-5-1 تعیین اندازه سلول…………………………………………………………………………………… 14

-6-1 شبیه سازی در سه بعد به روش FDTD در فضای آزاد……………………………………… 15

-7-1 خواص الکترومغناطیسی در مرز بین دو سلول…………………………………………………. 17

-8-1 لایه تطبیق کامل 18…………………………………………………………………………….. PML

فصل دوم : مدل کردن عناصر فشرده پسیو و اکتیو با استفاده از روش FDTD

-1-2 عناصر فشردة خطی…………………………………………………………………………………. 27

-1-1-2 مقاومت……………………………………………………………………………………………… 29

-2-1-2 منبع ولتاژ مقاومتی………………………………………………………………………………. 30

-3-1-2 خازن………………………………………………………………………………………………… 32

-4-1-2 سلف…………………………………………………………………………………………………. 32

-5-1-2 سیم یا اتصال………………………………………………………………………………………. 33

-2-2 مدل کردن عنصر فشرده در بیش از یک سلول………………………………………………… 33

-3-2 مدل کردن عناصر اکتیو…………………………………………………………………………….. 37

-4-2 روش FDTD بسط یافته…………………………………………………………………………… 39

-5-2 مدل گلوبال……………………………………………………………………………………………. 41

-6-2 روش منبع جریان معادل 48…………………………………………………….. …………………………..

-1-6-2 فرمول بندی روش منبع جریان معادل……………………………………………………….. 49

-2-6-2 دستگاه های اکتیو خطی……………………………………………………………………….. 53

-3-6-2 دستگاه اکتیو غیر خطی………………………………………………………………………… 56

فصل سوم : تقویت کننده مایکروویوی

-1-3عناصر مداری مایکروویو……………………………………………………………………………… 61

-1-1-3 مدارات عنصر فشرده…………………………………………………………………………….. 61

-2-1-3 مدارات خط توزیع شده…………………………………………………………………………. 61

-2-3 تطبیق شبکه های مایکروویو 61……………………………………………….. …………………………..

-3-3 تقویت کننده های مایکروویو………………………………………………………………………. 61

-1-3-3 تقویت کننده های مایکروویوی از نظر ساختار……………………………………………… 62

-2-3-3 تقویت کننده های مایکروویوی از نظر ساختار مداری…………………………………….. 62

-3-3-3تقویت کننده های مایکروویوی از نظر عملکرد………………………………………………. 62

-4-3 تقویت کننده یک طبقه مایکروویوی……………………………………………………………… 65

-5-3 مدل سیگنال کوچک 67………………………………………………………………….. MESFET

-1-5-3اندوکتانس های پارازیتیک 67………………………………………………… …………………………..

-2-5-3 مقاومت های پارازیتیک………………………………………………………………………….. 68

-3-5-3خازن های درونی…………………………………………………………………………………… 68

-4-5-3مقاومت با ر69………………………………………………………………………………………. Ri

-5-5-3ضریب هدایت متقابل……………………………………………………………………………… 69

-6-5-3زمان گذر…………………………………………………………………………………………….. 69

-7-5-3مقاومت خروجی…………………………………………………………………………………… .70

فصل چهارم : طراحی و شبیه سازی تقویت کننده

-1-4 طراحی تقویت کننده سیگنال کوچک…………………………………………………………… 73

-1-1-4 شبکه تطبیق خروجی…………………………………………………………………………… 76

-2-1-4 شبکه تطبیق ورودی…………………………………………………………………………….. 77

-2-4 مشخصات خط مایکرواستریپ 78………………………………………………. …………………………..

-3-4 مشخصات شبکه FDTD در شبیه سازی……………………………………………………….. 80

-4-4 مدل سازی عنصر فعال……………………………………………………………………………… 80

-1-4-4 مدل منبع جریان…………………………………………………………………………………. 85

-2-4-4 مدل منبع ولتاژ……………………………………………………………………………………. 89

-5-4 محاسبه پارامترهای 92……………………………………………………………………………….. S

-6-4 پروسه شبیه سازی…………………………………………………………………………………… 94

نتیجه…………………………………………………………………………………………………………… 100

پیوست…………………………………………………………………………………………………………. 101

منابع و ماخذ………………………………………………………………………………………………… . 102

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………… 106

فهرست شکل ها

:1-1 یک در میان قرار گرفتن میـدان های E و H از نظر زمـانی و مکانی در فرمـــول بندی

10……………………………………………………………………………………………………….. FDTD

:2-1 سلول 15……………………………………………………………………………………………… yee

:1-2 منبع ولتاژ مقاومتی که در جهت z مثبت قرار گرفته است…………………………………. 31

:2-2 مدار مربوط به عنصر فشرده که در چندین سلول yee واقع شده است………………….. ..35

:3-2 مدل کردن ترانزیستور در شبکه 41………………………………………………………… FDTD

:4-2 دید فوقانی نیمی از ساختار 45…………………………………………………. GaAs MESFET

:5-2 تقویت کننده ترانزیستور GaAs و شبکه تطبیق……………………………………………….. 46

:6-2 شبکه تطبیق ورودی………………………………………………………………………….. 47
:7-2 کوپلینگ در 47……………………………………………………………………. GaAs MESFET

:8-2 شبکه تطبیق خروجی 47………………………………………………………… …………………………..

:9-2 صفحه اکتیو ABCD در انتهای خط مایکرواستریپ……………………………………………. 50

:10-2 نمایش مدار معادل لبه های سلول (i, j) در شبکه 51………………………………… FDTD

:11-2 شبکه اکتیو و ختم شدگی آن به جریان دستگاه……………………………………………. 52

:12-2 مدار معادل سلول 52………………………………………………………………………… FDTD

:1-3 عملکرد سیگنال کوچک تقویت کننده 64……………………………………. …………………………..

:2-3 عملکرد سیگنال بزرگ تقویت کننده…………………………………………………………….. 64

:3-3 نمای کلی تقویت کننده یک طبقه……………………………………………………………… ..65

:4-3 تقویت کننده در این پایان نامه……………………………………………………………………. 66

:5-3 مدل 16 عنصری سیگنال کوچک 70………………………………………………….. MESFET

:6-3 ناحیه تخلیه زیر گیت……………………………………………………………………………….. 71

:1-4 تقویـت کننده مایکــروویوی شبیه سازی شـده در این پایان نامـه با استفـاده از

MESFET مایکروویوی 77………………………………………………………………………….. js8851

:2-4 مقادیر S اندازه گیری شده با استفاده از نرم افزار مایکروویو آفیس………………………… 78

:3-4 خط مایکرواستریپ 79……………………………………………………………. …………………………..

:4-4 (الف) قرار گرفتن منابع معادل جریان در روش معادل نرتن. (ب) مدار معادل فرم انتگرالی

قانون آمپر 81……………………………………………………………………………… …………………………..

:5-4 (ج) قرار گرفتن منـابع ولتاژ معادل در روش معـادل تونن. (د) مدار معـادل فرم انتگرالی

قانون فاراد…………………………………………………………………………………………………….. 82

:6-4 پارامترهای S به دست آمده حاصل از شبیه سازی 85……………………… …………………………..

:7-4 مدل منبع جریان معادل……………………………………………………………………………. 86

یک مطلب دیگر :

:8-4 منبع ولتاژ معادل…………………………………………………………………………………….. 89

:9-4 پارامترهای S به دست آمده با استفاده از روش منبع ولتاژ معادل………………………….. 96

:10-4 پارامترهای S به دست آمده با استفاده از روش منبع جریان معادل……………………… 97

:11-4 پارامترهای S حاصل شده از شبیه سازی در حوزه فرکانس با استفاده از 98……… MWO

چکیده                                                                                                                              ١

چکیده:

در این پایان نامه از روش FDTD جهت شبیه سازی و آنالیز یک تقویت کننده مایکروویوی در فرکانس

10GHz، استفاده شده است.  این تقویت کننده شامل منبع AC ، مدارات تطبیق ورودی و خروجی و

یک MESFET مایکروویوی JS8851 به عنوان دستگاه اکتیو می باشد.  روش منابع جریان و منابع ولتاژ

معادل جهت مدل کردن عنصر فعال به کار رفته اند و با توجه به مدل سیگنال کوچک MESFET و

معادلات حالت مربوطه، شبیه سازی تمام موج با استفاده از روش FDTD انجام می شود و میدان های

الکتریکی و مغناطیسی در صفحات فعال به روز می شوند.  در نهایت پارامترهای اسکترینگ تقویت کننده

با استفاده از تبدیل فوریه پاسخ زمانی به دست می آیند.  نتایج حاصل از شبیه سازی با دو روش معادل

ولتاژ و جریان با یکدیگر مقایسه شده اند.  از آن جایی که این دو روش دوگان یکدیگرند توافق خوبی با

یکدیگر دارند.  این نتایج با نتایج به دست آمده از روش فرکانسی با نرم افزار مایکروویوآفیس نیز مقایسه

شده اند.

مقدمه

روش های عددی ابزاری بسیار مفید در شبیه سازی مسائل الکترومغناطیسی هستند.  از این رو می توان

به روش ممان، روش عنصر محدود و روش تفاضلات محدود در حوزة زمان به عنوان مهم ترین این روش

ها اشاره کرد.  روش عددی FDTD به دلیل قابلیت آن در شبیه سازی انواع شکل های پیچیده، بدون

نیاز به حل ماتریس های بزرگ، معادلات غیر خطی و معادلات انتگرالی پیچیده، نسبت به سایر روش

های ذکر شده از مزایایی برخوردار است.  همچنین با استفاده از این روش می توان با یک بار اجرای

برنامه، پاسخ فرکانسی سیستم تحت بررسی را در باند وسیعی در اختیار داشت.

فصل اول :

معرفی روش FDTD

فصل اول: معرفی روش FDTD
مقدمه:

روش های عددی ابزاری بسیار مفید در شبیه سازی مسائل الکترومغناطیسی هستند. از این رو می توان

به روش ممان، روش عنصر محدود و روش تفاضلات محدود در حوزة زمان به عنوان مهم ترین این روش

ها اشاره کرد. روش عددی 1 FDTD به دلیل قابلیت آن در شبیه سازی انواع شکل های پیچیده، بدون

نیاز به حل ماتریس های بزرگ، معادلات غیر خطی و معادلات انتگرالی پیچیده، نسبت به سایر روش

های ذکر شده از مزایایی برخوردار است. همچنین با استفاده از این روش می توان با یک بار اجرای

برنامه، پاسخ فرکانسی سیستم تحت بررسی را در باند وسیعی در اختیار داشت. به طور کلی می توان با

یک بار اجرای برنامه، پاسخ فرکانسی سیستم تحت بررسی را در اختیار داشت. به طور کلی می توان به

مزایای این روش نسبت به سایر روش های عددی اینچنین اشاره کرد.

١- این روش نیاز به حل معادلات انتگرالی ندارد و مسائل پیچیده بدون نیاز به معکوس سازی

ماتریس های بزرگ قابل حل هستند.

٢- این روش برای استفاده در ساختارهای پیچیده، غیر همگن هادی یا دی الکتریک ساده است،

زیرا مقادیر ε، μ و σ در هر نقطه از شبکه قابل تعریف است.

٣- نتایج حوزه فرکانس با استفاده از نتایج حوزه زمان بسیار ساده تر از روش معکوس گیری از

ماتریس به دست می آیند. بنابراین نتایج باند وسیع فرکانسی به راحتی محاسبه می شوند.

٤- این روش موجب استفاده از حافظه به صورت ترتیبی می شود.

اما این روش دارای معایبی نیز هست که عبارتند از:

١- مش بندی اجسام پیچیده دشوار است.

٢- از آن جایی که شبکه به شکل چهار گوش است، مسائل با سطوح منحنی را در بر نمی گیرد و

در مدل سازی آن با این روش با خطا مواجه خواهیم شد.

٣- در الگوریتم های تفاضل محدود، مقادیر میدان ها فقط در گره های شبکه مشخص است.

٤- برای دست یابی به دقت بالا در محاسبات، نیاز به اجرای برنامه در تعداد گام زمانی زیاد است که

سبب کندتر شدن اجرای برنامه می شود.

چند دلیل افزایش علاقه مندی به استفاده از FDTD و روش های حل محاسباتی مربوطه اش برای

معادلات ماکسول وجود دارد.

FDTD -1  از جبر غیر خطی استفاده می کند. با یک محاسبه کاملاً ساده، FDTD از مشکلات جبر

خطی که اندازة معادله انتگرالی حوزة فرکانس و مدل های الکترومغناطیسی عنصر محدود را به کمتر

از 106 میدان نامشخص الکترومغناطیسی محدود می کند؛ اجتناب می کند. مدل های FDTD با 109

میدان ناشناخته، اجرا می شوند.

FDTD -2 دقیق و عملی می باشد. منابع خطا در محاسبات FDTD به خوبی شناخته شده اند و این

خطاها می توانند محدود شوند به گونه ای که مدل های دقیقی را برای انواع مسائل عکس العمل موج

الکترومغناطیسی فراهم کنند.

یک مطلب دیگر :

فهرست جدول ها

فهرست شکلها

یک مطلب دیگر :

Buyer Persona یا شخصیت خریدار چیست؟

چکیده:

در رادارها پالسی، با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس رادار، برد غیر مبهم کاهش می یابـد.

چنانکه در پروﮊه نیز دیده شد، با افزایش فرکانس تکرار پالس از 1KHz به 50KHz  برد

غیر مبهم از 150Km به 3Km کاهش یافت ولی در عوض توانستیم اهدافی با سرعت تـا

750m/s را آشکارسازی کنیم. این در حالی است که به ازای فرکانس تکرار پالس اولیـه،

ما فقط قادر به آشکار سازی صحیح اهداف با سرعتهای تا 15m/s بودیم! همچنین توانستیم

با کم کردن τ، متناسب با افزایش PRF ، قدرت تفکیک را از 3000m به 60m برسـانیم که یک پارامتر مناسب برای آشکارسازی اهداف نزدیک به هم می باشد. همچنـین نشـان دادیم با بالا بردن فرکانس تکرار پالس و افزایش در تعداد پالسهای ارسالی و دریـافتی در

طول ارسال یک PRF ، در مقایسه با رادارهای LPRF مقدار بسیار زیادی توان حاصـل شد ، که با استفاده از روشی خاص ، از این پالسهای دریافتی برای بالا بردن نسبت سیگنال

به نویز تا 15dB وحتی بیشتر برای PRFهای بالاتر استفاده شد که ایـن امـر مـا را در آشکار سازی بهتر یاری خواهد داد. همچنین نشان دادیم که با تجمـع بـر روی پالسـهای

دریافتی در طول ارسال چند PRF می توان باز هم نسبت سیگنال به نویز را افـزایش داد.

و فرضا با توجه به زمان ارسال هر PRF اگر هدف ۰۳ برابر این زمان در پتـرن آنـتن

رادار ما قرار گیرد برای هر کدام از PRFها می توان تا 10dB نسبت سیگنال به نویز را افزایش داد. و در انتها بحث کلاترها که با بالا بردن فرکانس تکرار پالس می توان اثـرات

منفی آنها را بهبود بخشید، ولی با استفاده از چند PRF قادر خواهیم بود تا اثرات آنرا بـه حداقل برسانیم و از طرفی همانطور که نشان داده شد ، توانستیم برد واقعی هـدف را بـا

استفاده از PRF های مرتبط با هم از روی مقایسه دریافتیهایشان بدست آوریم.

مقدمه:

در این پروﮊه گردآوری و شبیه سازی روی رادارهای پالسی انجام شده است. رادارهـای پالسی خود به چند گونه تقسیم می شوند که یکی از مهمترین آن تقسیمات ، مربوط به میزان فرکانس تکرار پالس می باشد که به دو و یا سـه دسـته تقسـیم مـی شـوند. دسـته اول

LowPRF و دسته دوم Medium PRF و دسته سوم HighPRF ها. در حالت کلی و با در نظر گرفتن دسته اول و سوم ،در میابیم که هرکدام دارای مزایایی هسـتند. مهمتـرین مزیت رادارهای با فرکانس تکرار پالس کم ساده بودن طراحی و برد مبهم زیاد است. ولی در قبال این وضعیت ما دچار مشکلاتی در شناسایی فرکانس داپلر خواهیم بـود و ….. .

برای رادارهای با فرکانس تکرار پالس بالا در قبال برد مبهم کم ، ما به شناسایی بهتری از تغییر فرکانس داپلر دست خواهیم یافت . البته این سیستم پیچیده تر است. ولی با توجه بـه آنکه با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس می توان چرخه کار را کاهش داد ، لذا پدیده اخفـاﺀ کمتر پیش می آید از طرف دیگر چنانکه در فصل دوم هم نشان داده شـده ، بیشـینه بـرد رادار با توان میانگین نسبت مستقیم دارد که سبب می شود به نسبت رادارهای LowPRF

، توان میانگین بیشتری در رادارهای HighPRF انتقال یابد و این خود سبب بـالا رفـتن نسبت سیگنال به نویز و برد آشکار سازی رادار می شود. اما برد مبهم کـم ایـن گونـه

وHighPRF در فصل ۳ ارائه شده است.

فصل اول

بررسی معادله رادار:

مقدمه:

به طور کلی با استفاده از معادله رادار می توان حداکثر برد رادار را بدست آورد. حداکثر برد رادار بر حسب پارامترهای رادار به صورت زیر بدست می آید.