گیری با مقادیر تیوری و طراحی مقایسه شده است. پیاده سازی اکثر قسمت های باند پایه مانند ساخت و ردگیری ابتدای فریم سنکرون سازی ها تخمین کانال و آشکارسازی نهایی در نرم افزار matlab انجام شده است. زیرا این نرم افزار قابلیت تغییر ساده و سریع را برای هر محققی ایجاد می کند. در بیشتر موارد چندین روش مختلف پیاده سازی شده و نتایج با یکدیکر مقایسه شده و بهترین روش در ادامه برای تست کلی سیستم مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج اندازه گیری کلی بستر تحقیقاتی که در بخش جداگانه ای مورد بررسی قرار گرفته است قابلیت بالای بستر تحقیقاتی ساخته شده را برای به کارگیری آن در تحقیقات نشان می دهد البته پس از اطمینان از صحت عملکرد بستر تحققاتی ساخته شده چند اندازه گیری نیز برای تحقیق در زمینه خواص کانال های mimo به عنوان قابلیت افرایش ظرفیت کانال در سیستم mimo در یک محیط داخلی indoor نشان داده شده است

سیستم های مخابراتی چند ورودی چند خروجی mino به دلیل ارتقا نرخ مبادله داده و همچنین افزایش قابلیت اطمینان سامانه های مخابراتی در امور تجاری و نظامی کاربردهای زیادی پیدا کرده و به همین دلیل مورد تحقیق بسیاری از پژوهشگران دانشگاهی و صنعتی قرار گرفته است. با توجه به تلاش های انجام شده در این زمینه هنوز یک بستر مناسب تحقیقاتی از این سیستم در اختیار دانش پژوهان قرار ندراد در این پایان نامه مفاهیم تیوریکی یک سیستم چند ورودی چند خروجی با 4 آنت در فرستنده و 4 آنتن در گیرنده در باند فرکانسی آزاد 2.45ghz مودر بررسی واقع شده و یک نمونه تحقیقاتی تولید شده است با استفاده از نمونه سیستم تولیدی می توان هر موضوعی را که در این زمینه مطرح می گردد به سرعت و به سهولت هر چه بیشتر به صورت عملی تست نمود و نتایج عملی را با تیوری مقایسه کرد تا بتوان از صحت محاسبات تیوری و مدلسازی انجام گرفته مطمین شد. تمام بخش های مختلف این بستر تحقیقاتی توسط یک تیم سه نفره و در غالب سه پروژه کارشناسی ارشد طراحی و پیاده سازی شده است. در هر پایان نامه به طور خاص به یک از موضوعات به صورت تیوری پرداخته شدهاست و کلیه بخش های طراحی و پیاده سازی به صورت مشترک در هر سه پایان نامه آورده شده است در این پایان نامه به طور خاص به انواع گیرندهها پرداخته شده و کلیه فعالیت های تیوری که تا به حال در این خصوص مطرح شده بود گردآوری شده است. طراحی و پیاده سازی بخش های مختلف اعم از مدارات دیجیتال مدارات rf و قسمت باند پایه که از بخش های مشترک هر سه پایا ن نامه می باشدنیز به تفصیل مطرح و درهر بخش نتایج تست و اندازه گیری با مقادیر تیوری و طراحی مقایسه شده است پیاده سازی اکثر قسمت های باند پایه مانند ساخت و ردگیری ابتدای فریم سنکرون سازی ها تتخمین کانال و آشکارسازی نهایی در نرم افزار matlab انجام شده است زیرا این نرم افزار قابلیت تغییر ساده و سریع را برای هر محققی ایجاد می کند در بیشتر موارد چندین روش مختلف پیاده سازی شده و ننتایج اندازه گیری کلی بستر تحقیقاتی که در بخش جداگانه ای مورد بررسی قرار گرفته است قابلیت بالای بستر تحقیقاتی ساخته شده را برای به کارگیری آن در تحقیات نشان می دهد البته پس ازاطمینان از صحت عملکرد بستر تحقیقاتی ساخته شده چند اندازه گیری نیز برا ی تحقیق در زمینه خواص کانال های mimo به عنوان نمونه انجام شده و قابلیت افزایش ظرفیت کانال درسیستم mimo در یک محیط داخلی indoor نشان داده شده است

در این پایان نامه، طراحی و ساخت یک نمونه طبقه تقویت کننده توان در باند ka که شامل پیش تقویت کننده، فیلتر میانگذر و تقویت کننده توان متوازن می باشد ارایه شده است. ساختاری که در این پروژه برای تقویت کننده توان متوازن پیشنهاد شده است، ساختاری کاملا جدید می باشد. فرکانس کار تقویت کننده ساخته شده از 5/29 تا 9/29 گیگاهرتز است. در ابتدا یکی از تقویت کننده های بکار برده شده در طبقه توان و نیز فیلتر میانگذر هر کدام به تنهایی ساخته وتست شدند که نتایج شبیه سازی به همراه نتایج اندازه گیری آورده شده است. در گام بعدی ساختار 6 دهانه ای مورد بررسی قرار می گیرد و شرایط استفاده از این ساختار به عنوان یک تقسیم کننده و ترکیب کننده همزمان 3db بررسی می شود و سپس نحوه استفاده از این ساختار در تقویت کننده توان متوازن و مزیت های آن بر ساختارهای مرسوم توضیح داده خواهد شد. مشکل ناپایداری این ساختار هنگام بکارگیری تقویت کننده های باندپهن در ترکیب تقویت کننده توان متوازن و روش رفع آن نیز مورد بررسی قرار می گیرد. به دلیل فرکانس بالای کار، ملاحظات فراوانی بایستی در روند طراحی و ساخت صورت گیرد تا مدار ساخته شده پاسخ مطلوب را تولید کند. این مسیله به همراه امکانات محدود داخلی برای ساخت چنین مداراتی کار ساخت را پیچیده می کند. ساختار ارایه شده برای تقویت کننده توان متوازن ساختاری کاملا نو بوده و برای اولین بار است که چنین ساختاری برای تقویت کننده توان متوازن پیشنهاد می شود. طبقه تقویت کننده توان ساخته شده دارای برابر 26.5dbm، بهره 26db، تلف برگشتی -18db در دهانه ورودی و pae حدود 10 درصد در فرکانس 7/29 گیگاهرتز می باشد.

بخش گیرنده در تمامی سیستم های مخابراتی موج میلیمتری نقش حیاتی ایفا می کند و طراحی و عملکرد آن کلیت سیستم را بشدت تحت تاثیر قرار می دهد. با توجه به گسترش روز افزون کاربردهای صنعتی و نظامی علم مخابرات، تکنیک های افزایش پهنای باند و کار در فرکانس های بالا نظیر باند ka از مقوله های اساسی علم مخابرات نوین شده است. در این پروژه هدف، طراحی و ساخت یک گیرنده با مشخصات مناسب در باند ka با فرکانس rf، 29.7 ghz و فرکانس lo، 13.5 ghz و فرکانس if، 2.7 ghz می باشد. با توجه به اینکه یکی از ملاحظات اصلی گیرنده های موج میلیمتری در سیستمهای مخابراتی و رادار حذف فرکانس تصویر است، تمرکز اصلی این پایان نامه در بررسی ساختارهای حذف کننده تصویر در گیرنده ها می باشد. در این پروژه ساختاری جدید که امکان حذف تصویر را در پهنای باند وسیعی از فرکانس rf در بازه فرکانسی 27-30 ghz و با میزان حذف تصویر بالاتر از 33 db و میزان ماکزیمم حذف تصویر 59 db در فرکانس 29.4 ghz و تلف تبدیلی 12.87 db فراهم می سازد، ساخته شد. همچنین ماژول تقویت کننده کم نویز با بهره 15.4 db در فرکانس 29.7 ghz و عدد نویز اندازه گیری شده 2.79 db در فرکانس26.5 ghz و یک ماژول نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ با سطح توان -4 dbm و همچنین یک فیلتر حذف کننده تصویر با میزان تلفات باندگذر 1.68 db و میزان حذف تصویر 54 db ساخته شد.سعی گردیده است علاوه بر ملاحظات طراحی، سایر ملاحظات فرکانس بالا شامل انتخاب ماژول های مبتنی بر فناوری mmic و با تکنولوژی بسته بندی bga و smt، انتخاب کانکتورهای فرکانس بالا و ملاحظات نحوه مونتاژ این کانکتورها، تهیه برد مایکرواستریپ با دقت بالا و نحوه مونتاژ برد رعایت شود

اخیرا آنتن های فعال مایکرواستریپی به دلیل فواید زیادشان از قبیل ابعاد کوچک، وزن کم، ارزانی ساخت، داشتن پهنای باند و گین کافی و آسان بودن تولید انبوه مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. تحقیقات روی آنتن های فعال مایکرواستریپی به دو بخش تقسیم می شود: انواع نوسان ساز و انواع تقویت کننده. در انواع نوسان ساز آنتن های فعال، پچ های پسیو به عنوان عناصر تشعشعی و عناصر تشدید به کار برده می شوند. همچنین این نوع از آنتن های فعال کاربردهایی در رادار و ترکیب کننده های توان شبه نوری پیدا کرده است. نوع تقویت کننده آنتن های فعال بحث ابتکاری دیگری در تحقیقات می باشد که در آن تقویت کننده ها با پچ های مایکرواستریپ مجتمع می شوند. این نوع از آنتن های فعال علاوه بر کاهش تلفات در مدارهای تغذیه، می توانند با گین و پهنای باند بیشتر در مقایسه با آنتن های پسیو طراحی شوند، به علاوه می توانند در مخابرات ماهواره ای و موبایل مورد استفاده قرار بگیرند. در این تز ابتدا مطالعات اولیه آنتن های فعال مایکروویو صورت می گیرد. سپس با استفاده از روشهای مداری و روشهای تمام موج تحلیل و طراحی آنتن انجام می شود. همچنین تحلیل غیر خطی و دقیق مدار فعال انجام می گیرد و نهایتاً یک طرح اولیه در ساختار مایکرواستریپ آماده می شود. بعد از بهینه سازی طرح، نصب قطعات فعال و تهیه مدار بایاس مناسب، اندازه گیری طرح صورت می گیرد.

آنتن های فعال یکپارچه آنتن هایی هستند که در آنها اجزای فعال به صورت مستقیم با ساختار آنتن مجتمع شده اند و خاصیت مورد نظر را به دست می دهند. در چنین ساختارهایی آنتن مایکرواستریپ همزمان به عنوان بار (در ورودی و یا خروجی، بسته به نوع عملکرد مدار) و همچنین تشعشع کننده رفتار می کند. یکی از مزایای چنین آنتن هایی نسبت به آنتن های عادی، کاهش قابل ملاحظه تلفات است. از مزایای دیگر می توان به کاهش حجم و ابعاد مجموعه ، قابلیت اطمینان بیشتر و هزینه های کمتر ساخت اشاره نمود. استفاده از ساختارهای متناوب جهت کنترل و تاثیر گذاری مطلوب بر امواج الکترومغناطیسی از دیرباز مرسوم بوده است. شبکه های متناوب در کاربردهای آنتنی به کریستالهای فتونی معروفند. کریستالهای فتونی به دسته ای از ساختارهای متناوب فلزی، عایقی و یا ترکیبی از این دو گفته می شود که با تناوب مشخص در حوزه مکان با الگوی یک بعدی، دو بعدی یا سه بعدی تکرار شده و در برخی باندهای فرکانسی، در یک یا چند جهت از خود باندهای ممنوعه (bandgap) نشان می دهند. در این پروژه برای اولین بار با بکارگیری ساختارهای کریستال فتونی در آنتن فعال مجتمع توانستیم بطور همزمن پارامترهای مختلف قسمت فعال مداری از جمله هارمونیک های فرعی و اندازه مدار فعال و همچنین پارامترهای قسمت آنتنی مانند سطح هارمونیک های دوم و سوم و ابعاد آنتن و بهره را بهبود ببخشیم. در این پروژه دو آنتن فعال مجتمع بهبود یافته در دو حالت گیرندگی و فرستندگی طراحی، شبیه سازی و ساخته شد. در مرحله اول یک آنتن فعال در فرکانس کاری 3ghz و در حالت گیرندگی طراحی و ساخته شد. از آنجا که آنتن فعال بصورت مجتمع طراحی شده است، شبکه تطبیق ورودی تقویت کننده حذف شده و بجای آن آنتن طراحی شده با امپدانسی برابر با امپدانس ورودی این شبکه تطبیق طراحی و جایگزین شد. بهینه سازیهای مختلفی بر روی این آنتن مجتمع انجام شده است. در قسمت دوم پروژه آنتن فعال دیگری را برای کار در فرکانس 10ghz و در حالت فرستندگی طراحی کردیم. در قسمت فعال از یک تقویت کننده متقارن باند x استفاده شد. با استفاده از ساختار زمین ناقص در شبکه تطبیق خروجی این تقویت کننده، سطح هارمونیک دوم و سوم را به ترتیب به اندازه 11db و 7db کاهش داده و حجم مدار نیز تا حد 20? کاهش پیدا کرده است. با استفاده از یک آرایه 2 در 2 کریستال فتونی مربعی شکل و یک ساختار زمین ناقص، بهینه سازی بر روی پچ انجام شد که شامل کاهش اندازه حدود 15? و افزایش بهره می باشد.

در این پروژه، مدل سازی تمام گسترده ترانزیستورهای گالیم آرسناید در فرکانس های بالا بررسی شده است. با استفاده از این روش و با فرض ترانزیستور به عنوان سه خط کوپل شده فعال، معادلات amtl و namtl بترتیب در رژیم خطی و غیرخطی استخراج شده اند. این معادلات در حوزه زمان با استفاده از روش عددی تفاضلات محدود در حوزه زمان حل و نتایج آنها با نتایج حاصل از روش شبه گسترده که توسط نرم افزار ads انجام شده، مقایسه شده است. در فرکانس های پایین نتایج حاصل از دو روش تطابق بسیار خوبی با یکدیگر دارند اما با افزایش فرکانس نتایج حاصل از دو روش متفاوت می باشد. در فرکانس های بالا مخصوصاً هنگامی که طول موج کاری قابل مقایسه با ابعاد ترانزیستور است روش شبه گسترده نمی تواند اثر انتشار موج در راستای الکترودهای ترانزیستور را بخوبی مدل سازی کند. در حالیکه روش تمام گسترده که در واقع تعمیم یافته روش شبه گسترده است در فرکانس های بالا این اثر را بخوبی مدل می کند. در ادامه معادلات amtl تلف دار با استفاده از روش مدل سازی تمام گسترده استخراج شده است. این معادلات توانایی مدل سازی اثر پوستی در الکترودهای ترانزیستور را دارا می باشد. نتایج حاصل از حل حوزه زمان این معادلات با نتایج حاصل از روش سنتی tdfd مقایسه شده و نتایج دارای تطابق خوبی می باشند. همچنین اثر گستردگی در الکترود سورس در رژیم خطی و غیرخطی و تاثیر آن بر رفتار الکتریکی قطعه در فرکانس های بالا تجزیه و تحلیل شده است. با استفاده از این نوع مدل سازی معادلات amtl وnamtl به یک ترانزیستور با حالت های مختلف محل تحریک و بارگذاری، اعمال شده و بهینه ترین ساختار با توجه به کاربرد مورد نظر استخراج شده است. در انتها یک سیگنال مدوله شده به ترانزیستور اعمال شده و خروجی آن با استفاده از روش عددی fdtd بدست آورده شده است.

با توجه به کاربرد وسیع شناساگر های مواد و همچنین با توجه به تفاوت خصوصیات دی الکتریک مواد، در این تحقیق به بررسی خصوصیات ثابت دی الکتریک و روشهای استاندارد اندازه گیری آن برای جامدات و مایعات و به صورت خاص گازها پرداختیم. در مورد جامدات و مایعات روشهای کاربردی زیادی وجود دارند که با دقت بسیار بالا ثابت دی الکتریک را اندازه گیری می کنند اما از آنجاکه گازهای مخلوط در هوا و بسیاری بخارات دیگر گازی دارای ضرایب دی الکتریک نزدیک به یکدیگر هستند، دستیابی به روش مناسب اندازه گیری قدری پیچیده تر می باشد.در این تحقیق تلاش کردیم تا با ارایه روش تفاضلی و بهینه سازی آن راه را برای اندازه گیری دقیق ضرایب دی الکتریک گازها هموار سازیم. ابتدا با استفاده از رابطه کلاریوس مو زاتی به تحلیل سیگنال یک مجموعه تفاضلی پرداختیم. بر پایه این تحلیل سیگنال شبیه سازی عددی انجام پذیرفت تا حساسیت سیستم نسبت به تغییرات پارامترهای مجموعه مورد مطالعه قرار گیرد. آنچه در پایان به دست آمد مقادیر بهینه اجزای مجموعه تفاضلی و همچنین حساسیت سیستم تفاضلی نسبت به تغییر این مقادیر می باشد. علاوه بر این مشکلات مقدماتی پیاده سازی عملی سیستم تفاضلی در بستر شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفت و برای مشکلاتی همچون عدم تساوی طول خطوط تفاضلی و یا عدم همسانی رزوناتورها راه حل ارایه گردید. این تحقیق می تواند مقدمه ای برای اندازه گیری آزمایشگاهی و یا ساخت سنسورها و شناساگرهای صنعتی باشد.

با توجه به گسترش روز افزون کاربردهای علم مخابرات تکنیک های افزایش پهنای باند به یکی از مقوله های اساسی علم مخابرات نوین مدل شده است. در دسترس بودن نیمه هادی هایی چون gaas با کیفیت بالا و عملکرد بسیار خوب در فرکانس های بالا و سادگی استفاده آن ها در مدارات مجتمع یکپارچه نیاز به استفاده از روش های جدیدی نظیر ساختارهای موج رونده را در طراحی های باند وسیع به خوبی مشخص می سازد. پس از معرفی ساختارهای گسترده موج رونده ترانزیستوری به عنوان روش جدیدی در طراحی تقویت کننده های باند وسیع این ساختار کاربرد بسیاری در مخابرات باند وسیع مانند تقویت کننده های موج رونده باند وسیع و تقویت کننده های ماتریسی اسیلاتورهای موج رونده، میکسرها، تقویت کننده های توان پیدا کرده است. هدف این پایان نامه طراحی و ساخت یک تقویت کننده گسترده توان در باند (uwb) می باشد که بتواند بهره 15db، افت بازگشتی ورودی و خروجی کمتر از 12db- و توان خروجی حدود 15dbm را فراهم کند. تحلیل و طراحی این تقویت کننده در رژیم خطی برای بدست آوردن پارامترهایی نظیر تضعیف خطوط گیت و درین و نهایتا تعداد بهینه ترانزیستورها انجام می شود و تحلیل غیر خطی جهت فراهم نمودن توان حد اکثر و بر مبنای آن تعیین امپدانس مشخصه خطوط گیت و در این می باشد. نتایج حاصل از تحلیل غیر خطی با استفاده از روش توازن هارمونیکی نیز پیاده سازی شده است که نتایج شبیه سازی با دو نرم افزار asd و مطلب مقایسه شده است که جهت صحت عملکرد نتایج مدار می باشد. در آخر ساخت تقویت کننده با توجه به مقادیر شبیه سازی صورت گرفته و نتایج اندازه گیری با شبیه سازی مقایسه شده است.

در دهه¬ی 1960، تقویت کننده¬های پارامتری یکی از موضوع¬های فعال در زمینه¬ی تقویت کننده¬ها بودند ولی با ظهور تقویت کننده¬های ترانزیستوری حضور این تقویت کننده¬ها کمرنگ گشت. امروزه با پیشرفت فناوری cmos، بار دیگر توجهات بسمت تقویت کننده¬های پارامتری جلب شده است. مبدل پارامتری، خود نوعی تقویت کننده¬ی پارامتری است که توسط یک منبع سیگنال بزرگ و یک منبع سیگنال کوچک تحریک می¬گردد. مبدل پارامتری براساس یک خازن غیرخطی عمل می¬نماید. خازن غیرخطی باعث ایجاد هارمونیک¬ها و ترم¬های اینترمدولاسیون در خروجی مبدل می¬گردد و با توجه به نیاز یکی از این ترم¬ها با استفاده از فیلتر از خروجی استخراج می¬شود. با افزایش تمایل به پردازش و انتقال اطلاعات زیاد با سرعت بیشتر، ناچار به استفاده از فرکانس¬های بالاتر هستیم. با افزایش فرکانس و بتبع آن کاهش طول موج، دیگر نمی¬توان از ابعاد ادوات الکترونیکی در برابر طول موج صرفنظر کرد و از روش¬های مداری فشرده بهره گرفت. برای تحلیل این نوع مدارات، روش¬هایی وجود دارند که برپایه¬ی روش¬های عددی استوار هستند. روش¬های شبه گسترده و گسترده از جمله¬ی این روش¬ها هستند که از تئوری fdtd در تحلیل سیستم کمک می¬گیرند. در این پایان نامه یک مبدل پارامتری پایین¬بر را که با دو منبع با فرکانس بالا تحریک شده است، بکمک روش¬های مختلف تحلیل می¬کنیم و نشان خواهیم داد که روش¬های مداری معمول، در تحلیل این سیستم ناکارآمد می¬باشد. در ادامه، مبدل پارامتری پایین¬بر با استفاده از روش¬های شبه گسترده و گسترده تحلیل می¬شود و نتایج بدست آمده با هم مقایسه می¬گردد. در نهایت نشان داده می¬شود که با جابجایی محل الکترودهای دیود بکار رفته در مبدل، نتایج چگونه تغییر می¬کند و در نتیجه در ملاحظات ساخت، برای گرفتن خروجی بهتر، کدام محل برای قرار دادن الکترودها مناسبتر است.

در این پروژه، روش های تحلیل مدارات غیر خطی مایکرویو با تحریک های متفاوت بررسی شده است. با توجه به اینکه در سیستم های غیر خطی مشخصه مدار تابعی از سیگنال ورودی نیز می باشد، لازم است که سیگنال تحریک، تا حد ممکن به سیگنال ورودی واقعی مدار نزدیک باشد. بنابراین ، روش های تحلیل مدارات غیر خطی تحریک شده با سیگنال های چند تن معرفی گردیده است. سپس فرمول بندی مناسب بر اساس روش et-hb برای شبیه سازی کامپیوتری مدارات غیر خطی با ورودی مدوله شده ارائه شده است. در ادامه برای تحلیل مدارات غیر خطی ماکروویو تحریک شده با سیگنال های مدوله شده چند حامله دو روش پیشنهاد و برای هر یک فرم مناسبی برای شبیه سازی کامپیوتری معرفی شده است. همچنین بعنوان نمونه، تقویت کننده قدرت در باند s سازگار با فناوری wimax در فرکانس 3.5ghz با پهنای باند 200mhz طراحی شده است. برای تحلیل این مدار با تحریک های متفاوت نرم افزارهایی توسط نگارنده تدوین و نتایج حاصل از شبیه سازی ارائه شده است.

تحلیل و مدل سازی ترانزیستور به عنوان مهم ترین بخش مدارهای الکترونیکی فرکانس بالا، جزء بحث های مهم و کلیدی در طراحی دقیق مدارهای الکترونیکی می باشد. معمولاً هنگامیکه فرکانس کاری مدار و به تبع آن فرکانس کاری ترانزیستور پایین است، از مدل فشرده به نام مدل مدار معادل، برای مدل سازی ترانزیستور و طراحی مدارهای الکترونیکی استفاده می شود. ولی صحت و دقت این مدل ها با افزایش فرکانس و قابل مقایسه شدنِ ابعاد ترانزیستور با طول موج، کاهش یافته و لزوم استفاده از مدل ها و روش های تحلیل اصلاح شده، به شدت احساس می گردد. کامل ترین و دقیق ترین روشی که برای این آنالیز پیشنهاد شده است روش مدل سازی فیزیکی الکترونیکی-الکترومغناطیسی و یا روش تحلیل موج کامل می باشد. در این تکنیک به خوبی می توان پدیده-ی انتشار امواج الکترومغناطیس داخل ساختار ترانزیستور که هنگام زیاد شدن فرکانس و همچنین افزایش پهنای ترانزیستور، حائز اهمیت می گردد را مدل نمود. ایده اصلی آنالیز موج کامل، تزویج معادلات حاکم بر نیمه هادی به همراه معادلات ماکسول می باشد. ولی پیاده سازی این نوع تحلیل از نقطه نظر محاسباتی و مدل سازی دارای چالش هائی است که حل آن ها برای دست یافتن به تمام محاسن این روش آنالیز ضروری می نماید. لذا سعی ما در این پژوهش، در یافتن راه حل هائی برای مرتفع نمودن بعضی از این مشکلات می باشد.در این رساله، ابتدا مباحث تئوری و معادلات مربوط به بخش نیمه هادی و الکترومغناطیس که مورد احتیاج انجام یک چنین تحلیلی است ارائه می گردد. سپس روش عددی تفاضل زمان حوزه زمان (fdtd) به عنوان ساده ترین و شناخته شده ترین روش برای حل این معادلات دیفرانسیل جزئی (pde) معرفی شده و نحوه ی گسسته سازی معادلات موجود بیان می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از تکنیک های متداول fdtd به تحلیلی با زمان شبیه سازی بسیار زیاد منجر خواهد شد. برای رفع این معضل در این پایان نامه سه راهکار پیشنهاد می شود. راه حل اول، استفاده از شبکه و شبکه غیریکنواختِ ایجاد شده توسط تبدیلات موجک، به منظور کاهش تعداد متغییرهای روش تفاضل محدود است. راهکار دوم، استفاده از خوش حالت کننده ی فیلتر بانکی به منظور کاهش عدد حالت ماتریس معادلات ماتریسی و افزایش سرعت همگرائی روش های تکرار به کار گرفته شده برای حل آن ها می باشد. سرانجام آخرین و موثرترین روش پیشنهادی جهت کاهش زمان شبیه سازی، به کارگرفتن روش adi-fdtd جهت حل معادلات ماکسول آنالیز موج کامل با گام های زمانی بسیار بزرگتر که سبب کاهش چشم گیر زمان شبیه سازی خواهد شد می باشد. در انتها نیز روش المان محدود حوزه زمان (fetd) به عنوان روش عددی دیگر، برای مدل سازی دقیق تر ساختارهای پیچیده ترانزیستورهای عملی پیشنهاد شده و دو تکنیک جدید در رابطه با حل معادلات ماکسول بوسیله این روش ارائه می گردد. نحوه ی پیاده سازی شرط مرزی جذب cfs-pml در محاسبه جواب fetd معادلات ماکسول مرتبه اول، همچنین ارائه روش جدید adi-fetd با شرط پایداری نامشروط بخش دیگر این رساله را تشکیل می دهند.