و اهمیت موضوع

اپتیک یکی از شاخه­های علم است که قبل از تعریف نور به صورت بسته­های فوتون پیشرفت­های زیادی کرده بود. تعریف نور به صورت امواج الکترومغناطیسی با طول­موج­های معین، کمک شایانی به گسترش این علم داشته است. فوتونیک نام دیگری برای این علم بود که با تعریف ذره­ای نور، به میان آمد. در این تعریف نور را به صورت بسته ای از ذرات بدون جرم با تکانه[1]مشخص بیان کردند. بنابراین خواص موجی و ذره ای نور هر دو باعث گسترش علم نور یا اپتیک شدند. پیشرفت تکنولوژی، کاربرد نور را در زمینه های مخابراتی ، شناسایی مواد، حسگر های زیستی و مدارات با ابعاد نانومتری وسیع­تر کرده است.
مدارات مجتمع نوری از جمله بحث­هایی است که با پیشرفت علم اپتیک مورد توجه فراوان محققان قرار گرفت. البته در کوچک­سازی ادوات نوری محدودیت­های بنیادی مشاهده شد. مهم­ترین این محدودیت­ها چنین بیان می­کرد که نور نمی ­تواند در مکان یا فضا در ابعاد کمتری از طول موج جایگزیده شود. دانشمندان در استدال­های فیزیکی خود کمترین حدی برای این جایگزیدگی مشخص کردند. این کمترین حد برای کوچک کردن ابعاد قطعات و دقت[2] مشاهده اشیا، حد پراش[3] نام­گذاری شد.
پلاسمون­های سطحی (مباحث نظری آن در فصل­های آتی بیان می شود) که با نام کامل پلاسمون پلاریتون­های سطحی[4] (SSP) تعریف شده ­اند، امواج الکترومغناطیسی سطحی هستند که به موازات سطح مشترک فلز-دی الکتریک منتشر می­شوند. تعریف کامل این امواج اولین بار در سال 1957 میلادی( ذکر سال­ها در متن همگی به میلادی است) توسط آقای ریتچر[5] به­ طور کامل با کاربرد اپتیکی معرفی شدند. این امواج در دهه­های اخیر کاندیدای کاهش ابعاد اپتیک به دو بعد شده ­اند به­ طوری که توانایی گذشتن از حد پراش (که در ادامه توضیح داده خواهد شد) را دارند [1].
برتری­های ساخت ادوات نوری با ابعاد میکرومتری و نانومتری همراه با پشرفت تکنولوژی­های نمایش مانند نمایش میدان نزدیک اپتیکی[6](SNOM) باعث توجه بیشتر به تحقیقات در این حوزه از فوتونیک شده است. این حوزه را بخاطر ابعاد نانومتری عناصر آن نانوفوتونیک و پلاسمونیک می­نامند.
پلاسمونیک حوزه­ای است که با خواص الکترومغناطیسی خود بعضی از ویژگی­های الکترونیک را دارد. انتقال اطلاعات در این حوزه در مقایسه با الکترونیک، با فرکانس­های خیلی بالاتر انجام می­ شود و پهنای باند خیلی بیشتری قابل دسترسی است. اپتیک نیاز به خطوط موجبری بزرگتری نسبت ابعاد نانو دارد که با توجه به محدودیت حد پراش کوچک­سازی قطعات موجبری با مشکل مواجه می­ شود.
مدارات الکترونیکی نیز از ابعاد بزرگتری نسبت به اداوات اپتیکی تشکیل می­شوند. علاوه­بر­این، در مدار­های الکترونیکی در تبادل داده بین مبدا و مقصد، تاخیری ایجاد می­ شود که سرعت مدار­ها با کاهش شدیدی روبرو می­ شود. در مدار­های اپتیکی این سرعت افزایش می­یابد علاوه­بر اینکه ظرفیت خط انتقال هم افزایش پیدا می­ کند. ولی همچنان مشکل حد پراش مانع اصلی در کوچک­سازی مدارها می­باشد.
پلاسمونیک پهنای باند اپتیکی را با ابعاد کمتر از حد پراش معرفی می­ کند. بنابراین می ­تواند اپتیک و عناصر آن را با پهنای باند خیلی بزرگتر و موجبرهای خیلی کوچک ریزسازی کند. پس همه مزیت­ها و خواص مدار­های الکترونیکی و اپتیکی را با هم ترکیب می­ کند. این تکنولوژی نیاز به توسعه بیشتری دارد چرا که دارای معایبی مانند طول انتشار کم امواج پلاسمون سطحی است.
در سال­های اخیر تحقیقات زیادی برای کم کردن معایب این امواج با بهره گرفتن از خواص مواد در تقویت امواج و ساختار­های هایبرید[7] شروع شده­است. اندازه ­گیری­ها نیز در علم پلاسمونیک پیچیدگی زیادی به خود گرفته است. به همین خاطر بخشی از تحقیقات نیز صرف ساده سازی اندازه ­گیری­ها از طریق ویژگی­های ذاتی این امواج در مشاهده پلاسمون­ها و اندازه ­گیری طول انتشار آنها می­ شود.
هدف از انجام این پایان نامه طراحی و شبیه­سازی فیلترهای پلاسمونیک برگ برای کاربرد در مدارهای پسیو بود. لذا در این پایان نامه بعد از بر تاریچه علم پلاسمونیک و تعریف اجمالی پلاسمون پلاریتون­های سطحی به معرفی حد پراش و شکستن آن توسط علم پلاسمونیک می­پردازیم. در فصل دوم تئوری مربوط به پلاسمون­های سطحی در ساختار های مختلف بیان می­ شود. البته با توجه به هدف از انجام این پایان نامه که بررسی ساخت فیلتر­های IMI برگ[8] بود که با توجه به محدودیت زمانی تا مرحله ساخت موجبر IMI برای اولین بار در کشور ومعرفی روشی جدید اندازه ­گیری طول انتشار پیشرفت حاصل شد. در فصل سوم آزمایش­های انجام شده درباره تحریک پلاسمون­ها و ایده روشی جدید در اندازه ­گیری طول انتشار آنها ذکر می­ شود. در فصل چهارم نیز شبیه­سازی فیلتر های برگ هایبرید پلاسمونیک تشریح می­ شود.

1-2                 بر تاریخچه

امواج سطحی الکترومغناطیسی که در این پایان نامه به نوع خاصی از آن پرداخته می­ شود، می­توانند در امتداد سطح مشترک دو محیط غیرمتشابه حرکت کنند. این امواج در یک قرن گذشته مورد بررسی قرار گرفته­اند.
زنیک[9] درسال 1909 میلادی در خلال بحث­های مخابرات رادیویی اطراف کره زمین زمانی که نیمه بالایی فضا را دی­الکتریک و زمین را هادی فرض کرده بود، با چگونگی انتشار این امواج مواجه شد[2]. چنین موج مشابه­ای با تزویج پرتو الکترومغناطیسی به چگالی بارهای نوسانی در فلزات می ­تواند در سطح مشترک فلز-دی­الکتریک انتشار یابد. البته بعضی از محققان این مد را به عنوان یک موج صوتی که در مدل گاز الکترون آزاد دریای الکترونی فلزات منتشر می شوند ، معرفی کردند[3].
فانو[10] در سال 1941 تشخیص دادکه امواج سطحی که در سطح مشترک فلز و دی­الکتریک منتشر می­شوند مشابه نمونه ­ای از امواجی است که سال­های قبل توسط زنیک و بعد از آن توسط سامرفیلد[11] در سال 1909معرفی شده بودند. تئوری فانو به صورت کامل همراه با روش های آزمایشگاهی در سال 1967 توسط ریچر و بعد از آن توسط بیگلهل[12] اثبات شد. آنها به­ طور جداگانه و با آزمایش­های منسجم تحریک پلاسمون­های سطحی را به روش­های الکترونی و نوری بیان کردند. ریچر توانست به کمک آزمایش رابطه پاشندگی[13] پلاسمون­های سطحی را بدست آورد. او این کار را برای پرتو فرودی با قطبش موازی [14]انجام داده بود درحالی که بیگلهل برای هر دو قطبش موازی و عمودی[15] انجام داد [1].
بعد از تحقیقات دهه 1960 بود که جذابیت امواج پلاسمون سطحی برای محققان بیشتر شد. آنها مشاهده کردند که شدت این امواج که در نزدیکی سطح فلز ایجاد می­ شود می ­تواند بر اثر تغییر محیط تغییر کند. لذا می­توانند برای شناسایی تغییرات اندک ثابت دی­الکتریکی ناشی از لایه­نشانی مولکولی روی سطح بکار رود. این امواج همچنین به عنوان عامل اصلی بهبود در پراکندگی رامان[16] شناخته شده ­اند که امروزه دانشمندان برای یافتن ساختار­های شیمیایی مواد حتی در ابعاد تک مولکولی از آن استفاده می­ کنند[4].
در دهه­های 1980 و 1990 پیشرفت­هایی که در زمینه پلاسمونیک انجام می­شد مربوط به بحث­های بنیادی بود. از جمله این بحث­ها کار روی بهبود سطحی پراکندگی رامان[17] بود. علاوه­براین، با پیشرفت­هایی که برای ابزار های تشخیص ساختار (مانند Scanning Electron And Atomic Force Microscopy) و تکنیک­های ساخت (مانند لیتوگرافی بیم-الکترونی و بیم-یونی[18] و تصویر برداری نانومتری با نور[19]) انجام شد، زمینه تحقیقات گسترده­تر و از فراوانی بالایی برخوردار شد. در نزدیکی سال 2001 حجم تحقیقات نسبت به سال 1990 پنج برابر شد این درحالی است که تعدادمقالات ارائه شده در سال 2011نیز پنج برابر آمار دهه قبل از آن بود. درسال­های اخیر نیز پلاسمونیک از زمینه ­های پرطرفدار و با تحقیقات گسترده در اپتیک شده است.
درمقایسه با پلاسمونیک، از دیگر زمینه ­های پرتحقیق در اپتیک مباحث مربوط به فوتونیک کرستال[20] است. نمودار شکل (‏1-1)تعداد مقالات مبحث پلاسمون[21] و مقالات فوتونیک کریستال را نشان می دهد. این آمار و نمودار توسط مجله نیچر[22] در سال 2012 ارائه شده است. این نمودار عرصه وسیع تحقیقات در زمینه پلاسمونیک با وجود معایب در دست تحقیق آن را نشان می­دهد.
 
1 Momentum
[2] Resolution
[3] Diffraction Limit
[4] Surface Plasmon Polariton
[5] R. H. Raetcher
[6] Scanning Near Field Optical Microscopy

[7] Hybrid
[8] Insulator-mMetal-Insulator Brag Reflector
[9] Zenneck
[10] Fano
[11] Sommerfeld
[12] Beaglehole
[13] Dispersion Relation
[14] P-Polaraized
[15] S-Polarized
[16] Raman Scattering
[17] Surface-Enhanced Raman Scattering
[18] Electron-Beam And Ion-Beam Lithography
[19] Near-Field Scanning Microscopy
[20] Photonic Crystal
[21] Plasmon
[22] Nature Journal
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

در این فصل سعی بر این است تا با معرفی سامانه ناوبری VOR مقدمات لازم جهت بررسی موضوع این پایان‌نامه ارائه گردد. بطور خلاصه می‌توان گفت وظیفه اصلی VOR تعیین اطلاعات زاویه سمت[11] برای هواپیما می‌باشد. سامانه ناوبری VOR در دو نوع CVOR[12] و DVOR[13] ساخته شده است. سامانه VOR شامل دو قسمت فرستنده (ایستگاه زمینی) که سیگنال خود را برای تمام هواپیما‌هایی که در محدوده دریافت باشند، ارسال می‌کند و گیرنده هواپیما که سیگنال را دریافت و بعد از پردازش اطلاعات زاویه سمت را استخراج می‌کند. در این فصل اصول و تئوری عملکرد، ماموریت، کاربردها، مشخصات سیگنال و سایر ویژگی‌ها و پارامترهای سیستمی سامانه CVOR و DVOR بطور مجزا مورد بررسی قرار می‌گیرد. قابل ذکر است در این متن از کلمه VOR برای هر دو سامانه CVOR و DVOR استفاده شده است.

1-1- تعاریف و معرفی واژه‏ها

فاصله شعاعی[14] : به خطی که هواپیما را به ایستگاه وصل می‌کند، فاصله شعاعی گویند که در این متن با نام‌های فاصله یا مسافت[15] : نیز از آن نام برده می‌شود. شکل (1-1) فاصله شعاعی را نشان می‌دهد.
زاویه سمت : به زاویه‌ ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از بدنه هواپیما تا ایستگاه زمینی، در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، زاویه سمت می‌گویند. شکل (1-1) این زاویه را نمایش می‌دهد.

رادیال[16] : به زاویه‌ ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از ایستگاه زمینی تا بدنه هواپیما در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، رادیال گفته می‌شود. شکل (1-1) این مطلب را نمایش داده است.

شکل 1-1- زاویه bearing و فاصله شعاعی

1-2- ماموریت و عملکرد سامانه VOR

سامانه VOR اطلاعات زیر را برای خلبان و ناوبر مهیا می‌کند:
الف – تعیین سمت هواپیما نسبت به ایستگاه زمینی و نمایش اطلاعات سمت
ب – نمایش اطلاعات مربوط به انحراف از مسیر در واحد درجه
پ – شناسایی ایستگاه زمینی به هواپیما از طریق ارسال کد مورس (پیوست 3)
ت – ارتباط رادیویی بین ایستگاه و هواپیما
ث – تعیین جهت حرکت هواپیما نسبت به ایستگاه (نزدیک‌شونده یا دور‌شونده بودن) توسط نمادTO یا FROM
ح – فرود هواپیما

[1] Global positioning system
[2] Tactical Air Navigation
[3] VHF omnidirectional range
[4] Wide Area Augmentation System
[5] Local Area Augmentation System
[6] Inertial Navigation System
[7] visual aural range
[8] Non Directional Beacon
[9] international civil aircraft organization (ICAO)
[10] multipath
[11] Bearing
[12] Conventional VHF Omni directional Range
[13] Doppler VHF Omni directional Range
[14] Salnt Range
[15] Distance
[16] Radial
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

 
رادارها در واقع سنسورهای الکترومغناطیسی هستند که برای موقعیت‏یابی و تعقیب اهداف گوناگون در فضا مورد استفاده قرار می‏گیرند. رادار ها در فرکانس ها و توان های مختلف، برای کاریرد های بسیار متنوع طراحی شده و به کار برده می شوند. مشخصاتی که در رادار ها باید مورد توجه قرار گیرد برد و دقت بالا می باشد. اغلب رادار ها در محدوده فرکانس های باند VHF تا باند C ساخته می شوند. در فرکانس های باند VHF رادار ها دارای برد بلند و دقت پایین بوده و همینطور که فرکانس ها به سمت باند C می روند، برد کاهش پیدا کرده ودر عوض دقت بالاتر می رود. بنابر این بیشترین توجه در رادار ها مربوط به باند های L وS می باشد.در این دو باند یک سازگاری بین دو مساله دقت و برد وجود دارد. بدین معنی که برد رادار نسبتا قابل قبول بوده و رادار دارای دقت خوبی نیز می باشد. در بین این دو باند، باند S نیز بیشترین کاربرد را در سراسر دنیا داشته و بیشترین رادار ها در این باند طراحی و ساخته می شوند.
رادارها در واقع انرژی الکترومغناطیسی را از طریق آنتن در فضا تشعشع[1] می‏کنند. بخشی از انرژی تشعشع شده، به یک شیء که اغلب هدف[2] نامیده می‏شود، برخورد می‏کند و در جهات گوناگون بازتابیده[3] می‏شود. بخشی از این انرژی بازتابیده شده، به سمت رادار منتشر شده و توسط آنتن دریافت می‏گردد و پس از آن، عملیات تقویت و پردازش سیگنال[4]و … بر روی آن انجام می شود.
بنابراین بخش مهمی از سیستم‏های راداری، آنتن است که بسته به مأموریت سیستم، مشخصات گوناگونی می تواند داشته باشد. امروزه استفاده از تکنولوژی رادارهای آرایه فازی[5]که در آن از آنتن های آرایه ای استفاده می شود کاربردهای بسیاری یافته است. آنتن‏های آرایه‏ای مزایای زیادی دارند که از آن جمله می‏توان به توانایی ایجاد جهت دهندگی[6]یا بهره بالا و قابلیت‏های مختلف شکل دهی[7] پرتو اشاره کرد. باند فرکانسی، مأموریت راداری، پهنای باند مورد نظر، میزان توان ارسالی، میزان بهره مورد نظر و … از عوامل تعیین کننده نوع المان به کار رفته در آنتن های آرایه ای است.
آرایه‏های موجبر شکاف‏دار[8] درسال 1943 در دانشگاه McGillدر Montrealابداع گردید..]1[ سادگی هندسه ساختار آنتن‏های موجبری شکاف‏دار، راندمان خوب، توانایی ایجاد امواج با پلاریزاسیون‏های خطی، توانایی ارسال بیم‏های broadside، قابلیت حمل توان بالا و … از ویژگی‏های مهم این نوع آنتن‏ها است که سبب شده در کاربردهای راداری مورد توجه قرار بگیرند. خصوصاً در کاربردهای هوایی این نوع آنتن ها گزینه مناسبی هستند چرا که می توان آنها را بر روی بال ها و بدنه هواپیما قرار دارد. اغلب این نوع آنتن‏ها را می توان در فرکانس های 2 تا 24 گیگا هرتز مورد استفاده قرار داد..]2[
این نمونه آنتن ها به دلیل خواص منحصر به فردی که دارند به صورت گسترده در طراحی وساخت آنتن های آرایه فازی مورد استفاده قرار می گیرند. این آنتن ها بسته به نوع شكاف استفاده شده و نوع ساختار به كار رفته طبقه بندی می شوند. به طور كلی ساختار های این آنتن ها به دو دسته رزونانسی[9] وموج رونده[10] تقسیم می شوند.آرایه های موج رونده به دلیل پهنای باند فرکانسی بالا، در کاربرد های بسیار متعددی استفاده می شوند..]1[
زمانی که نیاز به پلاریزاسیون عمودی می باشد، از شکاف های اریب[11] روی بدنه باریک موجبر استفاده می شود. اما رسیدن به سطح لوب کناری[12] پایین در مورد این آرایه ها همیشه به عنوان یک گلوگاه مطرح بوده است. همچنین شکاف های اریب روی بدنه باریک موجبر دارای پلاریزاسیون متقاطع[13] بسیار بدی می باشند. از این رو تا به حال تلاش های بسیار زیادی برای کاهش پلاریزاسیون متقاطع این نمونه از شکاف ها انجام گرفته است که همگی آن ها از لحاظ ساخت بسیار مشکل می باشند.]3-10[ در این تحقیق یک آرایه موج رونده موجبر شکافداری با سطح لوب کناری و پلاریزاسیون متقاطع پایین که از لحاظ ساخت عملی باشد، در باند Sطراحی وشبیه سازی می شود.

در فصل دوم، تعاریف و مقدمات لازم برای طراحی آنتن های آرایه ای و پارامترهای اساسی این آنتن ها بیان خواهد شد و تئوری اساسی تیلور که به طراحی آنتن آرایه ای با سطح لوب کناری پایین می پردازد مورد بررسی و ارزیابی قرار خواهد گرفت.
در فصل سوم برخی از نمونه های پایه آنتن های موجبر شکاف دار مانند انواع شکاف ها مختلف روی بدنه ها موجبر و همچنین انواع آرایه های موجبر شکاف دار و نحوه طراحی آن ها مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
[1]radiate
[2]target
[3]reflect
[4]Signal processing
[5]Phase array
[6]Directivity
[7]Beam forming
[8]Slot waveguide array
[9]Standing wave
[10]Travelling wave
[11]Inclined slot
[12]Side lobe level
[13]Cross polarization
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
امروزه استفاده از شبکه­ های حسگر بسیار رایج و کاربردی شده است. شبکه­ های حسگر مجموعه ­ای از ادوات حسگر است که با چیدمان مخصوص در محیطی قرار گرفته و با سعی در پوشش کل محیط، هدف خاصی را دنبال می­ کند. هدف در شبکه­ های حسگری ممکن است حس کردن دما برای محیط­های خاص، حس کردن دود برای جلوگیری از آتش گرفتن یا حس کردن نوعی گاز خاص باشد. اما از مهمترین کمیت­های قابل تشخیص بوسیله حسگرها مکان و زمان است که بسیار کاربردی است. با توجه به افزایش کارایی­های مکان­ یابی در کاربردهای مختلف نیاز به اینگونه سیستم­ها روز به روز افزایش می­یابد. گسترش اینگونه سیستم­ها مورد توجه محققان و شرکت­های سازنده قرارگرفته است.
به عنوان مثال مکان اتومبیل­ها در مناطق تحت کنترل و نظامی و بررسی ترافیک­ها در نقاط مختلف و کنترل ناوگان مسافربری از جمله کاربردهای اخیر مکان­ یابی است که از سیستم­های مکان­ یابی GPS استفاده می­ کند.
اما مکان­ یابی اشخاص در انبارهای تجهیزات، بیمارستان­های بزرگ، مکان­های امنیتی در فضاهای داخلی با بهره گرفتن از سیستم­هایGPS امکان­ پذیر نیست. زیرا این سیستم­ها دارای ارتباط ماهواره­ای بوده و نیاز به خط دید مستقیم با گیرنده دارند و گیرنده باید همزمان با چهار گره مرجع ماهواره­ای در تماس باشد. این گونه محدودیت­ها استفاده از این سیستم­ها را در فضای داخلی تقریبا غیرممکن می­سازد. به علاوه این­ سیستم­ها در ماژول مکان­یاب نیاز به توان ارسالی بالا برای تبادل اطلاعات با گره­های مرجع[4] وجود دارد و استفاده از این ماژول­ها را با بهره گرفتن از تغذیه باتری با مشکل روبرو می­ کند. یکی از مشکلات مهم دیگر این سیستم­ها، دقت نسبتا” پایین آن­ها در حدود چندین متر است [1] .
در کاربردهای دقیق­تر مانند ربات­های متحرک[5]، ربات­های فوتبالیست و مکان­ یابی اشخاص در فضاهای بسته امنیتی بیمارستان­های بزرگ استفاده از سیستم­های GPS مقدور نبوده و سیستم­های ساخته شده از شبکه­ های حسگری استفاده می­ شود. بنا براین شبکه­ های بی­سیم محلی[6] برای فضاهای داخلی استفاده می­گردد. اما اینگونه سیستم­ها نیز از لحاظ دقت کارآمد نیستند. در مکان­ یابی­های دقیق، سیگنالینگ فراپهن­باند پیشنهاد می­ شود. در جدول زیرکاربردهای مختلف مکان­ یابی با دقت­های مورد نیاز مشاهده می­گردد[2] .
 

جدول1-1: کاربرد و دقت مورد استفاده برای انواع مکان­ یابی
همانطور که در این جدول دیده می­ شود اکثر کاربردهای مهم مکان­ یابی نیاز به دقت­های سانتی­متر تا حداکثر متر دارند.
از ویژگی­های سیگنال­های فراپهن­باند، قابلیت تفکیک سیگنال­ها از مسیرهای مختلف به­ دلیل باریک بودن پالس­ها است. قابلیت دیگر نفوذ و عبور از دیواره­ها و البته انتقال داده با نرخ­های بالا به دلیل پهنای باند وسیع است.
[1] GPS
[2] GLONASS
[3] Galileo
[4]Anchor
[5]Mobile Robot
[6]WLAN
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تولید و تقویت بسامدهای رادیویی[1] قلب مخابرات ماهواره­ای و کاربردهای الکترونیک نوری است. صنعت مخابرات به­دنبال تقویت کننده­ های بسامد رادیویی در مقیاس کوچک­تر و موثرتر در بسامد­های بالاتر است. نانوساختارها به­ دلیل ویژگی­های منحصربه­فردشان این نیازها را برآورده می­ کنند. در این پایان نامه ویژگی­های ساختار گرافین و نحوه شکل­ گیری نانولوله­های کربنی از آن را بیان می­کنیم، شباهت­ها و تفاوت­های ساختار نانولوله کربنی[2] و تقویت­کننده لوله­ای موج رونده[3] را بررسی کرده و علت فیزیکی تقویت در این دو ساختار را مقایسه می­کنیم. معادله بولتزمن که برای نانولوله­های کربنی با بایاس همزمان AC و DC به­کارمی­رود را بررسی می­کنیم و به­تحلیل فیزیکی رسانایی تفاضلی منفی[4] ایجادشده در نمودارهای به­دست آمده می­پردازیم. با توجه به­عدم تطبیق امپدانسی که در استفاده از نانولوله­های کربنی در دنیای واقعی رخ می­دهد باید بستر مناسبی برای کاهش عدم تطبیق امپدانس طراحی کنیم. در این طراحی از موج­بر هم­صفحه به­ دلیل مزایایی که دارد مانند ظرفیت بسامد بالا، قابلیت ساخت در ابعاد زیر میکرو و… استفاده می­کنیم. در مسیر عبور سیگنالِ موج­بر هم­صفحه یک فضای خالی برای جاسازی نانولوله کربنی ایجاد می­کنیم، سعی بر­این است که این فضای خالی تا حد امکان کوچک باشد تا تعداد نانولوله­های کربنی به­کار رفته کاهش یابد. ساختار پیشنهاد شده باعث کاهش عدم تطبیق امپدانس شد.
کلید­واژه: نانولوله­های کربنی، تقویت در نانولوله­های کربنی بایاس­شده، معادله بولتزمن، رسانایی تفاضلی منفی.
 

فهرست مطالب

فصل 1-  معرفی نانولوله­های کربنی 1
1-1- دیباچه 3
1-2- گرافین و نحوه ساخت نانولوله­های کربنی از گرافین 3
1-3- انواع نانولوله­های کربنی 9
1-3-1-   نانولوله کربنی زیگزاگ … 13
1-3-2-   نانولوله کربنی مبلی … 14
1-4- مباحث فیزیکی 15
1-4-1-   ناحیه­ی بریلوین 15
1-4-2-   حالت بلاخ 15
1-4-3-   نوسان­های بلاخ 16
1-5- تقویت­کننده لوله­ای موج رونده 17
1-6- کاربرد نانولوله­های کربنی 19
1-7- مطالب پایان نامه 19
فصل 2-  معادله بولتزمن 21
2-1- دیباچه 23
2-2- رسانایی تفاضلی منفی 23
2-3- معادله بولتزمن 24
2-4- معادله جریانِ رسانایی بر حسب میدان اعمالی 24
فصل 3-  ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولوله­های کربنی 33
3-1- دیباچه 35
3-2- مدل مداری نانولوله­های کربنی 35
3-3- عدم تطبیق امپدانس 37
3-4- ساختار کلی موج­بری الکترومغناطیسی و روش برقراری اتصال 38
فصل 4-  شبیه­سازی نانولوله کربنی با بایاسDC و AC 41
4-1- دیباچه 43
4-2- شبیه­سازی نانولوله کربنی با بایاس DC 43
4-3- شبیه­سازی با بهره گرفتن از معادله­های بولتزمن و با درنظر گرفتن بایاس DC و AC 49
4-3-1-   نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (0،12) 49
4-3-2-   نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (10،0) 54
4-3-3-   نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (100،0) 56
فصل 5-  شبیه­سازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولوله­های کربنی 61
5-1- دیباچه 63
5-2- شبیه­سازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولوله کربنی 63
فصل 6-  نتیجه ­گیری­ها و پیشنهادها 71
6-1- نتیجه ­گیری­ها 73
6-2- پیشنهادها 74
مرجع­ها……. 75
واژه­نامه فارسی به­انگلیسی 77
واژه­نامه انگلیسی به­فارسی 79



فهرست شکل‌‌ها
شکل (‏1‑1) اوربیتال­های اتمی اتصال کربن-کربن در صفحه گرافین [1]. 4
شکل (‏1‑2) شبکه فضای حقیقی گرافین. سلول واحد به­رنگ خاکستری است [1]. 4
گرافین. ناحیه­ی بریلوین به­رنگ خاکستری نشان داده شده است [1]. 5
شکل (‏1‑4) دیاگرام پاشندگی انرژی گرافین [1]. 7
شکل (‏1‑5) گرافین یک صفحه تک­اتمی از گرافیت است. نانولوله کربنی از لوله کردن گرافین به­شکل استوانه توخالی ایجاد می­ شود [1]. 8
شکل (‏1‑6) ساختار شش­گوشه در صفحه مختصات گرافین [2]. 9
شکل (‏1‑7) صفحه مختصات گرافین. مسیر مبلی به­رنگ نارنجی، مسیر نامتقارن به­رنگ سبز و مسیر زیگزاگ به­رنگ آبی است [2]. 10
شکل (‏1‑8) شبکه و سلول واحد فضای واقعی نانولوله کربنی (الف) از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3) [1]. 12
و ناحیه بریلوین (الف) نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3) [1]. 12
شکل (‏1‑10) دیاگرام پاشندگی الکترونی (الف) نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3). ناحیه سایه­خورده زیرِ انرژی فرمی، منطبق با باند ظرفیت است [1]. 14
شکل (‏1‑11) احتمال اشغال الکترون برای (الف) (ب) [5]. 17
شکل (‏1‑12) ساختار تقویت­کننده لوله­ای موج رونده [6]. 17
شکل (‏2‑1) چگالی جریان نرمالیزه­شده برحسب بسامد زاویه­ای برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (سبزرنگ) و مبلی (نقطه­چین قرمزرنگ) و ابرشبکه­ ها (سیاه­رنگ) [8]. 29
شکل (‏2‑2) چگالی جریان نرمالیزه­شده برحسب میدان الکتریکی DC اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (سبزرنگ) و مبلی (نقطه­چین قرمزرنگ) و ابرشبکه­ ها (سیاه­رنگ) [8]. 30
شکل (‏2‑3) مشخصه رسانایی تفاضلی نرمالیزه­شده برحسب میدان الکتریکی DC اعمالی [8]. 31
شکل (‏3‑1) مدل مداری نانولوله کربنی [1]. 37
شکل (‏3‑2) نمایش عدم تطبیق امپدانس بین نانولوله کربنی و دنیای مقیاس بزرگ [1]. 38
شکل (‏3‑3) ساختار موج­بر هم­صفحه (الف) نمای بالا (ب) نمای کنار [1]. 38
شکل (‏3‑4) ساختار موج­بر هم­صفحه مورد استفاده و نحوه کاهش دادن عرض ناحیه میانی، محلی که نانولوله کربنی قرار خواهد گرفت [1]. 39
شکل (‏4‑1) سلول واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 45
شکل (‏4‑2) با گزینش سلولِ واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0)، 4 بار تکرار می­ شود. 46
شکل (‏4‑3) حالت بلاخ نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 46
شکل (‏4‑4) اعمال بایاس DC به­نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0) با . 47
شکل (‏4‑5) نمودار I-V به­دست آمده برای نانولوله کربنی با .    48
شکل (‏4‑6) رسانایی تفاضلی منفی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 49

شکل (‏4‑7) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 50
شکل (‏4‑8) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 51
شکل (‏4‑9) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 51
شکل (‏4‑10) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 53
شکل (‏4‑11) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 53
شکل (‏4‑12) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 54
شکل (‏4‑13) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با< br />. 55
شکل (‏4‑14) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با . 55
شکل (‏4‑15) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با . 56
شکل (‏4‑16) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 57
شکل (‏4‑17) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 58
شکل (‏4‑18) جریان نرمالیزه­شده برحسب ولتاژ DC نرمالیزه­شده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 58
شکل (‏5‑1) ساختار موج­بر هم­صفحه برای بررسی عبور موج از درون نانولوله کربنی [14]. 64
شکل (‏5‑2) ساختار پیشنهادی برای بررسی تطبیق امپدانس. 64
شکل (‏5‑3) نحوه قرارگیری نانولوله کربنی (مسیر آبی­رنگ) درون ساختار پیشنهادشده با بزرگ­نمایی محل قرارگیری نانولوله کربنی درون شکافِ شکل (5-2) 65
شکل (‏5‑4) نحوه زمین کردن رسانای کناری در موج­بر هم­صفحه. 66
شکل (‏5‑5) خطوط میدان الکتریکی (الف) مد زوج (ب) مد فرد [1]. 66
شکل (‏5‑6) قسمت حقیقی و موهومی رسانایی دینامیکی نانولوله کربنی از نوع مبلی [15]. 67
شکل (‏5‑7) تطبیق امپدانس ایجادشده با بهره گرفتن از ساختار شبیه سازی­شده برای کاهش عدم تطبیق امپدانس. 68
شکل (‏5‑8) سیگنال ورودی (قرمز رنگ) سیگنال خروجی (نارنجی رنگ). 69
شکل (‏5‑9) نمایش تقویت سیگنال. با بزرگ­نمایی کردن شکل (‏5‑8). 69
 
 

فصل 1-        معرفی نانولوله­های کربنی

1-1-         دیباچه

نانولوله­های کربنی[5] برای اولین بار توسط ایجیما[6] در سال 1991 کشف شدند و پس از آن تلاش­ های بسیاری برای پیش ­بینی ساختار الکترونیک آن­ها انجام شده است. به­ دلیل ویژگی­های منحصربه­فردشان مانند :رسانایی بالا، انعطاف­پذیری، استحکام و سختی بسیار مورد توجه قرار گرفتند [1]. در این فصل به­بررسی ساختار نانولوله­های کربنی و نحوه ساخت آن­ها از گرافین می­پردازیم. انواع نانولوله­های کربنی و نحوه شکل­ گیری آن­ها را توضیح داده، مباحث فیزیکی بسیار مهم در نانوساختارها را بیان می­کنیم. همچنین ساختار تقویت­کننده لوله­ای موج رونده[7] را مورد بررسی قرار می­دهیم.

1-2-         گرافین و نحوه ساخت نانولوله­های کربنی از گرافین

گرافین یک تک­لایه از گرافیت است. همان­طور که در شکل (‏1‑1) نشان داده شده است، اتصال کربن-کربن در گرافین توسط اوربیتال­های پیوندی، ²sp، اتصال­های s را تشکیل می­ دهند و باقیمانده اوربیتال­ها، _zp، اتصال­های π را تشکیل می­دهند. اتصال­های π و s به­صورت زیر تعریف می­شوند:
s اتصال­های درون صفحه­ای را تشکیل می­دهد، در حالی­که اتصال­های π، از نوع اتصال­های بیرون صفحه­ای است که هیچ­گونه برخوردی با هسته ندارند. اتصال­های s در گرافین و نانولوله­های کربنی خصوصیت­های مکانیکی قوی را ایجاد می­ کنند. به­عبارت دیگر رسانایی الکترون به­ طور گسترده از طریق اتصال­های π است. با توجه به­شکل (‏1‑1) می­توان به­این خصوصیت پی برد. همان­طور که دیده می­ شود هیچ­گونه صفری[8]‌ در اوربیتال­های اتصال π نیست، الکترون­ها آزادانه اطراف شبکه حرکت می­ کنند که اصطلاحا غیرمحلی شده[9] گفته می­شوند و یک شبکه متصل تشکیل می­ دهند که نحوه­ رسانایی گرافین و نانولوله­های کربنی را توضیح می­دهد [1].
شکل (‏1‑1) اوربیتال­های اتمی اتصال کربن-کربن در صفحه گرافین [1].
شبکه فضای حقیقی دو-بعدی گرافین در شکل (‏1‑2) نشان داده شده است. سلولِ واحد گرافین از دو اتم مجزا با فاصله­ی درون­اتمی تشکیل شده است. بردارهای واحدِ آن به­شکل زیر هستند:
(‏1‑1)                           
که در آن ثابت­شبکه است. سلول واحد از دو بردار شبکه تشکیل شده است، که در شکل (‏1‑2) به­رنگ خاکستری است [1].
شکل (‏1‑2) شبکه فضای حقیقی گرافین. سلول واحد به­رنگ خاکستری است [1].
 
شبکه دوبعدی فضای k در شکل (‏1‑3) نشان داده شده است. بردارهای واحد هم­پاسخ ₁b و ₂b توسط معادله زیر قابل دست­یابی هستند:
(‏1‑2)                                      
که d_ij دلتای کرونِکر است. در نتیجه:
(‏1‑3)
ثابت شبکه هم­پاسخ است. اولین ناحیه­ی بریلوین[10] گرافین درشکل (‏1‑3) به­رنگ خاکستری نشان داده شده است [1].
شکل (‏1‑3) شبکه فضای k گرافین. ناحیه­ی بریلوین به­رنگ خاکستری نشان داده شده است [1].
مدل اتصال محکم[11] به­ طور معمول برای دست­یابی به­شکل تحلیلی پاشندگی انرژی الکترونی و یا ساختار باند E گرافین به­کار می­رود. چون حل معادله شرودینگر عملا در سامانه­های بزرگ غیرممکن است مدل­های تقریبی زیادی با افزایش یافتن پیچیدگی موجود است. تقریب اتصال محکم به­عنوان یکی از ساده­ترین روش­ها شناخته شده است. در این قسمت به­توضیحی مختصر درباره چگونگی دست­یابی به­رابطه پاشندگی الکترونی گرافین پرداخته می­ شود. چند فرض اولیه زیر را در نظر می­گیریم:

• برهم­کنش الکترون-الکترون را نادیده می­گیریم. این یک مدل تک­الکترونی است.

• تنها اتصال­های π در رسانایی تاثیر دارند.

• ساختار گرافین، بینهایت بزرگ، کاملا متناوب و هیچ­گونه نقصی ندارد.

برای رسیدن به­تابع پاشندگی گرافین باید معادله شرودینگر برای یک الکترون مورد اعمال پتانسیلِ شبکه، مانند زیرحل شود:
(‏1‑4)           
H همیلتونینِ شبکه، U پتانسیل شبکه،m جرم الکترون، _jE تابع ویژه وY_j انرژی ویژه برای j­امین باند با بردار موج k است. چون این یک مسئله متناوب است، تابع ویژه (یا تابع بلاخ[12]) باید تئوری بلاخ را که به­شکل زیر داده شده برآورده کند:
(‏1‑5)
بردار شبکه براوایس[13] است، r₁ و r₂ عددهای صحیح هستند [1]. بنابراین تابع موج در فضای هم­پاسخ با بردار شبکه هم­پاسخ متناوب است که q₁ و q₂ عدد صحیح هستند:
(‏1‑6)
در نهایت ساختار باند گرافین به­شکل زیر تقریب زده می­ شود [1]:
(‏1‑7)
پارامتر انتقال g₀ با محاسبه­های فرض اولیه[14] حدود 7/2 الکترون­ولت تخمین زده می­ شود. همان­طور که انتظار می­رود مقدار­های انرژی مثبت و منفی به­ترتیب به­باند رسانایی و ظرفیت اشاره دارد. پاشندگی گرافین در شکل (‏1‑4) نشان داده شده است. دیده می­ شود که گرافین هیچ­گونه باند توقفی ندارد و نیمه­رسانا با باند توقف صفر است. اگرچه کلمه رسانا به­گرافین یا نانولوله­ی کربنی با باند توقف صفر اشاره دارد. نقاطی که از انرژی فرمی عبور می­ کنند نقاط kگویند و با لبه­های شش­گوشه[15] برخورد دارند. بیشترین مشخصه­های رسانایی الکترونیک با بایاس کم توسط نواحی اطراف نقاط k تعیین می­شوند [1].
[1] Radio frequencies: RFs
[2] Carbon nanotube: CNT
[3] Traveling wave tube: TWT
[4] Negative differential conductivity: NDC
[5] Carbon nanotubes: CNTs
[6] Ijima
[7] Traveling wave tube: TWT
[8] Null
[9] Delocalized
[10] Brillouinz one: BZ
[11] Tight binding
[12] Bloch
[13] Bravais
[14] First principle
[15] Hexagon
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است