تماس و مشورت با مدرس دوره : 09153516772

چکیده:

 

در این مطالعه پس از بررسی جاذب‌های باند میلیمتری، سطوح انتخابگر فرکانس (FSS )، به‌طور خاص مورد بررسی قرار گرفته است. می‌توان با استفاده از این سطوح، جاذب‌هایی با ضخامت کم و پهنای باند خیلی زیاد طراحی کرد. در این کار برای تحلیل FSS، روشی جدید بیان شده که می‌توان از آن برای طراحی و تحلیل جاذب موج الکترومغناطیسی استفاده کرد. این روش کلی بوده و برای سطوح چند لایه، اعم از FSS با سطوح فلزی و FSS تشکیل شده از حفره‌ها به‌کار می‌رود. روش مطرح شده در این مطالعه، محدود به FSS نیست و می‌توان از آن برای پیداکردن میدان‌های پخش شده از دیگر اجسام هادی دو بعدی نیز استفاده کرد؛ به‌عنوان مثال، سطح مقطع راداری یک دیسک هادی، با نسبت قطر به طول موج‌های مختلف به‌دست آورده شده و نتایج حاصل، با نتایج مقالات قبلی تأیید شده است. مزیت اصلی این روش، زمان اجرای کوتاه آن توسط کامپیوتر بوده که امکان استفاده از آن را در الگوریتم‌های بهینه‌سازی فراهم می‌کند. در فصلی جداگانه از این مطالعه، روش تحلیل سطوح انتخابگر فرکانس با نرم‌افزار HFSS توضیح داده شده است که می‌توان با استفاده از آن، نتایج حاصل از این روش جدید را با نتایج نرم‌افزار HFSS مقایسه کرد.

 

 

فهرست:

فهرست علایم و نشانه‌ها  ‌ج

فهرست جدول‌ها ‌د

فهرست شکل‌‌ها  ‌ه

فصل ۱- جاذب های موج میلیمتری           ۱

۱-۱-      مقدمه   ۱

۱-۲-      لایه های مقاومتی شفاف ۲

۱-۳-      بررسی جاذب باند W با استفاده از پرمالوی          ۵

۱-۴-      جاذب های متامتریال     ۷

۱-۵-      جاذب با استفاده از سطح انتخابگر فرکانس ۹

۱-۶-      جاذب موج میلیمتری با استفاده از فریت شش ضلعی نوع M          ۱۲

فصل ۲- سطوح انتخابگر فرکانس   ۱۶

۲-۱-      مقدمه   ۱۶

۲-۲-      معرفی سطوح متناوب     ۱۶

۲-۲-۱-  تاریخچه ای مختصر          ۱۶

۲-۳-      معرفی مدهای فلوکه در آرایه های بی نهایت         ۱۷

۲-۳-۱-  تبدیل فوریه      ۱۸

۲-۳-۲-  سری فوریه برای توابع متناوب    ۱۸

۲-۳-۳-  سری فلوکه        ۲۰

۲-۳-۴-  معرفی سری فلوکه دوبعدی        ۲۱

۲-۴-      آرایه های فعال و غیر فعال         ۲۳

۲-۵-      آرایه های تشکیل شده از سطوح فلزی و آرایه های روزنه ای           ۲۳

۲-۶-      لوب های اضافی ۲۴

۲-۷-      سطوح انتخابگر فرکانس   ۲۴

۲-۷-۱-  المان های FSS  ۲۴

۲-۷-۲-  اندازه المان ها   ۲۶

۲-۷-۳-  اثر بارگذاری دی الکتریک           ۲۷

۲-۷-۴-  مدار معادل سطح انتخابگر فرکانس           ۳۰

۲-۷-۴-۱-           آرایه ای از سطوح فلزی   ۳۰

۲-۷-۴-۲-           آرایه ای از نوارهای هادی           ۳۴

۲-۷-۵-  مواد به کار رفته در ساخت سطوح گزینشگر فرکانس ۳۵

فصل ۳- شبیه سازی سطوح متناوب با استفاده از نرم افزار HFSS      ۳۷

۳-۱-      مقدمه   ۳۷

فصل ۴- روش جدید به کار رفته در این مطالعه برای تحلیل FSS       ۴۳

۴-۱-      فرمول بندی ریاضی       ۴۳

۴-۲-      تحلیل جاذب مبتنی بر FSS بر اساس روش جدید پیشنهادی          ۵۳

۴-۳-      تحلیل جاذب چند لایه     ۵۶

۴-۴-      تحلیل و مقایسه FSS خازنی         ۵۸

۴-۵-      تحلیل جاذب امواج میلیمتری GHz110-75           ۶۱

۴-۶-      طراحی و تحلیل جاذب امواج میلیمتری GHz 60-30           ۶۳

فصل ۵- نتیجه‌گیری و پیشنهادها  ۶۶

۵-۱-      نتیجه‌گیری        ۶۶

۵-۲-      پیشنهادات        ۶۷

فهرست مراجع    ۶۹

فهرست علایم و نشانه‌ها

عنوان   علامت اختصاری

تابع بسل          

فرکانس

عدد موج فضای آزاد       

تابع گرین

 

فهرست جدول‌ها

عنوان   صفحه

جدول ‏۱ ۱: گذردهی نسبی مختلط و ضخامت لایه های جاذب ۴

جدول ‏۱ ۲ : مقادیر سلول منفرد متامترالت           ۸

جدول ‏۳ ۱: پارامترهای سطح انتخابگر فرکانس به عنوان جاذب         ۳۹

جدول ‏۳ ۲: پارامترهای مربوط به یک سطح انتخابگر فرکانس به عنوان جاذب  ۴۰

جدول ‏۴ ۱ : مقادیر RC جاذب خازنی         ۶۰

جدول ‏۴ ۲: ضخامت لایه های سطح خازنی   ۶۱

جدول ‏۴ ۳: مقادیر RC پچ های مربعی شکل در جاذب دو لایه خازنی  ۶۱

جدول ‏۴ ۴: مشخصات ساختمانی جاذب دو لایه برای جذب در محدوده GHz 60-30     ۶۳

 

فهرست شکل‌‌ها

عنوان   صفحه

شکل ‏۱ ۱: یک نمونه جاذب لایه شفاف ۱۲ لایه [۵]   ۳

شکل ‏۱ ۲: مدار معادل جاذب لایه شفاف [۵]          ۴

شکل ‏۱ ۳: خواص جذبی جاذب لایه شفاف [۵]        ۵

شکل ‏۱ ۴: (الف) جاذب پرمالوی، (ب)جاذب قرار گرفته در موجبر، (ج) موجبر مورد استفاده [۷]            ۶

شکل ‏۱ ۵: بازتابش از جاذب پرمالوی برای باند W [7]        ۷

شکل ‏۱ ۶: الف: تشدیدکننده حلقوی، ب: نوار تزویج مغناطیسی، ج: یک سلول تنها از متامترالع [۱۰]   ۸

شکل ‏۱ ۷: خاکستری کمرنگ (سبز به صورت آنلاین) بیانگرو خط سیاه(قرمز به صورت آنلاین) بیانگراست که از صفر تا یک رسم شده اند(محور سمت چپ). Tω (خط خاکستری، آبی به صورت آنلاین) از صفر تا % ۵ رسم شده است [۱۰].   ۹

شکل ‏۱ ۸: دو ساختار سطح انتخابگر فرکانس که در مرجع [۱۱] معرفی شده اند.          ۱۱

شکل ‏۱ ۹: شدت جذب جاذب های مختلف FSS [11]           ۱۱

شکل ‏۱ ۱۰: فریت شش ضلعی نوع M [12]           ۱۲

شکل ‏۱ ۱۱: شماتیک اندازه گیری شدت جذب [۱۲]           ۱۳

شکل ‏۱ ۱۲: پارامترهای ساختمانی برای یک ترکیب فریتی که در [۱۲] با اندازه گیری به دست آمده است.      ۱۵

شکل ‏۱ ۱۳: شدت جذب برای یک ترکیب فریت [۱۲]         ۱۵

شکل ‏۲ ۱: مقایسه طیف تابع متناوب با طیف تابع غیر متناوب          ۲۰

شکل ‏۲ ۲: نمودار شبکه متناوب    ۲۲

شکل ‏۲ ۳ : نمونه دو آرایه مکمل   ۲۳

شکل ‏۲ ۴: یک سطح انتخابگر فرکانس در حالت کلی ۲۵

شکل ‏۲ ۵: انواع المان های به کار رفته در FSS        ۲۶

شکل ‏۲ ۶: اثر دی الکتریک در تغییرات فرکانس تشدید FSS           ۲۸

شکل ‏۲ ۷: تأثیر دی الکتریک بر فرکانس تشدید    ۲۹

شکل ‏۲ ۸: (الف) آرایه ای متناوب از نوار ها. (ب) آرایه ای از پچ های مربعی ۳۰

شکل ‏۲ ۹: (الف) مدل خط انتقال برای آرایه ای از پچ ها در فضای آزاد. (ب) مدل خط انتقال برای حالتی که پچ ها روی دی الکتریکی باشند که پشت آن فلز است.      ۳۳

شکل ‏۲ ۱۰: مقایسه نمودارهای به دست آمده برای بازتابش از سطح مربعی [۱۵].      ۳۴

شکل ‏۲ ۱۱: (الف) آرایه ای از نوارها با ضخامت کم، (ب) آرایه مکمل (الف)   ۳۵

شکل ‏۳ ۱: نسبت دادن شرایط مرزی مستر و اسلیو در نرم افزار HFSSبه یک سلول منفرد از سطح متناوب         ۳۸

شکل ‏۳ ۲: افت بازگشتی جاذب FSS دایروی          ۳۹

شکل ‏۳ ۳: نمودار بازتابش FSS برای محدوده GHz60-30    ۴۱

شکل ‏۳ ۴: یک سلول تنها از FSS روزنه ای ۴۱

شکل ‏۳ ۵: نمودار اندازه پارامترهای S11 و S21 برای FSS لوزی شکل           ۴۲

شکل ‏۴ ۱: بررسی اسکترینگ از یک دیسک هادی   ۴۶

شکل ‏۴ ۲: مقایسه جریانهای به دست آمده ناشی از برخورد عمودی موج صفحه ای(a=2λ ) که میدان الکتریکی آن موازی محور y است. سمت راست HFSS، سمت چپ روش این مطالعه.        ۴۹

شکل ‏۴ ۳ : RCS بی استاتیک به دست آمده از روشهای مختلف (بالا)، نتایج روش پیشنهادی (پایین). ۵۰

شکل ‏۴ ۴: مقایسه سطح مقطع راداری در صفحه xz برای inch2a= و GHz10 f= 51

شکل ‏۴ ۵: مقایسه سطح مقطع راداری در صفحه yz برای inch2a= و GHz10 f= 52

شکل ‏۴ ۶: مقایسه سطح مقطع راداری در صفحه yz برای cm2a= و GHz6 f=     ۵۲

شکل ‏۴ ۷: ساختار یک FSS که در معرض تابش یک موج صفحه ای قرار گرفته است.     ۵۳

شکل ‏۴ ۸: یک سلول منفرد از FSS دو لایه ۵۸

شکل ‏۴ ۹ : هندسه سطح انتخابگر فرکانس خازنی و مدار معادل آن   ۶۰

شکل ‏۴ ۱۰: مدار معادل سطح انتخابگر فرکانس معرفی شده در مرجع [۳۰]    ۶۰

شکل ‏۴ ۱۱: مقایسه روش پیشنهادی این مطالعه در محاسبه بازتابش جاذب خازنی با نتیجه نرم افزار HFSS       ۶۱

شکل ‏۴ ۱۲: یک سلول تنها از جاذب مطرح شده در مرجع [۱۱]         ۶۲

شکل ‏۴ ۱۳: مقایسه روش به کار رفته در این مطالعه با نتیجه مرجع [۱۱] در طراحی جاذب امواج میلیمتری         ۶۲

شکل ‏۴ ۱۴: مقایسه شدت جذب به دست آمده از جاذب به روش این مطالعه با نتیجه HFSS     ۶۴

 

مقدمه : 

 

در این پایان نامه، ابتدا جاذب های مختلف باند میلیمتری معرفی می شوند. سپس در فصل دوم، سطوح انتخابگر فرکانس، به طور خاص مورد مطالعه قرار می گیرند. مزیت اصلی این سطوح در طراحی جاذبه نسبت به دیگر ساختارها، پهنای باند جذب زیاد و ضخامت کم است.

در فصل سوم، نحوه تحلیل این سطوح با استفاده از نرم افزار HFSS توضیح داده شده است. در ادامه مطالعه، در فصل چهارم، برای تحلیل سطوح انتخابگر فرکانس، روشی تحلیلی پیشنهاد شده است. این روش، جدید است و با استفاده از آن می توان بازتابش از FSS را به دست آورد. مزیت اصلی این روش، کلی بودن و سرعت اجرای بالای آن نسبت به روش های دیگر است.

در این بخش به مطالعه در مورد جاذب های موجود در باند میلیمتری می پردازیم. امواج در محدوده فرکانسی GHz ۳۰ – ۳۰۰ را امواج میلیمتری می نامند. رادارهای موج میلیمتری، در زمینه های گستردهی نظامی، تجاری، امنیتی و اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند.

حسگرهای مبتنی بر موج میلیمتری در بیشتر موارد دارای دقت بیشتری نسبت به حسگرهای مایکروویو با زیر قرمز هستند. در کاربردهای نظامی، رادارهای موج میلیمتری دارای تفکیک پذیری بهتری نسبت به رادارهای فرکانس پایین تر هستند.

امواج تولید شده از این رادارها، نسبت به رادارهای زیر قرمز دارای قدرت نفوذ بیشتری به داخل مه و گرد و غبار هستند. امواج میلیمتری در رادارهای مورد استفاده در وسایل نقلیه، برای تشخیص فاصله با ماشین جلویی به کار گرفته می شوند سیستم های راداری از دو مشکل بزرگ رنج می برندکه یکی از آنها تصاویر غلط تداخل سیستم به سیستم. پژواک های غلط نیز باعث ایجاد مخاطره می شوند. این مشکلات با استفاده از یک جاذب مناسب قابل حل هستند.

با توجه به کاربرد گسترده امواج میلیمتری، تهیه جاذب برای آنها، بسیار مورد توجه است. طرحهای مطرح شده به عنوان جاذب برای امواج میلیمتری، بسیار متنوع هستند که در این فصل، چند مورد از آنها ذکر میشود.

انتخاب سطوح انتخابگر فرکانس به عنوان جاذب، دارای مزایایی از جمله ضخامت کم و پهنای باند زیاد است که در این مطالعه به طور گسترده به آن پرداخته میشود.

 

نتیجه گیری: 

 

 

سطوح انتخابگر فرکانس ابزارهایی کار آمد و عملی در فیلتر کردن امواج مایکروویو و میلیمتری هستند. این ساختارها در زمینه های بسیاری مانند سیستمهای راداری، مخابراتی، امنیتی و نظامی مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین در پوشش های الکترومغناطیس نیز کاربرد دارند .

سطوح انتخابگر فرکانس ساخته شده از پچهای مقاومتی، به عنوان جاذب امواج مایکروویو و میلیمتری مورد استفاده قرار گرفته اند. می توان در مخابرات داخل ساختمان و LAN ها نیز از آنها استفاده نمود

امپدانس سطحی در یک جاذب ایده آل با امپدانس ذاتی هوا برابر است. اگر بخواهیم از لایه های فلزی که روی دی الکتریک لایه نشانی شده اند استفاده کنیم، ضخامت این لایه ها باید آنقدر کوچک باشد که عملی نیست ولی اگر همین سطوح را به صورت متناوب به کار ببریم، به ساختارهایی با ضخامتهای عملی تر می رسیم.

این مطالعه نشان میدهد که بررسی تحلیلی یک سطح انتخابگر فرکانس، موقعی که فقط از سطوح فلزی با حفره های هادی کامل تشکیل شده باشد، به راحتی امکان پذیر است. می توان با پذیرفتن اندکی تقریب، اثر رسانایی محدود فلز به کار رفته و ضخامت آن را نیز در نظر گرفت. جاذب یک لایه در محدوده GHz ۷۵ – ۱۱۰ ، مورد بررسی قرار گرفت. به علاوه جاذب دولایه نیز در محدوده فرکانسی GHz ۳۰ – ۶۰ بررسی شد و صحت نتایج، با نرم افزار HFSS تأیید گردید.

ذکر این نکته لازم است که موقعی که از این روش برای طراحی سطوح چند لایه استفاده می کنیم باید دقت کنیم که فاصله این لایه ها از ربع طول موج مد غالب (۰= m . m) کمتر نباشد؛ چرا که اصولا امپدانس نسبت داده شده به SSهم از روی اطلاعات میدان های دور آن به دست آمده است.

همان طور که در متن پایان نامه ذکر شد در بیشتر طرح های عملی SS مد غالب انتشاری، همان مد (۰= m . r) است و بقیه به سرعت تضعیف می شوند. این حقیقت به ما این اجازه میدهد که با استفاده از امپدانس نسبت داده شده به یک لایه FSSتنها، بتوانیم FSSچند لایه رانیز تحلیل کنیم. نمودارهای بهدست آمده در این مطالعه مؤید این ادعاست  

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

رایگان – خرید

————————————————————————————————————————————–