یکی از اجزای اصلی در یک فرستنده ی مخابراتی تقویت کننده ی توان رادیویی می باشد. از آن جایی که در نسل های جدید مخابرات بی سیم از مدولاسیون هایی نظیر ofdm استفاده می شود و با توجه به تغییرات شدید دامنه ی سیگنال ارسالی در این مدولاسیون، خطی بودن تقویت کننده ی توان اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. زیرا خطی نبودن تقویت کننده ی توان در این نوع از مدولاسیون، باعث از دست رفتن اطلاعات سیگنال وگستردگی طیف آن به باندهای فرکانسی مجاور می شود. از طرف دیگر چون تقویت کننده ی توان پرمصرف ترین بخش فرستنده است طراحی آن با بازدهی بالا برای یک فرستنده ی قابل حمل از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در تقویت کننده های توان رابطه ی معکوسی بین بازده و میزان خطی بودن وجود دارد و عمدتا تقویت کننده های توان با بازده بالا، غیرخطی تر هستند. بنابراین برای داشتن بازده بالا در عین خطی بودن می توان تقویت کننده را با بازده بالا طراحی کرده و سپس روش خطی سازی به آن اعمال نمود. با توجه به اینکه امروزه سعی بر این است که طراحی مدارها حتی الامکان در حوزه ی دیجیتال انجام گیرد، از میان انواع روش های خطی سازی، روش پیش اعوجاج دیجیتال مورد توجه بیش تری قرار گرفته است. از میان روش هایی که برای پیاده سازی بلوک پیش اعوجاج دیجیتال وجود دارد روش پیاده سازی با مدل کردن تقویت کننده ی توان روش مناسب تری به نظر می رسد. زیرا با استفاده از این روش می توان اثر حافظه را نیز در تقویت کننده های توان جبران کرد. بنابراین روشی که در این پایان نامه به منظور خطی سازی تقویت کننده ی توان استفاده شده است روش پیش اعوجاج دیجیتال برپایه ی چندجمله ای باحافظه با روش یادگیری غیرمستقیم می باشد. چندجمله ای باحافظه مدلی دقیق و در عین حال ساده برای مدل کردن سیستم های غیرخطی حافظه دار می باشد. هدف در این پایان نامه بررسی عملکرد روش مذکور بر روی تقویت کننده های توان cmos می باشد. روش خطی سازی مذکور بر روی یک تقویت کننده ی توان cmos با ساختار موازی کلاس های aوab پیاده سازی شده است و در شبیه سازی محدودیت های عملی نیز در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که با استفاده از روش خطی سازی مذکور برای توان خروجی dbm1/18 و بازده افزوده ی توان 8/26% پوشش طیفی wimax ارضا می شود و مقادیر اعوجاج داخل باند و خارج از باند ناشی از غیرخطی بودن تقویت کننده ی توان به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. همچنین نتایج حاصل از سنتز و پیاده سازی پیش اعوجاج دیجیتال وفقی بر روی تراشه ی fpga نیز نشان داده شده است.

امروزه لیزرهای نیمه هادی گسیل کننده عمود بر سطح کاواک بدلیل مزایای ذاتیشان نسبت به لیزرهای لبه ای بسیار مورد توجه می باشند. قابلیت آرایه پذیری دوبعدی، قابلیت تست بر روی تراشه، اندازه ی کوچک، سرعت بالا و هزینه ی کم آن را برای کاربرد در سیستم های مخابرات نوری دوربرد و نزدیک برد جذاب کرده است. اما متاسفانه مشکل وابستگی شدید به دما، توان نوری خروجی پایین، تحریک مدهای عرضی مرتبه ی بالاتر و غیره از مشکلات استفاده از وکسل می باشد. به دلیل اینکه در کاربردهای مخابرات نوری دور برد به لیزر های تک مد توان بالا نیاز است، در این تحقیق یک ساختار جدید با استفاده از دو روزنه ی اکسید با اندازه ها و موقعیت های متفاوت پیشنهاد می گردد که با انتخاب مناسب پارامترها و محل لایه های اکسید می توان توان خروجی را برای حالت تک مود بیشینه نموده و افزایش داد. در این ساختار همچنین از لایه ی کاشت یونی نیز استفاده شده که نشان داده می شود که با بهینه کردن قطر روزنه ی آن می توان عناصر پارازیتی وکسل را کمینه کرده و در نتیجه سرعت مدولاسیون را افزایش داد. در این پایان نامه نحوه ی طراحی و آنالیز انواع ساختار های وکسل بررسی می شود و مزایا و معایب ساختارهای مختلف ارائه می گردد. یکی دیگر از مشکلات استفاده از وکسل ها عدم وجود یک مدل جامع، کارآمد و دقیق و در عین حال در سطح مدار می باشد. مدل های موجود یا دقت لازم را ندارند و یا آنقدر پیچیده و زمانبر هستند که برای شبیه سازی در سطح مدار مناسب نمی باشند. در این راستا مدلی کاملتر ارائه می گردد تا علاوه بر پدیده هایی مانند خودگرم شدگی، سوزش حفره ی فضایی و غیره که توسط نویسندگان مختلف مدل شده اند اثرات انتقال حامل، لنزینگ گرمایی، خود کانونی و غیره را در نظر بگیرد و راه حل هایی برای از بین بردن آثار نامطلوب پیشنهاد می گردد. لنزینگ گرمایی و خودکانونی باعث تغییر پروفایل مدهای عرضی و عملکرد مولتی مود عرضی می شود و همچنین در کوپلینگ بین فیبر نوری و لیزر از اهمیت بالایی برخوردار است. تا آنجا که ما اطلاع داریم، در مدل هایی که قبلاً ارائه شده است این پدیده تابحال در مدل مداری وکسل در نظر گرفته نشده است. در این تحقیق این پدیده ها نیز به مدل اضافه شده و اثر آن مورد بررسی قرار گرفته است. مدل بر اساس معادلات نرخ می باشد که برای شبیه سازی در سطح مدار بسیار مناسب می باشد. رفتار استاتیک و دینامیک وکسل بررسی شده و پدیده های مرتبط بحث می گردد. پاسخ مدولاسیون مدهای عرضی وکسل بررسی شده و راه حلی برای کمینه کردن اثرات نامطلوب مانند سوزش حفره ی فضایی ارائه می گردد. سپس مدل پیشنهادی همراه با یک مدل پارازیتی کامل به صورت یک قطعه در شبیه ساز hspice پیاده سازی می گردد تا بتواند بصورت کاربردی در طراحی مدارها مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از مدل سطح مدار اثر شکل جریان درایو بر عملکرد وکسل بررسی شده و با بهینه کردن شکل جریان، راه حلی برای بهینه کردن دیاگرام چشمی خروجی پیشنهاد می گردد. در پایان اثر انواع فیلترهای پایین گذر بر جریان درایو و توان خروجی نوری وکسل بررسی شده و نشان داده می شود که با بهینه کردن پهنای باند هر فیلتر می توان عملکرد وکسل را بهبود داد.

رشد فزاینده مخابرات بی سیم در دو دهه گذشته نیاز به ساخت فرستنده-گیرنده های با قابلیت های بالاتر، اندازه کوچکتر، توان مصرفی کمتر و ارزان تر را ایجاب نموده است. در ساختار فرستنده-گیرنده از بخش های آنالوگ، دیجیتال و مد ترکیبی استفاده می شود. تکنولوژی ‎cmos‎ با ظرفیت های عظیم خود امکان ساخت کلیه بخش های یک سیستم مخابراتی روی چیپ را با کمترین هزینه و توان مصرفی فراهم آورده است. به علاوه با پیشرفت روز افزون مدارات مجتمع دیجیتال و افزایش سرعت پردازش آنها بیشتر عملیات پردازشی از بخش آنالوگ به دیجیتال منتقل گردیده است. با این وجود نه تنها از اهمیت بخش آنالوگ کاسته نشده است، بلکه روز به روز بر اهمیت این بخش افزوده شده است. از مهمترین مواردی که در قسمت آنالوگ فرکانس بالا در فرستنده-گیرنده امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، ساخت اسیلاتور کنترل شونده با ولتاژ در تکنولوژی ‎cmos‎ با نویز فاز پایین است. به عنوان مثال پارامتر نویز فاز در سیستم های مخابراتی با مدولاسیون نوع ‎ofdm‎ از اهمیت ویژه ای برخوردار است. البته اهمیت نویز فاز تنها به دنیای آنالوگ محدود نمی شود و حتی در دنیای دیجیتال نیز، نویز فاز تحت عنوان جیتر حائز اهمیت می باشد. ساختارهای مختلفی برای اسیلاتورهای کنترل شونده با ولتاژ وجود دارد که مهمترین و پرکاربردترین آنها اسیلاتورکنترل شونده با ولتاژ ‎cmos‎ نوع ‎lc‎ است‎‎ که دارای مشخصات بسیار مناسبی از جمله نویز فاز بسیار پایین نسبت به سایر ساختارها می باشد. مکانیزم تبدیل منابع نویز مختلف موجود در این مدار به نویز فاز خروجی به دلیل خاصیت غیرخطی و سیگنال بزرگ مدار اسیلاتور بسیار پیچیده می باشد. در طول سالها تلاش های گوناگونی در آنالیز نویز فاز صورت گرفته است که باعث ایجاد مدل های مختلف گردیده است. هر کدام از این مدل ها دارای نقاط ضعف و قوت خاص خود می باشند و تأثیر برخی از پارامتر ها روی نویز فاز را مشخص می نمایند. از مهمترین این مدل ها، مدل ‎leeson‎ و مدل جدیدتر ارائه شده توسط ‎hajimiri‎ می باشد. براساس مدل های مختلف، در طول سال ها روش های مختلفی برای کاهش نویز فاز اسیلاتورها به کار گرفته شده اند که همگی سعی در کاهش این پدیده مخرب با حداقل هزینه دارند. در این پایان نامه ابتدا به معرفی اصول عملکرد و انواع اسیلاتور های فرکانس بالا و مفاهیم نویز فاز و جیتر و تأثیر آن بر عملکرد سیستم مخابراتی می پردازیم. سپس مدل های ارائه شده برای نویز فاز اسیلاتور ‎lc‎ را معرفی و روابط مربوط به این مدل ها بررسی می کنیم. در ادامه با بررسی پایه ای این اسیلاتور اثر تغییر هر کدام از پارامتر های موثر در نویز فاز آن به تنهایی بررسی و شبیه سازی های لازم صورت خواهد گرفت. روابط دقیق تری برای دامنه نوسان اسیلاتور بر حسب نسبت ابعاد ترانزیستور های سوئیچ و در نتیجه تعیین یک نسبت بهینه برای مشخصات مناسب به دست می آید و اثر ضریب تزویج بین دو سلف بر عملکرد اسیلاتور مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه روش های کاهش نویز در اسیلاتور ‎lc‎ مورد بررسی قرار می گیرد و روش هایی برای کاهش نویز اسیلاتورها ارائه و با شبیه سازی تأیید می شوند.

سیستم ناوبری اینرسی متصل به بدنه از یک واحد اندازه گیری اینرسی متشکل از سه شتاب سنج و سه ژایروسکوپ متعامد تشکیل می شود که برای تعیین موقعیت، سرعت و جهت حرکت وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد. این سیستم مکان وسیله ی نقلیه را در مسافت های کوتاه مدت با خطای کمی محاسبه می کند، درصورتیکه با گذشت زمان به علت خطای موجود در خروجی ژایروها و شتاب سنج ها و انتگرال گیری های متوالی از آنها، خطای مکان برآوردشده توسط سیستم افزایش می یابد. برای کاهش خطا از سنسورهای کمکی به همراه سنسورهای اینرسی استفاده می شود. در ناوبری زیردریا از سنسور های کمکی سرعت سنج داپلری، قطب نمای ژایروسکوپی یا مغناطیسی، عمق سنج، سیستم تعیین موقعیت جهانی و سیستم تعیین موقعیت صوتی برای تصحیح خطای مکان استفاده می شود. متاسفانه سیگنال های سیستم تعیین موقعیت جهانی در داخل آب قابل دریافت نیستند و عملا این سیستم ها در زیر آب کارایی ندارند. یک روش جایگزین برای ناوبری وسایل نقلیه ی زیردریا استفاده از سیستم تعیین موقعیت صوتی است. این روش به آرایه ای از ترانسپوندرها نیازمند است که یا باید در کف دریا نصب شوند و یا بر روی سطح دریا قرار بگیرند. از آنجاییکه در این روش وسیله ی نقلیه باید در ناحیه ی تحت پوشش ترانسپوندرها قرار داشته باشد، ناحیه ی عملکرد آن به شدت محدود می شود و کالیبراسیون موقعیت ترانسپوندرها نیز کار سختی می باشد. در این پایان نامه از سنسورهای کمکی سرعت سنج داپلری، قطب نمای مغناطیسی و عمق سنج استفاده می شود. استفاده از این سنسورها بر خلاف سیستم های تعیین موقعیت جهانی و صوتی باعث می شود که سیستم ناوبری تلفیقی از منابع خارج اطلاعات نگیرد و با استفاده از سنسورهای موجود در وسیله ی نقلیه به طور مستقل به ناوبری بپردازد. برای ترکیب کمیت های برآوردشده از سیستم ناوبری اینرسی با کمیت های حاصل از سیستم های اندازه گیری کمکی از روش های ترکیب اطلاعات مبتنی بر فیلتر کالمن استفاده می شود. فیلتر کالمن توسعه یافته به طور گسترده در سیستم های ناوبری تلفیقی مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجاییکه این فیلتر فقط از جملات مرتبه ی اولِ بسط سری تیلورِ توابع غیرخطی برای خطی سازی مدل های غیرخطی استفاده می کند، هنگامیکه مدل های دینامیک و اندازه گیری به شدت غیرخطی باشند، خطای قابل توجهی در میانگین و کوواریانس حالت ها ایجاد می شود و اثرات جملات مرتبه ی بالاترِ سری تیلور با اهمیت می شوند. برای برطرف کردن این عیب، فیلتر کالمن unscented پیشنهاد شده است. در این فیلتر نیازی به خطی سازی مدل های دینامیک سیستم و اندازه گیری از طریق محاسبه ی ژاکوبین نیست. فیلتر کالمن حالت خطا نیز روش ترکیب اطلاعات دیگری است که در آن مدل فضای حالت بر اساس یک مدل سیستم خطی سازی شده بیان می شود. در این پایان نامه، ضمن طراحی یک شبیه ساز ناوبری، خطاهای سنسورهای اینرسی و اثر آنها برروی مکان برآوردشده تحلیل و شبیه سازی شده است. علاوه براین، یک سیستم ناوبری تلفیقی برای وسایل نقلیه ی زیردریا با استفاده از روش های فیلترکالمن توسعه یافته، فیلترکالمن unscented و فیلترکالمن حالت خطا متشکل از سنسورهای اینرسی و اندازه گیری های سرعت، جهت حرکت و عمق طراحی شده و به وسیله ی آزمایش های عملی و برای مسیرهای بسته و مستقیم مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند. در نهایت، به منظور ارزیابی شبیه ساز ناوبری طراحی شده، نتایج حاصل از داده های شبیه سازی شده با داده های واقعی مقایسه شده اند.

تقاضای روزافزون برای خدمات دیجیتالی سرعت بالا، لزوم استفاده از سیستم های مخابرات نوری را افزایش داده است. این سیستم ها از سه بخش فرستنده ی نوری، فیبر نوری بعنوان کانال ارتباطی و گیرنده ی نوری تشکیل شده اند. بر حسب نیاز، این سیستم ها در دو حوزه ی مخابرات نوری برد بلند و برد کوتاه گسترش یافته اند. یکی از کاربردهای مخابرات نوری برد کوتاه، شبکه های محلی lan است که امکان برقراری ارتباط سریع را بین بخش های مختلف شبکه فراهم کرده است. با افزایش سرعت انتقال داده در این سیستم ها و رسیدن به 1gb/s، پروتکل شبکه ی gigabit ethernet معرفی شده و استاندارد اولیه ی آن برای شبکه های فیبر نوری با نام ieee802.3z توسط ieee تنظیم شده است. بخش 1000base-sx این استاندارد، مشخصات سیستم فرستنده-گیرنده ی نوری را با استفاده از فیبر نوری چندمودی بیان می کند که در طول موج 770 تا 860 نانومتر و فواصل 220 تا 550 متر بکار می رود. در این پایان نامه یک گیرنده ی نوری مبتنی بر بخش 1000base-sx استاندارد ieee802.3z شبکه های gigabit ethernet طراحی و پیاده سازی شده است. بعلت وجود المان های نوری ارزان قیمت در طول موج 850 نانومتر، استفاده از این طول موج رایج شده است. سیستم ساخته شده در طول موج 850 نانومتر با استفاده از فیبر نوری چندمودی، برای فاصله ی 550 متر بکار می رود. در بخش فرستنده ی نوری سیستم های مخابرات نوری برد کوتاه، استفاده از لیزرهای نیمه هادی نوع vcsel رایج شده است. سیگنال داده ی دیجیتال، بر روی جریان vcsel مدوله شده و بدین ترتیب، تغییرات سیگنال دیجیتال ورودی در قالب تغییرات شدت نور لیزر ارسال می شود. نور لیزر توسط فیبر نوری چندمودی منتقل شده و به گیرنده ی نوری می رسد. دیود نوری در گیرنده، تغییرات شدت نور لیزر را به تغییرات جریان الکتریکی تبدیل می کند. با توجه به توان نوری کم رسیده به گیرنده، دامنه ی تغییرات جریان تولیدی کم بوده و به شدت می تواند تحت تأثیر نویز قرار گیرد. تقویت کننده های مورد استفاده، این جریان را به ولتاژ تبدیل کرده و تقویت می کنند. در طرح پیاده سازی شده، از خطوط انتقال فرکانس بالای مناسب جهت انتقال سیگنال سرعت بالا استفاده شده است. پارامترهای پراکندگی این خطوط توسط نرم افزار ads شبیه سازی شده و بر اساس آن، ابعاد مناسب خطوط طوری تعیین گردیده تا سیگنال عبوری از خطوط، حداقل بازتاب ممکن را داشته و تطبیق امپدانس مناسب بین دهانه های ورودی و خروجی فراهم شود. نتایج حاصل از اندازه گیری گیرنده ی نوری ساخته شده نشان می دهد که در سرعت 4.25gb/s، به ازای توان نوری دریافتی بیشتر از -17.7dbm در ورودی گیرنده، دیاگرام چشمی سیگنال خروجی، کیفیت خوبی داشته و ماسک دیاگرام چشمی استاندارد را رعایت می کند. تست ber برای تعیین حساسیت در شرایط نرخ بیت 4.25gb/s، طول فیبر 1000 متر، توان فرستنده -9.3dbm و توان دریافتی در گیرنده -13.66dbm انجام گرفته است. در این تست انتقال داده ی دیجیتال بین فرستنده و گیرنده به مدت 40دقیقه صورت گرفته و تعداد 1.0352×1013 بیت در خروجی گیرنده بدون خطا دریافت شده است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که گیرنده ی نوری ساخته شده دارای حساسیت -13.66dbm با نرخ خطای بیت کمتر از 10-12 می باشد. کلمات کلیدی: گیرنده ی نوری، دیود نوری، تقویت کننده ی محدودگر، حساسیت، ber.

اهمیت اقتصادی انتقال حداکثر توان ممکن از طریق شبکه های خطوط انتقال قدرت موجود، لازم می دارد تا توان دینامیک خطوط انتقال قدرت به منظور قرار دادن آن ها در شرایط ایمن دائما کنترل شود. تجاوز از محدوده ی دمایی مجاز هادی های خط انتقال قدرت سبب افزایش خمیدگی و کاهش عمر مورد انتظار آن ها می گردد. بنابراین تکنیک های متنوعی برای تشخیص دمای خطوط انتقال قدرت بوجود آمده اند. تعداد زیادی از این روش ها دارای یک عیب مشترک هستند و آن نیاز به نصب تجهیزات پیچیده بر روی خط می باشد. این مساله با توجه دسترسی مشکل و پرخطر به خطوط قدرت هوایی به منظور نصب، تعمیر وتعویض تجهیزات، مشکلات زیادی برای استفاده از این حسگرها ایجاد می کند. در این پایان نامه یک روش جدید اندازه گیری دما، با استفاده از یک حسگر بی سیم مبتنی بر تشدید کاواک rf ارائه می شود. این حسگر دما یک تشدید کننده ی کاواک پسیو با ساختار بسیار ساده است که می تواند همراه با یک آنتن، به خط انتقال قدرت متصل شود. در محدوده ی فرکانسی مورد نظر، فرکانس تشدید حسگر تقریبا تنها تابعی از طول کاواک است. تغییر دما سبب تغییر ابعاد کاواک می شود و از این رو فرکانس تشدید کاواک حسگر عوض می شود. یکی از مزیت های چنین سیستمی این است که به ارتباط فیزیکی بین حسگر و سیستم دریافت داده ها نیازی ندارد. فرکانس تشدید این حسگر می تواند از راه دور با ارسال سیگنال های rf به آن و سپس برگشت سیگنال پاسخ از حسگر به سیستم استخراج اطلاعات اندازه گیری شود. در این پایان نامه مراحلی شامل طراحی حسگر rf، طراحی و شبیه سازی سیستم استخراج اطلاعات، پیاده سازی و تست سیستم تشخیص دما در شرایط مختلف، عیب یابی و جبران سازی سیستم و مقایسه ی عملکرد این سیستم با روش های موجود انجام می گیرد. حسگر طراحی شده یک کاواک تشدیدکننده ی کواکسیال است که تقریبا در فرکانس 2.45 گیگاهرتز کار می کند و اطلاعات آن را می توان از فاصله ی بیش از 4.5 متر استخراج کرد. فرکانس تشدید این حسگر با هر درجه تغییر دما 60 کیلوهرتز شیفت می یابد. نتایج آزمایشگاهی خاصیت خطی بودن بالا، هیسترزیس اندک و قدرت تفکیک دمایی بهتر از 0.07?c را برای این حسگر نشان داده اند.

نیاز روز افزون به پهنای باند بیشتر باعث شده است تا تحقیقات وسیعی در زمینه مخابرات نوری صورت گیرد چرا که مخابرات نوری قادر به فراهم سازی پهنای باند بسیار زیادی می باشد. سیستم های مخابرات نوری از لحاظ کانالی که نور در آن منتشر می شود به دو دسته ی هدایت شده (مخابرات فیبر نوری) و هدایت نشده (مخابرات نوری در فضای آزاد) تقسیم می شوند. از مزیت های این سیستم ها می توان به سرعت بالا، هزینه ی مقرون به صرفه ی پیاده سازی، عدم نیاز به مجوز طیف، مخابرات امن، وزن سبک و مصونیت در برابر تداخل های الکترومغناطیسی اشاره کرد. بزرگترین مشکل در تکنولوژی مخابرات نوری در فضای آزاد از کانال انتشارآن ناشی می شود. کانال اتمسفر ناپایدار بوده و ویژگی های آن با تغییر زمان در طول روز، فصل ها و شرایط آب و هوایی تغییر می کند. سیستم های مخابرات فیبر نوری مشکل انتشار در کانال ناپایدار را نداشته اما برای داشتن کارایی بالا، باید کوپلینگ مناسبی بین منبع نوری و فیبر در طرف فرستنده و فیبر و آشکارساز نوری در طرف گیرنده ایجاد شود. در این سیستم ها برای ایجاد کوپلینگ مناسب در طرف فرستنده و گیرنده، میز نوری سیلیکونی مورد استفاده قرار می گیرد. در این پایان نامه، ضمن معرفی کامل سیستم مخابرات فیبر نوری و میز نوری سیلیکونی، یک میز نوری سیلیکونی 6×8×0.5 mm3 شامل 4 شیار v شکل در طرف فرستنده جهت کوپلینگ موازی بین فیبرهای چند مود و آرایه ی چهارتایی لیزر نوع vcsel و همچنین 4 شیار v شکل در طرف گیرنده جهت کوپلینگ موازی بین فیبرهای چند مود وآرایه ی دیود نوری نوع pin طراحی و ساخته شده است. برای بررسی چنین سیستم های نوری دو روش انتشار موج و ردیابی پرتو مورد استفاده قرار می گیرد. باید دقت داشت که روش انتشار موج دقیق تر و پیچیده تر از روش ردیابی پرتو می باشد. از آنجایی که ابعاد فیبر نوری چند مود در برابر طول موج vcsel بسیار بزرگتر می باشد نتایج شبیه سازی با ردیابی پرتو نیز می تواند دقیق باشد. بنابراین با استفاده از روش ردیابی پرتو، سیستم طراحی شده شبیه سازی شده است و میزان کوپلینگ نوری بین vcsel و فیبر در طرف فرستنده و فیبر و دیود نوری در طرف گیرنده با در نظر گرفتن میزان تلرانس های طولی و عرضی و زاویه ای، چرخش فیبر و زاویه ی سر فیبر در هر دو طرف محاسبه شده است و مراحل طراحی و پیاده سازی میز نوری به طور مفصل توضیح داده شده است. در نهایت نیز نتایج حاصل از داده های شبیه سازی شده با نتایج واقعی مورد مقایسه قرار گرفته است.

با استفاده از سیستمهای مخابرات نوری امکان ارسال و دریافت اطلاعات با پهنای باند وسیع فراهم میگردد. سیستم های مخابرات نوری به دو دسته ی مخابرات فیبر نوری و مخابرات نوری در فضای آزاد تقسیم م یشوند. سیستمهای مخابرات فیبر نوری، کاربرد زیادی در انتقال اطلاعات با سرعت بالا مانند اینترنت و کاربردهای چندرسانه ای و شبکه های انتقال اطلاعات برای فواصل مختلف دارند. سیستم مبتنی بر استاندارد گیگابیت اترنت، نوعی سیستم مخابراتی است که استاندارهای مربوط به آن در استاندارد ieee802.3z تعریف م یشوند. در قسمتی از این استاندارد به نام 1000based-sx که برای مخابرات برد کوتاه تعریف شده است، از فیبر نوری چند مودی به عنوان کانال استفاده میشود. در این پایان نامه، ضمن بررسی فرستنده ی نوری و پارامترها و اجزای آن، یک فرستنده ی فیبر نوری مطابق بابخش 100based-sx از استاندارد گیگابیت اترنت طراحی و پیاده سازی شده است. این فرستنده قابلیت ارسال اطلاعات بر روی طول موج 850nm با نرخ بیت 4.25gbps بر روی فیبر با طول 1000 متر را دارد. با توجه به پهن باند بودن سیگنال ورودی فرستندهی نوری پیاده سازی شده تا 8.5ghz ، برای مسیرهای عبور سیگنالهای فرکانس بالا از خطوط انتقال استفاده میشود. خطوط انتقال بکار رفته از نوع (cpwg(coplanar waveguide with ground و میکرواستریپ کوپل شده می باشند که به کمک نرم افزار ads طراحی می شوند و پارامترهای s آنها بهینه می شوند. لیزر نیمه هادی vcsel (vertical cavity surface emitting laser با توجه به قیمت ارزان و بازدهی خوب آن، به عنوان منبع نور برای سیستم های فیبر نوری چند مودی مسافت کوتاه استفاده میشود. اما پارامترهای vcsel به درجه حرارت وابسته هستند که منجر به تغییر توان خروجی آن با تغییر دما میشود. بنابراین مداری برای راه اندازی و کنترل vcsel طراحی شده و توان متوسط vcsel در آن به کمک مکانیزم فیدبک ثابت نگه داشته میشود. مدار طراحی شده بر روی برد مدارچاپی چهارلایه با دی الکتریک fr4 پیاده سازی میشود. در نهایت پارامترهای مربوط به فرستنده، از روی دیاگرام چشمی خروجی آن اندازه گیری شده و با مقادیر استاندارد مقایسه میگردد. از آنجا که بهترین راه برای حصول اطمینان از صحت عملکرد یک سیستم فرستنده-گیرنده، تست ber است برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم این تست نیز انجام میشود.

چکیده مخابرات نوری فضای آزاد در چند دهه ی اخیر توجه زیادی را در کاربردهای نظامی، تجاری و آموزشی به خود جلب کرده است. مزایای این تکنولوژی شامل بازده توان بالا، نصب سریع، قابلیت جابه جایی، امنیت بالای تبادل اطلاعات در برابر استراق سمع، عدم تأثیر پذیری از تداخلات الکترومغناطیس و سرعت بالای تبادل اطلاعات سبب برتری این تکنولوژی نسبت به دیگر تکنولوژی های مخابراتی و جایگزین کردن آن برای برخی از کاربردهای مخابراتی چون ارتباط نهایی کاربر با شبکه های فیبر نوری، مخابرات بین ماهواره ای در فضا، مخابرات زیردریایی ها و مخابرات زمینی بین دو ایستگاه ثابت شده است. علی رغم ویژگی های منحصر به فرد این تکنولوژی، معایب آن نیز چون تأثیرپذیری بالا از عوامل جوی، حساسیت بالا نسبت به جابه جایی های فرستنده و یا گیرنده و محدودیت فاصله فرستنده و گیرنده چالش های بسیاری را در گسترش آن ایجاد کرده است. در این پایان نامه طراحی و شبیه سازی یک سیستم مخابرات نوری فضای آزاد به طور کامل بررسی شده است و نتایج شبیه سازی ها با نتایج تست های آزمایشگاهی (برای فاصله 2 متر)مقایسه شده است تا سطح اعتبار شبیه سازی ها بررسی شود. در شبیه ساز ارائه شده تمام عوامل موثر بر پرتو نوری ارسال شده از منبع نوری شامل نویزهای فرستنده، گیرنده و کانال، اثر تغییرات دما و طول موج، تضعیف کانال و جابه جایی های فرستنده و گیرنده، بررسی شده است. مقایسه ی نتایج شبیه سازی ها با نتایج تست های آزمایشگاهی نشان از تطبیق خوب این دو با یکدیگر دارد. همچنین نتایج به دست آمده نشان می دهد که شرایط جوی و نیز جابه جایی های هر چند کوچک در فرستنده و یا گیرنده که مسیر مستقیم فرستنده و گیرنده را از بین می برد، به شدت عملکرد سیستم را تحت تأثیر قرار می دهند.

تقویت¬کننده¬ی توان رادیویی، مهمترین بخش در یک سیستم فرستنده است که سطح توان سیگنال رادیویی را قبل از ارسال در فرستنده افزایش می¬دهد. در میان انواع چالش¬های موجود برای طراحی یک تقویت¬کننده¬ی توان رادیویی، دستیابی هم¬زمان به بازده بالا به همراه رفتار خطی قابل قبول، مهمترین چالش می¬باشد. بازده زمانی افزایش می¬یابد که المان فعال بکار رفته در تقویت¬کننده به صورت یک سوئیچ کارکند بطوری که تلفات زمان هدایت آن به حداقل مقدار ممکن برسد. البته کار در این ناحیه، باعث بوجود آمدن اعوجاج¬هایی در سیگنال خروجی می-شود. این اعوجاج¬ها، باعث گسترش طیف سیگنال خروجی و تداخل آن با کانال¬های مجاور شده و نرخ خطای بیت داده¬های انتقالی را افزایش می¬دهد. امروزه در سیستم¬های مخابراتی مدرن، از سیگنال¬های با پوش متغیر مانند m-qam و qpsk به منظور افزایش بازده طیف سیگنال و ظرفیت کانال استفاده می¬شود. به دلیل بالا بودن نسبت حداکثر توان به توان متوسط در این مدوله سازی ها، لازم است تقویت کننده¬ی قدرت بکار رفته تغیرات پوش سیگنال را به خوبی دنبال کند. بنابر¬این مسئله ی خطی سازی در تقویت¬کننده¬های توان از اهمیت خاصی برخوردار است. با افزایش میزان خطی بودن، تقویت¬کننده می¬تواند نزدیک به ناحیه¬ی فشردگی کارکند که منجر به افزایش بازده توان تقویت-کننده نیز می¬شود. در سال¬های اخیر، تکنیک¬های بسیاری برای خطی¬سازی ارائه شده¬اند که از میان آن¬ها پیش¬اعوجاج دیجیتال نسبتأ ساده و با هزینه¬ی کمتر می¬باشد. یکی از روش¬های پیش¬اعوجاج دیجیتال در باند پایه، روش تزریق است که ایده¬ی این روش اضافه کردن مولفه¬هایی به سیگنال در باند پایه برای حذف اعوجاج¬ها در خروجی تقویت¬کننده می باشد. روش تزریق شامل انواع مختلفی مانند تزریق اختلاف فرکانسی، تزریق هماهنگ دوم و تزریق مولفه¬های اعوجاج مرتبه¬¬ی سوم می¬باشد. در این پایان¬نامه به منظور خطی¬سازی تقویت¬کننده¬ی توان از روش تزریق مولفه¬های اعوجاج مرتبه¬ی سوم در باند پایه استفاده شده است و عملکرد آن بر روی یک تقویت¬کننده¬ی توان کسکد کلاس a با فرکانس مرکزی ghz5/2 با بهره توانdb15 و توان ورودی در نقطه فشردگیdb1 به اندازه ی dbm2/4 با انواع مدوله سازی پوش متغیرمانند qam16، qam64 و qpsk بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می¬دهد که با استفاده از روش خطی¬سازی مذکور، نسبت توان کانال مجاور به توان کانال مطلوب برای سیگنال¬های qam16، qam64 و qpsk به¬ترتیب به اندازه¬ی db21، db5/21 و db26 کاهش یافته است.

آشکارسازهای نوری آلی دارای ویژگی های منحصر به فردی چون قابلیت انعطاف پذیری، وزن کم، فرآیندهای ساخت آسان و کم هزینه بدون نیاز به لیتوگرافی هستند. این قطعات در حسگرها، اسکنرها و سایر زمینه ها از قبیل صنعت، پزشکی، نظامی و فضانوردی کاربرد وسیعی دارند که اهمیت چنین قطعاتی را خاطرنشان می سازد. توسعه ی قطعات بهینه همواره مورد توجه بوده است. برای بهبود عملکرد این قطعات، آگاهی از رفتار فیزیکی و مدل سازی دقیق آن ضروری است. بنابراین دراین پایان نامه از یک مدل فیزیکی دقیق برای بررسی آشکارسازهای نوری آلی استفاده شده است و سپس برای ارزیابی توانایی آن در ارائه ی نتایج قابل اعتماد و منطبق بر واقعیت، نتایج حاصل از شبیه سازی با داده های تجربی یکی از مراجع مقایسه شده اند. پس از اطمینان از صحت مدل سازی، از نتایج نرم افزار ارائه شده برای بهبود عملکرد قطعه استفاده شده است. بهینه سازی ساختار مطلوب از دو دیدگاه با تغییر مواد و ضخامت لایه ها حاصل شده است. اثر هر دو عامل به گونه ای است که سبب افزایش توان نوری جذب شده و به تبع آن افزایش جریان خروجی گردیده است. تحلیل نمودارها این نکته را یادآور می شود که بهینه سازی همزمان پهنای باند و حساسیت نیازمند مصالحه بین دو پارامتر مذکور است. معمولاً افزایش ضخامت لایه ها سبب کاهش پهنای باند می شود، اما تأثیر آن بر حساسیت به راحتی قابل پیش بینی نیست. این امر به دلیل حضور لایه های نازک با ضخامت هایی قابل قیاس با طول موج نور تابش شده است که به طور مستقیم بر میدان الکتریکی نوری ایجاد شده در ساختار آشکارساز نوری، اثرگذار است. تنظیم بیشینه ی میدان الکتریکی نوری در نواحی جاذب نور، از طریق طراحی ضخامت لایه ها، سبب افزایش حساسیت قطعه به همراه تأثیر کم در کاهش پهنای باند شده است. در نهایت یک ساختار بهینه با درنظر گرفتن پهنای باند و حساسیت پیشنهاد شده است که مواد و ضخامت های مناسب و بهینه را تعیین می کند. با تنظیم این پارامترها مقدار حساسیت آشکارساز نسبت به ساختار مرجع مورد بررسی 42.33 درصد افزایش و پهنای باند آن 46.68 درصد کاهش یافت. کلید واژه ها: مواد آلی، آشکارسازهای نوری، اکسیتون، انتقال و انتشار حامل ها، حساسیت، پهنای باند.

سیستم ناوبری اینرسی (ins) با استفاده از مقادیر اولیه حالت های متحرک (مکان، سرعت و جهت) و اندازه گیری سرعت زاویه ای و شتاب ها، حالت های متحرک را تخمین می زند. سنسورهای اینرسی معمولاً دارای نویز در خروجی می باشند. در نتیجه، خطای خروجی ins سریعاً با گذشت زمان افزایش می یابد. برای افزایش دقت و محدود کردن خطا، ins را با سنسورهای کمکی دیگر مثل سیستم مکان یابی جهانی (gps) ترکیب می کنند. یکی از انواع ترکیب ins و gps سیستم ناوبری تلفیقی loosely coupled ins/gps نام دارد که در این تحقیق بررسی شده است. ترکیب اطلاعات دو سنسور، نیاز به الگوریتم تخمین و روش های ترکیب داده دارد. از جمله روش های ترکیب اطلاعات، فیلترهای ذره ای و فیلترهای کالمن می باشند. هدف از این پایان نامه، طراحی و تحلیل دقت سیستم ناوبری تلفیقی ins/gps loosely coupled با استفاده از فیلتر ذره ای است؛ تا خطای تعیین موقعیت کاهش یابد. در این راستا، خروجی تعدادی از فیلترهای کالمن نیز برای مقایسه به دست آمده اند. در این تحقیق، نحوه پیاده سازی چندین فیلتر ذره ای و کالمن از جمله فیلتر ذره ای sir و sis، فیلتر ذره ای توسعه یافته حالت خطا و حالت کامل (tspf، espf) ، فیلتر کالمن توسعه یافته حالت خطا و حالت کامل (tskf، eskf) شرح داده شده و نتایج خروجی این فیلترها در شرایط و پارامترهای مختلف، ارائه و مقایسه شده اند.

در سال های اخیر لیزرها و تقویت کننده های فیبری با آلایش عناصر خاکی نادر توجه زیادی را در زمینه ی مخابرات نوری، صنعت، پزشکی و صنایع نظامی به خود جلب کرده اند. این لیزرها به دلیل مزیت هایشان به سرعت در حال جایگزینی ادوات لیزری پرحجم متداول در کاربردهای مختلف هستند. از جمله مزیت های این لیزرها می توان به کیفیت پرتوی بالا، بازدهی بالا، فشردگی و پایداری طول موج در برابر دما اشاره کرد. در این لیزرها امکان دسترسی به توان خروجی در حد کیلووات با بازده بیش از 80 درصد وجود دارد. فیبرهای با آلاییدگی ایتربیوم به خاطر مزایای متعددشان که از ساختار الکترونی ساده آن ها نشأت می گیرد، مورد توجه کاربران توان بالا است. با این وجود، رفتار ادوات فیبری با آلاییدگی ایتربیوم شدیداً متأثر از انتخاب طول موج های جذب و گسیل، گسیل خودبه خودی تقویت شده و پارامترهای دیگر است. همچنین افزایش توان در این فیبرها باعث ایجاد اثرات غیرخطی نامطلوب می شود. تحلیل دقیق تئوری به منظور بهینه سازی عملکرد تقویت کننده ها ی فیبری و همچنین ارزیابی میزان تأثیر گسیل خودبه خودی تقویت شده، اثرات غیرخطی و غیره الزامی است. هدف از این پایان نامه مطالعه ی طراحی تقویت کننده های لیزری فیبری توان بالا برای تقویت کنندگی امواج پیوسته و پالسی نانوثانیه است. بدین منظور مدل سازی این تقویت کننده ها با استفاده از معادلات نرخ لیزری وابسته به زمان بررسی شده است. بعد از به دست آوردن این معادلات برای تقویت کننده های فیبری، آن ها را با استفاده از روش عددی رانج کوتای مرتبه چهار برای حالت موج پیوسته و روش عددی تفاضل محدود برای حالت پالسی نانوثانیه برای فیبرهای دو غلاف با آلاییدگی ایتربیوم حل می کنیم و رفتار تقویت کننده را در این حالت ها بررسی می کنیم. در حالت موج پیوسته، مشخصه های مختلف مانند توزیع توان سیگنال و پمپ، جمعیت تراز بالا و توان گسیل خودبه خودی تقویت شده و غیره را در امتداد فیبر به دست می آوریم. در حالت پالسی مشخصه هایی مانند تغییر شکل پالس خروجی، تغییرات زمانی انرژی پالس، توزیع جمعیت تراز بالا، گسیل خودبه خودی تقویت شده و غیره را به دست می آوریم. سپس تقویت کننده ی فیبری دوغلاف با آلایش ایتربیوم تحت پمپ رو به جلو، پمپ رو به عقب و پمپ دو طرفه برای تقویت ورودی موج پیوسته و پالسی نانوثانیه با در نظر گرفتن پارامترهای مختلف بهینه سازی می شود. در نهایت نتایج ساختو اندازه گیری یکنمونه تقوی تکننده ی لیزری فیبری پالسی با توان خروجی mw 100، پهنای پالس ns 150 و نرخ تکرار khz 500 ارائه می گردد.

لیزر های تک فرکانس با پهنای طیف باریک به دلیل کاربردهای گسترده مورد توجه قرار گرفته اند و تحقیقات زیادی در این زمینه صورت گرفته است. از جمله کاربردهای این نوع لیزرها می توان به سیستم های ارتباطی dwdm، رادار لیزری همدوس، فاصله یابی، آنالیز کردن طیف با دقت بالا و انواع سنسورهای نوری اشاره کرد. اهمیت طول همدوسی لیزر، در برخی کاربردها مانند فاصله یابی برد بلند، باعث شده لیزرهای فیبری با پهنای طیف باریک مورد توجه ویژه ای قرار گیرند. با توجه به اینکه با کاهش پهنای طیف لیزر، طول همدوسی افزایش می یابد، در این نوع کاربردها از لیزر فیبری با پهنای طیف در حدود کیلو هرتز استفاده می شود. هدف از پژوهش انجام شده، ارائه روش مناسب برای ساخت لیزر فیبری با پهنای طیف باریک است.

لیزر واقعی یک منبع نوری کاملاً تک فرکانس نیست و پهنای طیف محدودی دارد. پهنای طیف لیزر می‎تواند بازه‎ای از چند هرتز تا چند صد گیگا هرتز را شامل شود. امروزه با پیشرفت سیستم‎های لیزری، ساخت و استفاده از لیزرهای طیف باریک به سرعت در حال توسعه است. بنابراین معرفی روش‎های اندازه‎گیری دقیق طیف و مشخصات نویز فرکانسی این نوع لیزرها، دارای اهمیت می‎باشد. امروزه لیزرهای با پهنای طیف کم‎تر از 100 کیلوهرتز تجاری شده‎اند. یکی از چالش‎هایی که سازندگان با آن روبه رو بوده‎اند، اندازه‎گیری دقیق پهنای طیف چنین لیزرهایی است. دستگاه‎های تحلیل گر طیف اپتیکی (osa) تجزیه و تحلیل طیف نوری را تا دقت چند ده مگا هرتز ارائه می‎دهند. بنابراین برای اندازه‎گیری پهنای طیف لیزرهای طیف باریک، روش‎های اندازه‎گیری دیگری مانند روش‎های تداخلی مبتنی بر دستگاه‎های الکترونیکی جایگزین می‎شوند. ایده‎ی اصلی این روش‎ها بر مبنای تبدیل نوسانات فاز یا فرکانس نوری لیزر به تغییرات شدت در یک تداخل‎سنج مانند تداخل‎سنج ماخ‎زندر یا مایکلسون است.