پایان نامه حاضر بر روی مسئله نویز فاز و ارائه راهکاری برای کاهش آن در سینتی سایزر فرکانسی مبتنی بر حلقه قفل شده فاز متمرکز شده است. سینتی سایزر فرکانسی مورد بررسی در این پایان نامه از نوع «کسری» بر پایه استفاده از مدولاتورهای ?-? در مقسم فرکانسی می باشد که جزو پرکاربردترین سینتی سایزرهاست. بدین منظور ابتدا طرح مسئله صورت گرفته، و به مشکلاتی که نویز فاز در یک سیستم مخابراتی یا راداری ایجاد می کند اشاره شده است. سپس به منظور آمادگی برای ذکر دلایل و ریشه های وجود نویز فاز در سینتی سایزر، آرایش پایه ای یک حلقه قفل شده فاز مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و در ادامه مدل حوزه زمان و فاز سینتی سایزر به طور دقیق استخراج می گردد. نویز تولیدی توسط هریک از بلوک های سینتی سایزر تشریح شده و میزان اثرگذاری هریک آنها بر روی نویز فاز خروجی به کمک روابط ریاضی حاکم بر حلقه قفل شده فاز مشخص شده، و در نمودارهایی نشان داده می شود. سرانجام، بر مبنای روابط استخراج شده، فرم بسته ای برای ارتباط نویز فاز خروجی با پهنای باند و حاشیه فاز سیستم در سینتی سایزری با لوپ فیلتر مرتبه2 ارائه می گردد. نمودار توان نویزفاز خروجی برحسب پهنای باند سیستم رسم شده و پهنای باند بهینه ای که در آن نویز فاز به کمترین مقدار خود می رسد بدست می آید. در بخش بعد به تشریح نویزهای اضافه ای که در سینتی سایزرهایی با لوپ فیلتر اکتیو وجود دارد پرداخته می شود. یک سینتی سایزر با لوپ فیلتر اکتیو مرتبه دو طراحی و ساخته شده و طیف نویز فاز خروجی آن مشاهده می گردد. سپس به بیان تکنیکی جدید برای کاهش نویز فاز در آن پرداخته می-شود. در انتها تکنیک ارائه شده، ساخته شده و بر روی سینتی سایزر اعمال می گردد. با مقایسه طیف خروجی سینتی سایزر در دو حالت معمولی و بهبودیافته، کاهش نویزی از db10 تا db20 در نویز فاز خروجی بدست می آید.

در این پایان نامه مفهوم اصلی فاکتورگراف شرح داده می شود و قوانین دیکدکننده ها که مبتنی بر الگوریتم جمع– ضرب می باشد بیان می شود. از الگوریتم جمع– ضرب برای دیکدکردن کد هایی که با استفاده از فاکتورگراف توصیف شده اند استفاده می شود. برای پیاده سازی دیکدکننده ها به صورت کاملاً دیجیتال از الگوریتم دیکدکردن تصادفی (stochastic decoding) که به صورت دیجیتال و تقریبی از الگوریتم جمع – ضرب می باشد استفاده شده است. به دلیل دیجیتال بودن، این روش برای پیاده سازی دیکدکننده ها بسیار مناسب است. کدهای باینری hamming(7,4) و golay(24,12) برای کانال با نویزگوسی سفید جمع شونده با استفاده از الگوریتم جمع– ضرب و الگوریتم دیکدکردن تصادفی شبیه سازی شده و نتایج حاصل از این دو الگوریتم با یکدیگر مقایسه می شود. کارهایی که تاکنون دیگران در زمینه دیکدکردن با استفاده از فاکتورگراف و الگوریتم های انتقال پیام انجام داده اند مربوط به کدهای باینری می باشد. نوآوری که در این پژوهش انجام داده ایم این است که برای دیکدکردن کدهای ترناری نیز از فاکتورگراف و الگوریتم جمع– ضرب استفاده کرده ایم. قوانین الگوریتم جمع – ضرب که پیام های منتقل شده در فاکتورگراف را محاسبه می کند برای کدهای ترناری با کدهای باینری متفاوت است بنابراین در این پژوهش برای حالت ترناری روابط جدیدی را به دست آورده ایم. کد (6 و11)ternary golay با استفاده از فاکتورگراف و روابط جدید محاسبه شده در الگوریتم جمع- ضرب، شبیه سازی شده است.

در سال 2002 ، کمیسیون فدرالی مخابرات ایالات متحده امریکا به صورت رسمی آیین نامه ای را برای تکنولوژی فراپهن باند ارائه داد. در این آیین نامه، طیف فرکانسی 1/3 گیگاهرتز تا 6/10 گیگاهرتز به این تکنولوژی اختصاص داده شده است. پس از انتشار این آیین نامه، تکنولوژی فراپهن باند که مبتنی بر ارسال پالس های بسیار باریک در حدود چند نانوثانیه و یا کمتر می باشد، برای استفاده در زمینه های متنوعی از مخابرات بی سیم برد کوتاه بسیار مورد توجه قرار گرفت. تکنولوژی فراپهن باند مزایای بسیاری چون نرخ بالای ارسال اطلاعات، مصرف توان کم، فشردگی، هزینه ی پایین، امنیت بالا در مقابل تداخل چند مسیره و کاهش پیچیدگی سخت افزاری را داراست. طراحی آنتن با پهنای باند وسیع راه حل مناسبی جهت افزایش نرخ ارسال اطلاعات است. آنتن ، به عنوان یک عنصر الکترومغناطیسی تشعشع کننده، شامل پارامترهایی است که بایستی حین طراحی مد نظر داشت. سیستم های فراپهن باند با توجه به باند فرکانسی وسیعی که دارند، بخشی از باند فرکانسی آن ها با سیستم های موجود دیگر همچون شبکه محلی بیسیم مشترک می باشد. بنابراین باید بستری فراهم شود تا از تداخل با سیستم های مخابراتی دیگر جلوگیری شود. در این پایان نامه، آنتن پیشنهادی پهنای باند موسوم به فراپهن باند را پوشش داده و همچنین از ویژگی شکاف باند برای بازه فرکانسی 5 تا 7/5 گیگاهرتز برخوردار است که مانع از تداخل الکترومغناطیسی آنتن با شبکه بی سیم محلی می شود. سپس، به جهت بهره مندی از ایزولاسیون قوی تر در برابر تداخل الکترومغناطیسی، یک نوار مستطیلی به بخش تولید کننده ی شکاف باند افزوده شده است که منجر به دستیابی به vswr بسیارخوبی معادل 30 در شبیه سازی شده است. علاوه براین به کمک تکنیکی مشابه، توانستیم به ویژگی دوشکاف باند برای دو بازه فرکانسی مربوط به شبکه های بی سیم محلی و باند x سیستم های مخابرات ماهواره ای دست یابیم. میانگین دو vswr بدست آمده حدود 75/13 می باشد که برای هر دو باند شکاف بیشتر از 10 است.

آنتن های قابل تنظیم فرکانسی در سال های اخیر به صورت گسترده در سیستم های مخابراتی مدرن و رادار مورد استفاده قرار گرفته اند. گرچه استفاده از سوئیچ در آنتن ها قابلیت تنظیم فرکانس تشدید آن ها را به طورگسسته ایجادکرده است، اما در برخی کاربردها از جمله جنگ های الکترونیک نیاز به تنظیمات پیوسته فرکانس می باشد. تنظیم پیوسته فرکانس تشدید با استفاده از عناصری با قابلیت تنظیم پیوسته صورت می پذیرد. نصب خازن های متغیر درلبه تشعشعی آنتن های cpw یکی ازروش های تنظیم فرکانس می باشد. در این میان خازن های متغیر میکروالکترومکانیکی mems به دلیل مزایایی همچون اندازه کوچک، قابلیت فشرده سازی با عناصر دیگر و ضریب کیفیت بالا گزینه نسبتاً مناسب تری به نظر می رسند. اما این خازن معمولاً دارای یک محدودیت مکانیکی در بازه تغییرات ظرفیت خازنی می باشند که در نتیجه آن بازه تغییرات فرکانس تشدید آنتن نیز کاهش خواهد یافت. در این تحقیق با افزایش محدوده تغییرات قابل حصول ظرفیت خازن، بازه تغییرات پیوسته فرکانس تشدید آنتن افزایش یافته است. درخازن ارائه شده علاوه بر رفع محدودیت مکانیکی، از مشکلات دیگری همچون تداخل تغذیه های dc و rf و تخریب الگوی تشعشعی به دلیل نصب خازن ها بر روی پچ، نیز جلوگیری شده است. همچنین با استفاده از یک مدل مداری برای آنتن، رابطه ای میان ظرفیت خازن بارشده و فرکانس تشدید آنتن ارائه شده است. در پایان نتایج تئوری و شبیه سازی مقایسه شده است که تائید کننده افزایش قابل توجه بازه تغییرات فرکانس تشدید آنتن می باشد.

امروزه رادارهای قطبش سنج جایگاه ویژه ای را در مباحث مربوط به مخابرات سنجش از دور به خود اختصاص داده اند. تکنیکهای یک رادار قطبش سنج در علوم مختلف از قبیل زمین شناسی، هواشناسی، کشاورزی، اکتشافات و همچنین تصویربرداری از سطوح زمین کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند. در این روش با استفاده از خواص پلاریزاسیون موج ارسالی و انعکاسی و ب ه کارگیری تکنیک قطبش سنجی و تئوری تجزیه هدف، مشخصات اهداف شناسایی و استخراج م یشون د. پارامترهای دیگر از جمله شکل هندسی، نوع جهت گیری و جنس اهداف در این فرآیند بسیار حائز اهمیت می باشند. مبنای کار این سیستمها استخراج ماتریسهای پراکندگی و کوواریانس ب ه ترتیب به عنوان توصیفگرهای اولیه و ثانویه اهداف و تجزیه آنها به مقادیر و بردارهای ویژه می باشد. از آنجایی که اهداف طبیعی از جمله سطوح ناصاف دی الکتریک، که مورد نظر ما در این مطالعه است، دارای پارامترهای تصادفی اند، در نتیجه ماتریسهای قطبش سنج آنها به سادگی قابل استخراج نمی باشند و روشهای سنتی برای استخراج اهداف کارایی خویش را از دست می دهند. در این حالت تکنیک های تجزیه اهداف بسیاری وجود دارند که در کنار روش های سنتی ما را به جواب می رسانند. در این پایان نامه با استفاده از یک روش ترکیبی جدید، سطوح ناصاف و پراکنده گرهای طبیعی مورد ارزیابی قرار گرفتند و پارامتر های بی نظمی نا همسویی و مکانیزم پراکندگی آنها استخراج شدند. در این راستا اثرات تصادفی پارامترهای هدف ی ک رادار قطب ش سنج ب ه صورت پارامترهای مهم مکانیزم پراکندگی و بی نظمی و ناهمسویی، که قابلیت توصیف فیزیکی دارند، قابل ارائه هستند. برای این منظور ابتدا از داده های قطبش سنج متعلق به سازمان فضایی اروپا استفاده کردیم که منجر به تهیه نقشه های کلاسه بندی شده بر حسب ترکیب پارامترهای پراکندگی و نا همسویی وهمچنین پارامتر های بی نظمی و ناهمسویی شده است . و سپس برای تایید نتایج شبیه سازی شده علاوه بر استفاده از مستندات زمینی با دادن مختصات زمینی به هر یک از نقشه های کلاسه بندی شده و تهیه نقشه زمین مرجع شده توسط نرم افزار های تخصصی ح سنجش از راه دور یک نقشه واقعیت زمینی را از منطقه تحت بررسی به وجود آورده و در انتها نتایج بعد از انجام ارزیابی صحت در جداول مربوطه به نمایش در آمده است. نتایج برای اهداف غیرمتعارف مثل سطوح ناصاف تصادفی نشان دهنده این است که مقدار مکانیزم پراکندگی بی نظمی و نا همسویی برای اهداف مختلف در مناطق مختلف می توانند در بازه هایی با مقادیر ثابت قرار گیرند که می تواند روشی جدید در شناسایی اهداف باشد.

استفاده از تبدیلات نوری برای کنترل امواج الکترومغناطیسی موضوعی است که در سال های اخیر کاربرد های زیادی پیدا کرده است. یکی از مهمترین کاربرد های این تبدیلات، استفاده از آن ها در پنهان سازی اهداف از دید امواج راداری، از طریق تغییر مسیر امواج ورودی می باشد. پنهان سازی زیر فرش ، نوع خاصی از پنهان سازی است که با استفاده از آن می توان اهداف روی زمین را که زیر یک پوشش فلزی قرار گرفته اند، از نظر پنهان نمود. در این پایان نامه روشی ساده برای طراحی پنهان ساز فرش برای هدف مورد نظر که زیر یک لایه فلزی دایروی قرارگرفته، ارائه شده است. مزیت این روش رسیدن به یک رابطه بسته برای طراحی پنهان ساز، ساده بودن مراحل کار و نیاز نداشتن به محاسبات پیچیده می باشد. همچنین یک ساختار پیشنهادی برای پنهان سازی یک انبار مهمات، با کمک گرفتن از الگوریتم اجتماع پرندگان برای طراحی بهینه ساختار، ارائه شده است. هر دو طرح پیشنهادی در نتیجه شبیه سازی هایی که در کد تفاضل محدود حوزه زمان انجام گرفت، نتایج قابل قبولی در بازه فرکانسی 50 مگاهرتز تا 2 گیگاهرتز دارند. همه ی مراحل طراحی پنهان ساز فرش با استفاده از تبدیلات نوری شامل تبدیلات مورد استفاده و محاسبات ماتریسی برای ارزیابی ساختار پیشنهادی و نیز روش شبیه سازی آن با استفاده از روش تفاضل محدود حوزه زمان(fdtd)، در این پایان نامه تشریح گردیده است و روش جدیدی برای مقایسه امواج بازتابی از طریق معیار "فاصله هاوسدورف اصلاح شده " معرفی و به کارگرفته شده است.

امروزه عملکرد چند استانداردی فرستنده گیرنده های بی سیم اهمیت روز افزونی پیدا کرده است. می دانیم که هر سیستم بی سیم ترکیبی ازمدارات فعال و غیرفعال است. در میان مدارات غیرفعال فرکانس بالا، تقسیم کننده های توان یک مولفه ی پرکاربرد و مهم به شمار می روند. در بین تقسیم کننده های توان با تلف و بدون تلف، تقسیم کننده های توان ویلکینسون می توانند بهترین انتخاب باشند چراکه ویژگی تقسیم کننده های بدون تلف و مقاومتی را همزمان دارا می باشند. از جمله این ویژگی ها می توان به ایزوله سازی پورت های خروجی، تطبیق امپدانس ورودی و خروجی ، عدم اتلاف توان در عناصر ساختار و نیز ساختار مسطحشان اشاره کرد. به همین خاطر تلاش های زیادی در راستای تولید انواع گوناگون تقسیم کننده های توان ویلکینسون صورت گرفته است. عموماً تقسیم کننده های توان ویلکینسون که تا کنون ارائه شده اند یا بر اساس طراحی مدارات تطبیق بوده اند و یا از طریق طراحی ساختاری بوده اند که ماتریس انتقال آن با ماتریس انتقال خط انتقال ربع طول موج به کار برده شده در تقسیم کننده های توان ویلکینسون عمومی متناظر بوده است. بسیاری از تقسیم کننده های نابرابر، تقسیم کننده های دو فرکانسی هستند که تعدادی از آن ها مبتنی بر تئوری ارائه شده توسط هستند. همچنین برخی دیگر از این نوع تقسیم کننده ها با استفاده از خطوط انتقال کوپل شده طراحی شده اند. علاوه بر این در بعضی از مقالات با استفاده از خط انتقال و نیز عناصر فشرده، ساختاری برای عملکرد تقسیم کننده ی توان ویلکینسون در دو فرکانس ارائه شده است. همچنین تقسیم کننده های 3 بانده با نسبت تقسیم توان برابر نیز طراحی شده اند که در این بین در برخی از آن ها نسبت تمامی فرکانس ها قابل انتخاب نبوده اما در بعضی دیگر طراحی براساس نسبت فرکانسی قابل انتخاب است. همانطور که اشاره شد تقسیم کننده های توان ویلکینسون 3 فرکانسی به تقسیم کننده های با نسبت تقسیم برابر محدود شده اند. در این پایان نامه ساختاری ارائه شده است که می تواند فرکانس های عملکرد تقسیم کننده ی توان ویلکینسون را در حالت تقسیم توان نابرابر به 3 فرکانس افزایش دهد که این امر از طریق ایجاد تطبیق در پورت های ورودی و خروجی در فرکانس های مورد نظر حاصل خواهد شد. نتایج به دست آمده از شبیه سازی صحت عملکرد ساختار پیشنهادی در این پایان نامه را تصدیق می کند.

حل معادلات ماکسول با هدف به دست آوردن میدان های الکتریکی e و مغناطیسی h در محیط های غیرساده منجر به پیدایش شاخه های کاربردی متفاوتی در علم الکترومغناطیس و میدان گشته است. در این بین شاخه ای تحت نام تصویربرداری مایکروویوی به عنوان کاربردی نوین مزیت های فراوانی را به ارمغان آورده است. از آن جاییکه امواج الکترومغناطیس توانایی نفوذ در اجسام را دارند، این قابلیت آن ها را برای کاربردهایی چون تشخیص مین های دفن شده و مجراهای آسیب دیده در زیر زمین، تشخیص وجود وسایط نقلیه و اشخاص مخفی شده در پوشش های درخت و جنگل و نیز موقعیت یابی اهداف از پشت موانع مناسب ساخته است. در این راستا یکی از تکنیک هایی که در این چند سال بیشترین توجهات را به علت عملکرد بالای خویش در محیط های غیرساده در تصویربرداری مایکروویوی به خود جلب کرده است، تکنیکی به نام time-reversal می باشد. این پایان نامه به صورت جامع تکنیک فوق را از پایه معرفی نموده، آن را در آزمایشگاه عددی fdtd کدنویسی و پیاده سازی کرده و پارامترهای تاثیرگذار در کارایی این تکنیک را ارزیابی می نماید. در ادامه، به مسأله تصویربرداری مایکروویوی با استفاده از تکنیک time-reversal خود در حالت کلی، جنبه ویژه و کاربردی اش را اضافه نموده و آن را به سوی مساله «تصویربرداری مایکروویوی از پشت دیوار» هدایت می نماییم. در این راستا، نشان داده می شود که با پیاده سازی تکنیک time-reversal، پیدا کردن فِرِیم زمانی بهینه که در آن لحظه، تصویر تشکیل شده از محیط نمایانگر موقعیت صحیحی از جسم هدف باشد، نشدنی می گردد. در واقع شرایطی مرتبط با نسبت فاصله هدف، مد پراکندگی هدف، نوع ساختار دیوار و میزان پراکندگی های چندگانه در داخل اتاق وجود دارد که روش های قبلی بیشینه میدان الکتریکی و روش های مبنی بر آشفتگی در انتخاب لحظه زمانی بهینه دچار تشخیص ناصحیح می گردند. بنابراین روش بهبود یافته ای که بر مبنای انعکاس اولیه از جسم هدف می باشد، پیشنهاد می گردد. نتایج نشان خواهند داد که روش پیشنهادی برتری بسیار قابل توجهی بر روش های سابق دارد. پس از آن، یکی از نوین ترین مسائل موجود در حوزه تصویربرداری مایکروویوی از پشت دیوار به نام «بازسازی تصویر بدن انسان از پشت دیوار» مطرح گشته و برای اولین بار تکنیک time-reversal بدین منظور به کار گرفته می شود. الگوریتم پیشنهادی ارائه گشته و نتایج مربوطه به نمایش در می آیند. با مقایسه تصاویر به دست آمده ی خویش با گزارش های موجود قبلی، بازسازی بسیار نزدیک تری از بدن یک انسان از پشت دیوار را مشاهده خواهیم نمود.

آنتن های آرایه ای نقش مهمی را در پردازش سیگنال هایی که از مسیرهای مختلف به آنها می رسند ایفا می کند. یکی از مهمترین اهداف در طراحی آنتن های آرایه ای ایجاد ساختار هندسی مناسب به منظور دستیابی به پترن تشعشعی مورد دلخواه می باشد. در این پایان نامه یک روش طراحی به منظور دستیابی به پترن تشعشعی با ویژگی هایی مانند دارا بودن صفر در زوایای از قبل تعریف شده و نیز کمترین میزان سطح گلبرگ های فرعی، در ساختارهای هندسی مختلف ارائه شده است. از الگوریتم اجتماع ذرات به منظور بهینه سازی مقادیر دامنه تشعشعی و مکان قرارگیری هر المان برای دستیابی به پترن دلخواه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی شده بیانگر توانایی روش پیشنهاد شده در کاهش سطح گلبرگ های فرعی و دستیابی به صفر های از قبل تعریف شده بطور همزمان در پترن می باشد. همچنین به دلیل ملاحظات عملی در آنتن های آرایه ای، دو روش برای کنترل اثر تزویج بین المان ها بکار برده شده است. در روش اول به محدود کردن مقادیر امپدانس نقطه موثر المان های آرایه های خطی و دایروی به منظور امکانپذیر کردن طراحی شبکه تطبیق آنها پرداخته شده است. همچنین در روش دوم نیز پارامتر نسبت محدودیت پویایی در طراحی پترن آرایه صفحه ای به منظور ساده سازی در طراحی شبکه تغذیه این آرایه پرداخت شده است. نتایج شبیه سازی شده برای پترن آرایه های بیان شده نشان می دهد که با در نظر گرفتن ملاحظات عملی نیز الگوریتم استفاده شده قابلیت بالایی در طراحی آنتن های آرایه ای دارد

حضور پوششهای گیاهی در مسیرهای انتشار امواج الکترومغناطیسی منجر به جذب، پراکندگی و در نهایت، تضعیف امواج می¬شود. میزان پراکندگی موج توسط گیاهان، به منظور تفسیر داده¬های رادار سنجش از دور مورد توجه قرار می¬گیرد. با استفاده از مدل پراکندگی، پارامترهای ساختاری و دی الکتریک گیاهان و خاک از روی داده¬ها تخمین زده می¬شود. میزان تضعیف موج توسط گیاهان، به منظور طراحی بهینه شبکه¬های مخابراتی بی¬سیم در محیط¬های گیاهی مورد توجه قرار می¬گیرد، زیرا این تضعیف، باعث کاهش برد تجهیزات مخابراتی بی¬سیم می¬شود. یکی از روش¬های معمول به منظور یافتن مدل پراکندگی و تضعیف گیاهان، روش انتقال انرژی (rt) می¬باشد. این روش، پراکندگی چندگانه میان اجزای محیط را درنظر می¬گیرد ولی اثرات همدوس را لحاظ نمی¬کند. روشهای معمول دیگر، روشهای تئوری بر اساس حل تقریبی معادلات ماکسول می¬باشند. این روشها برخلاف روش rt، اثرات همدوس (اثر فاز امواج) را لحاظ می¬کنند ولی از پراکندگی چندگانه صرف نظر می¬کنند. با توجه به این ساده سازی¬ها، این روشها مدلهای دقیقی ارائه نمی¬دهند و محدودیت کاربرد دارند. در مقایسه با روشهای اشاره شده، روشهای عددی دارای دقت بیشتری می¬باشند. در این پژوهش، راهکار موثری به منظور یافتن مدل پراکندگی و تضعیف درختان، با استفاده از روش عددی fdtd سه بعدی ارائه شده است. در محاسبه پراکندگی درخت، به منظور درنظر گرفتن اثر زمین، روابطی برای روش twfdtd در فضای سه بعدی ارائه شده است. مزایای روش fdtd، درنظر گرفتن پراکندگی چندگانه میان اجزا و اثرات همدوس و در نتیجه ارائه مدل پراکندگی دقیق¬تر و بهبود مدلسازی کانال می¬باشد. نتایج حاصل از محاسبه پراکندگی موج و پارامترهای کانال، دقت روش را تایید می¬کنند.

در این پایان نامه آنتن های موجبری شکافدار منطبق بر مدارات مجتمع (siw antenna) و همچنین کاربرد اصلی آن به عنوان یک آنتن آرایه ای را مورد بررسی قرار گرفت. آنتن موجبری شکافدار استاندارد بر اساس روش جدید (optimized-classic) طراحی می گردد. این روش نه تنها اثرات تزویج از شکاف های همسایه را مورد بررسی قرار می دهد بلکه مودهای مرتبه بالاتری که از برخورد موج ورودی به شکاف ها حاصل می شود را نیز در نظر می گیرد. همچنین پیش تر دو روش طراحی با الگوریتم کلاسیک الیوت و روش طراحی با الگوریتم بهینه سازی معرفی گردید. روش طراحی (optimized-classic) دارای پهنای باند بالاتر و سطح گلبرگ فرعی پایین تر می باشد. موجبرهای استاندارد قابلیت تبدیل به آنتن siw را دارند؛ بدین نحو که بتوان به جای دیواره عمودی موجبر از چاله های رسانا (metallic via hole) استفاده شود. اندازه و مکان حفره های رسانا به گونه ای محاسبه می شوند که میدان های الکترومغناطیسی داخل موجبر کمترین تلفات نشتی را داشته باشد و ثابت انتشار و امپدانس مشخصه آنتن siw و آنتن موجبری معادل آن کاملا یکسان باشد. توانایی شبیه سازی آنتن موجبری با برد مدار چاپی (pcb) این امکان را می دهد. پیاده سازی موجبر بر روی برد این امکان را به ما می دهد که بتوانیم دیگر مدارهای مسطح را به همراه آنتن بر روی یک زیرلایه قرار دهیم که این خود نیاز به طراحی مدار تطبیق پیچیده را برطرف می کند. آنتن siw مورد بررسی در باند x و فرکانس مرکزی 10 گیگا هرتز کار می کند و با خط مایکروستریپ 50 اهمی تغذیه می شود و با یک حالت گذار به بدنه اصلی آنتن وصل می شود. آنتن مورد نظر دارای 10 شکاف می باشد و دارای سطح گلبرگ فرعی بسیار پایین است. همچنین پهنای باند آن 1.5 گیگا هرتز می باشد.

آنتن های آرایه ای نقش مهمی را در پردازش سیگنال هایی که از مسیرهای مختلف به آنها می رسند ایفا می کند. یکی از مهمترین اهداف در طراحی آنتن های آرایه ای ایجاد ساختار هندسی مناسب به منظور دستیابی به پترن تشعشعی مورد دلخواه می باشد.در این پایان نامه یک روش طراحی به منظور دستیابی به پترن تشعشعی با ویژگی هایی مانند دارا بودن صفر در زوایای از قبل تعریف شده و نیز کمترین میزان سطح گلبرگ های فرعی، در ساختارهای هندسی مختلف ارائه شده است. از الگوریتم اجتماع ذرات به منظور بهینه سازی مقادیر دامنه تشعشعی و مکان قرارگیری هر المان برای دستیابی به پترن دلخواه استفاده شده است. نتایج شبیه سازی شده بیانگر توانایی روش پیشنهاد شده در کاهش سطح گلبرگ های فرعی و دستیابی به صفر های از قبل تعریف شده بطور همزمان در پترن می باشد. همچنین به دلیل ملاحظات عملی در آنتن های آرایه ای، دو روش برای کنترل اثر تزویج بین المان ها بکار برده شده است. در روش اول به محدود کردن مقادیر امپدانس نقطه موثر المان های آرایه های خطی و دایروی به منظور امکانپذیر کردن طراحی شبکه تطبیق آنها پرداخته شده است. همچنین در روش دوم نیز پارامتر نسبت محدودیت پویایی در طراحی پترن آرایه صفحه ای به منظور ساده سازی در طراحی شبکه تغذیه این آرایه پرداخت شده است. نتایج شبیه سازی شده برای پترن آرایه های بیان شده نشان می دهد که با در نظر گرفتن ملاحظات عملی نیز الگوریتم استفاده شده قابلیت بالایی در طراحی آنتن های آرایه ای دارد.

روش های عددی مختلف و موثر فراوانی برای حل مسائل الکترومغناطیسی وجود دارند. در این میان روش fdtd به دلیل ویژگی های خاص آن در مسائل بی شماری مورد استفاده قرار می گیرد. در بسیاری از مسائل، پارامترهای محیط از جمله خواص الکتریکی مواد به طور تصادفی تغییر می کند و موجب به وجود آمدن نوساناتی در میدان های الکترومغناطیسی می شود. روش fdtd بدون مدل کردن تغییرات خواص الکتریکی، تنها مقادیر متوسط آن ها را در معادلات قرار داده و در نتیجه مقادیر متوسط میدان ها در مدل را به دست می آورد. اما این مقادیر متوسط، شامل اطلاعات دقیقی نیستند، زیرا در بسیاری از کاربردها این نوسانات مقادیر قابل توجه ای داشته و نتایج حاصله را تحت تاثیر قرار می دهند. روش s-fdtd روشی نوین برای رفع این نیاز و گامی موثر در فهم بهتر چگونگی تاثیر نوسانات خواص الکتریکی بر جذب و پراکنده شدن انرژی الکترومغناطیسی و امکانی برای به دست آوردن بازه ی این تغییرات است. این روش مستقیما میانگین و واریانس میدان ها را در هر نقطه از مکان و زمان تخمین می زند و جایگزین بسیار مناسبی برای روش زمان بر مونت کارلو محسوب می شود. روش s-fdtd تحلیل های تصادفی را به طور قابل توجهی سرعت می بخشد و تقریب مطلوبی از میانگین و واریانس میدان ها ـ با اندکی افزایش در زمان و حافظه شبیه سازی ـ به دست می دهد. بنابراین با استفاده از این روش می-توان تحلیل های آماری مدل های بزرگ سه بعدی را ـ که در حال حاضر به دلیل نیاز به منابع کامپیوتری عظیم امکان پذیر نیست ـ با استفاده از منابع کامپیوتری در دسترس انجام داد. در این پایان نامه، روش s-fdtd برای به دست آوردن تخمینی از انحراف معیار نرخ جذب خاص (sar) در یک مدل واقعی از سر انسان (برش دو بعدی) مورد استفاده قرار گرفته است تا کاربردی از روش s-fdtd را در یک مثال عملی پیچیده ارائه دهد. هر چند روش s-fdtd از نظر محاسباتی در مقایسه با روش مونت کارلو بسیار کارآمد است، اما نتایج به دست آمده از آن به دقت نتایج به دست آمده از مونت کارلو نیستند. دقت این روش اساسا توسط تقریب های استفاده شده برای ضرایب همبستگی بین میدان ها و خواص الکتریکی مواد کنترل می شود، که پیش از این تقریب هایی برای آن ها در نظر گرفته شده است. در این پایان نامه روشی جدید برای به دست آوردن تقریبی از ضرایب همبستگی ارائه شده است. این روش جدید که mc-cc نامیده می شود، ضرایب همبستگی را با استفاده از روش مونت کارلو با تعداد اجرای کمتر به دست می آورد. روش mc-cc تقریب بسیار پیشرفته تری از ضرایب همبستگی را در مقایسه با تقریب های پیشین ـ در برابر اندکی پیچیدگی و هزینه ی محاسباتی ـ ارائه می دهد و گام بزرگی در بهبود روش s-fdtd است.

این پایان¬نامه به کاربردها و توسعه¬ی تکنیک¬های معکوس زمانی (time-reversal) بر اساس روش¬های پردازش سیگنال برای امواج الکترومغناطیس باند پهن در محیط¬های همگن و تصادفی گسسته و پیوسته تمرکز دارد. روش¬های معکوس زمانی بر اساس تغییرناپذیری معادلات ماکسول تحت شرایط معکوس شدن مولفه¬ی زمانی آن، یکی از تکنیک¬های مناسب و قابل توجه برای تصویربرداری می¬باشند. با افزایش ناهمگنی و پراکندگی چندگانه در محیط، دقت این تکنیک¬ها افزایش می¬یابد. به دلیل موفقیت تکنیک معکوس زمانی در امواج صوتی، علاقه¬ی زیادی در استفاده از روش time reversal با امواج الکترومغناطیس در فرکانس رادیویی بوجود آمده است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی وضوح بالای تمرکز امواج الکترومغناطیس uwb معکوس شده¬ی زمانی در محیط زمینه¬ی تصادفی پیوسته نوع اول و دوم پرداخته خواهد شد. همچنین دو تکنیک¬ dort و tr-music که روش¬های تصویربرداری با وضوح بالا برای تشخیص و مکان¬یابی اهداف پنهان شده در محیط¬های همگن و ناهمگن می¬باشند، را از پایه معرفی نموده، آن را در آزمایشگاه عددی fdtd کد نویسی و پیاده¬سازی کرده و پارامترهای موثر در کارایی این تکنیک¬ها را ارزیابی می¬نماییم. عملکرد این دو تکنیک در تصویربرداری مایکروویو در یک محیط ناهمگن تصادفی شامل پراکنده کننده¬های نقطه¬ای نشان داده شده است. محیط ناهمگن تصادفی درنظرگرفته شده بر اساس تغییرات مکانی نفوذپذیری خاک می¬باشد. اثر پارامترهای یک محیط ناهمگن تصادفی بر روی مقادیر ویژه و بردارهای ویژه¬ی اپراتور معکوس زمانی برای دو هدف نزدیک به هم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه، به مسأله¬ی تصویربرداری ماکروویوی با استفاده از تکنیک tr-music در حالت کلی، جنبه¬ی ویژه و کاربردی¬اش را اضافه نموده و آن را به سوی مسأله¬ی «تصویربرداری از پشت دیوار» هدایت می¬نماییم. اثرات پلاریزاسیون با استفاده از این تکنیک در این مثال کاربردی مورد شبیه سازی و تحلیل قرار می¬گیرد، همچنین در این راستا نشان داده می¬شود که این تکنیک حتی برای حالتی که دیوار دارای تلفات شدید باشد، نتایج قابل قبولی را بدست می¬دهد. در نهایت به ردیابی هدف در پشت دیوار با استفاده از تکنیک tr-music پرداخته خواهد شد.

در این پژوهش، برای بهینه سازی ساختار در تحلیل تمام موج، روشی ارائه شده است که از الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات و برنامه کاربردی ویژوال بیسیک استفاده می کند. روش پیشنهادی بر روی دو نوع ساختار ebg مرسوم و یک سلول واحد جدید پیشنهادی اعمال شده و نتایج قابل قبولی بدست آمده است. مزیت سلول واحد پیشنهادی ابعاد کوچکتر آن نسبت به ساختار مرسوم قارچ گونه می-باشد. تاثیر مثبت استفاده از ساختار های بهینه شده در عملکرد آنتن نشان داده شد.