یکی از اساسیترین قطعات مورد استفاده در سیستمهای مخابراتی که وجود آن نقش مهم بر عملکرد سیستم میگذارد فیلتر است. در کاربردهای مخابرات بیسیم، مؤلفه‌های فرکانسی که توسط گیرندهها دریافت می‌شوند لازم است از هم تفکیک شوند که این کار توسط فیلترها انجام می‌شود. هر چه پاسخ فیلتر مورد نظر بهتر باشد سیگنال خروجی میتواند باکیفیت بهتری استخراج شود. از طرفی با توجه به اهمیت ابعاد در سیستمهای مخابراتی، فیلتر مورد نظر باید علاوهبر پاسخ خوب، همزمان دارای ابعاد کوچکی نیز باشد.
فیلترهای متامتریالی که بر روی تکنولوژیهای مایکرواستریپ و موجبر همصفحه (CPW) ایجاد می‌شوند میتوانند هم دارای پاسخ فرکانسی خوب و هم دارای ابعاد کوچک به طور همزمان باشند. با استفاده از ساختارهای تشدیدی متامتریالها، به دلیل انتخاب‌کنندگی فرکانس، میتوانند هم پهنای باند باریک و هم صفر انتقال در فرکانس‌های مطلوب ایجاد کنند. همچنین با استفاده از ساختارهای غیرتشدیدی که اصطلاحاً CRLH نامیده می‌شوند میتوان به پهنای باند وسیع دست یافت. این ساختارهای غیرتشدیدی نیز میتوانند با المان‌های تشدیدی ترکیب‌شده و پاسخ مناسب ایجاد کنند.
در این پایان‌نامه کارهای مختلفی از قبیل فیلتر CRLH با استفاده از المانهای ایجادکننده صفر انتقال در لبههای باند گذر و ساختار CRLH چهار بانده با پهنای باند 2-6 GHz با صفرهایی در لبههای باند گذر مورد بررسی و ارائه می‌شوند. در این کار شبیه‌سازی‌های تمامموج برای ساختارهای ارائه‌شده، با استفاده از نرمافزار CST صورت گرفته است. پاسخ فرکانسی سه فیلتر ساخته‌شده و نتایج حاصل از آن‌ها نیز برای نمایش عملکرد درست فیلترهای شبیه‌سازی شده آورده شده است.

کلمات کلیدی: فیلتر متامتریالی، ساختار تشدیدی، ساختار غیر تشدیدی، مایکرواستریپ، صفر انتقال

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                 صفحه
فصل اول: اصول اولیه در متامتریال‌ها
1-1- معرفی   3
1-2- زمینه پیدایش و توصیف تجربی   4
1-3- روش خط انتقال   8
1-3-1- خطوط انتقال متامتریالیComposit Righ-Left Handed (CRLH)   9
1-3-2- مدل خط انتقال ایدهآل   10
1-4- جمع بندی   17

فصل دوم: نظریه‌ها و مفاهیم اولیه فیلترها
2-1- مقدمه   20
2-2- توابع تبدیل   20
2-2-1- تعاریف کلی   20
2-2-2- قطب‌ها و صفرها روی صفحه مختلط    21
2-2-3- پاسخ باترورث   22
2-2-4- پاسخ چبی شو   23
2-3- فیلترهای نوع پایین گذر و المان‌های آن   25
2-4- تبدیلات المانی و فرکانسی   25
2-5- معکوس کننده‌های امیتانسی   29
2-5-1- تعریف معکوس کننده‌های امیتانسی، امپدانسی و ادمیتانسی   29
2-5-2- فیلترها با معکوس کننده‌های ادمیتانسی   30
2-6- تبدیل ریچارد   35
2-6-1- فیلترها با خطوط کوپل‌شده    39
2-7- پراکندگی و ضریب کیفیت بی باری    44
2-7-1- ضرایب کیفیت بی باری المان‌های راکتیو پر اتلاف   44
2-8- جمع‌بندی   46

فصل سوم: خطوط انتقال متامتریال و کارهای انجام‌شده در این زمینه
3-1- خطوط CRLH غیرتشدیدی   48
3-2- خطوط CRLH تشدیدی   49
3-2-1- خطوط CRLH تشدیدی با استفاده از SRRها   50
3-2-2- خطوط CRLH تشدیدی با استفاده از CSRRها   51
3-2-3- فیلترهای UWB مبتنی بر سلولهای بالانس شده   54
3-3- فیلترهای متامتریالی مبتنی بر تشدیدکننده‌های امپدانس پلهای   58
3-4- خط انتقال تعمیم‌یافته با ضریب شکست منفی (NRI-TL)   61
3-4-1- تحلیل تک سلول NRI-TL شکل ‏314   63
3-4-2- حذف باندهای توقف   64
3-4-3- ملاحظات تطبیق   64
3-4-4- مفهوم چهار بانده و چند بانده با المان‌های پسیو   65
3-4-5- کاربردهای فیلتری   66
3-4-6- کارهای انجام‌شده در این زمینه   67
3-5- جمع‌بندی   69

فصل چهارم: کارهای انجام‌شده در این پایان‌نامه
4-1- مقدمه   72
4-2- ساختارهای میان‌گذر 3-4 GHz و 2-4 GHz   73
4-2-1- معرفی   73
4-2-2- ساختارهای ایجادکننده صفر انتقال   74
4-2-2-1- استاب اتصال کوتاه شده    74
4-2-2-2- استاب باز   75
4-2-2-3- خط کوپل‌شده اتصال کوتاه شده   76
4-2-3- ساختار اصلاح‌شده خط کوپل‌شده اتصال کوتاه   77
4-2-4- فیلترمیان‌گذر با استفاده از ساختار نوع A   83
4-2-2-4- بررسی متامتریالی بودن ساختار ارائه‌شده   86
4-2-5- فیلتر میان‌گذر با استفاده از ساختار نوع B (با پنجره در زمین)   90
4-2-5-1- بررسی متامتریالی بودن ساختار ارائه‌شده   93
4-2-6- تک‌سلول چهار بانده   93
4-3- جمع بندی    99

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها
5-1- نتیجه گیری 102
5-2- پیشنهاد‌ها 103

فهرست منابع ………………………………………………………………………………………………………….103

فصل اول

⦁

⦁ اصول اولیه در متامتریال‌ها

⦁ معرفی
⦁
متامتریالهای (MTMs) الکترومغناطیسی عمدتاً به عنوان ساختارهای الکترومغناطیسی همگن مصنوعی با خواص غیرمعمول که در طبیعت به طور آماده وجود ندارند، شناخته میشوند [1] . برای دستیابی به ساختار همگن باید میانگین اندازه هر سلول p، خیلی کوچک‌تر از طول موج هدایتی gλ باشد. بنابراین، این میانگین اندازه سلول باید حداقل کمتر یک چهارم طول موج (4/gλ( باشد. 4/gλ P= به عنوان شرطی برای دستیابی به یک محیط به طور موثر همگن در نظر گرفته می‌شود.
از نظر الکترومغناطیسی، وقتی اندازه هر سلول نسبت طول موج هدایتی خیلی کوچک‌تر باشد، دراین حالت ساختار از لحاظ الکترومغناطیسی در طول مسیر انتشار یکنواخت است بنابراین، ماده با پارامترهای تشکیل‌دهنده گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی در نظر گرفته می‌شود. به عبارت دیگر ، فعل و انفعالهای الکترومغناطیسی میتواند در سطح میکروسکوپی از طریق اتمهای ماده یا از طریق سلولهایی که اندازه و فاصله کوچک دارند انجام شود[2] .رابطه بین و با ضریب شکست n ( )، چهار حالت ممکن را میتواند ایجاد کند که در شکل ‏11 این حالات نشان داده‌شده است. از شکل ‏11 پیداست که محیط1 با و مشابه حالت راستگرد (RH) مرسوم با انتشار موج مستقیم است. وقتی یکی از یا منفی است هیچ موج انتشاری به وجود نمیآید. همچنین حالت دیگر انتشاری برای زمانی که هم و هم به طور همزمان منفی هستند نیز وجود دارند در نتیجه، یک محیط با ضریب شکست منفی حاصل می‌شود. برای موادی که دارای چنین خاصیتی هستند متامتریالهای چپگرد(LH) گفته می‌شود.

⦁ زمینه پیدایش و توصیف تجربی

وجود متامتریال‌های LH اولین بار توسط ویکتور وسالگو در سال 1967 با معرفی مادهای که قابلیت عبور موج الکترومغناطیسی با بردار موج سهتایی چپگرد را دارد، ارائه شد[3] . بردار موج سهتایی چپگرد به صورت مقایسه‌ای در شکل ‏12 نشان داده‌شده است.

شکل ‏11- نمودار گذردهی-نفوذپذیری ( ) و تأثیر و بر ضریب شکست . در این شکل E:انرژی، و است. در اینجا و به ترتیب گذردهی و نفوذپذیری نسبی هستند و و گذردهی و نفوذپذیری هوای آزاد به صورت و تعریف می‌شوند.

برای دانلود پایان نامه اینجا را کلیک کنید.