امروزه استفاده از شبکههای حسگر بسیار رایج و کاربردی شده است. شبکههای حسگر مجموعهای از ادوات حسگر است که با چیدمان مخصوص در محیطی قرار گرفته و با سعی در پوشش کل محیط، هدف خاصی را دنبال میکند. هدف در شبکههای حسگری ممکن است حس کردن دما برای محیطهای خاص، حس کردن دود برای جلوگیری از آتش گرفتن یا حس کردن نوعی گاز خاص باشد. اما از مهمترین کمیتهای قابل تشخیص بوسیله حسگرها مکان و زمان است که بسیار کاربردی است. با توجه به افزایش کاراییهای مکانیابی در کاربردهای مختلف نیاز به اینگونه سیستمها روز به روز افزایش مییابد. گسترش اینگونه سیستمها مورد توجه محققان و شرکتهای سازنده قرارگرفته است.
به عنوان مثال مکان اتومبیلها در مناطق تحت کنترل و نظامی و بررسی ترافیکها در نقاط مختلف و کنترل ناوگان مسافربری از جمله کاربردهای اخیر مکانیابی است که از سیستمهای مکانیابی GPS استفاده میکند.
اما مکانیابی اشخاص در انبارهای تجهیزات، بیمارستانهای بزرگ، مکانهای امنیتی در فضاهای داخلی با استفاده از سیستمهایGPS امکانپذیر نیست. زیرا این سیستمها دارای ارتباط ماهوارهای بوده و نیاز به خط دید مستقیم با گیرنده دارند و گیرنده باید همزمان با چهار گره مرجع ماهوارهای در تماس باشد. این گونه محدودیتها استفاده از این سیستمها را در فضای داخلی تقریبا غیرممکن میسازد. به علاوه این سیستمها در ماژول مکانیاب نیاز به توان ارسالی بالا برای تبادل اطلاعات با گرههای مرجع[4] وجود دارد و استفاده از این ماژولها را با
استفاده از تغذیه باتری با مشکل روبرو میکند. یکی از مشکلات مهم دیگر این سیستمها، دقت نسبتا” پایین آنها در حدود چندین متر است [1] .
در کاربردهای دقیقتر مانند رباتهای متحرک[5]، رباتهای فوتبالیست و مکانیابی اشخاص در فضاهای بسته امنیتی بیمارستانهای بزرگ استفاده از سیستمهای GPS مقدور نبوده و سیستمهای ساخته شده از شبکههای حسگری استفاده میشود. بنا براین شبکههای بیسیم محلی[6] برای فضاهای داخلی استفاده میگردد. اما اینگونه سیستمها نیز از لحاظ دقت کارآمد نیستند. در مکانیابیهای دقیق، سیگنالینگ فراپهنباند پیشنهاد میشود. در جدول زیرکاربردهای مختلف مکانیابی با دقتهای مورد نیاز مشاهده میگردد[2] .
کاربرد | دقت مورد نیاز |
مراقبت داخلی | 1 سانتی متر |
مکانیابی ابزاری | 1 سانتی متر |
راهنمای ربات داخلی | 8 سانتی متر |
راهنمای عابر پیاده | 1 متر |
سرویسهای مکانیابی | 3 متر |
اطلاعات قطار- اتوبوس- هواپیما | 30 متر |
مکانیابی حوادث | 1 متر |
درههای شهری | 50 سانتی متر |
جدول1-1: کاربرد و دقت مورد استفاده برای انواع مکانیابی
همانطور که در این جدول دیده میشود اکثر کاربردهای مهم مکانیابی نیاز به دقتهای سانتیمتر تا حداکثر متر دارند.
از ویژگیهای سیگنالهای فراپهنباند، قابلیت تفکیک سیگنالها از مسیرهای مختلف به دلیل باریک بودن پالسها است. قابلیت دیگر نفوذ و عبور از دیوارهها و البته انتقال داده با نرخهای بالا به دلیل پهنای باند وسیع است.
[1] GPS
[2] GLONASS
[3] Galileo
[4]Anchor
[5]Mobile Robot
[6]WLAN
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تولید و تقویت بسامدهای رادیویی[1] قلب مخابرات ماهوارهای و کاربردهای الکترونیک نوری است. صنعت مخابرات بهدنبال تقویت کنندههای بسامد رادیویی در مقیاس کوچکتر و موثرتر در بسامدهای بالاتر است. نانوساختارها بهدلیل ویژگیهای منحصربهفردشان این نیازها را برآورده میکنند. در این پایاننامه ویژگیهای ساختار گرافین و نحوه شکلگیری نانولولههای کربنی از آن را بیان میکنیم، شباهتها و تفاوتهای ساختار نانولوله کربنی[2] و تقویتکننده لولهای موج رونده[3] را بررسی کرده و علت فیزیکی تقویت در این دو ساختار را مقایسه میکنیم. معادله بولتزمن که برای نانولولههای کربنی با بایاس همزمان AC و DC بهکارمیرود را بررسی میکنیم و بهتحلیل فیزیکی رسانایی تفاضلی منفی[4] ایجادشده در نمودارهای بهدست آمده میپردازیم. با توجه بهعدم تطبیق امپدانسی که در استفاده از نانولولههای کربنی در دنیای واقعی رخ میدهد باید بستر مناسبی برای کاهش عدم تطبیق امپدانس طراحی کنیم. در این طراحی از موجبر همصفحه بهدلیل مزایایی که دارد مانند ظرفیت بسامد بالا، قابلیت ساخت در ابعاد زیر میکرو و… استفاده میکنیم. در مسیر عبور سیگنالِ موجبر همصفحه یک فضای خالی برای جاسازی نانولوله کربنی ایجاد میکنیم، سعی براین است که این فضای خالی تا حد امکان کوچک باشد تا تعداد نانولولههای کربنی بهکار رفته کاهش یابد. ساختار پیشنهاد شده باعث کاهش عدم تطبیق امپدانس شد.
کلیدواژه: نانولولههای کربنی، تقویت در نانولولههای کربنی بایاسشده، معادله بولتزمن، رسانایی تفاضلی منفی.
فصل 1- معرفی نانولولههای کربنی 1
1-1- دیباچه 3
1-2- گرافین و نحوه ساخت نانولولههای کربنی از گرافین 3
1-3- انواع نانولولههای کربنی 9
1-3-1- نانولوله کربنی زیگزاگ … 13
1-3-2- نانولوله کربنی مبلی … 14
1-4- مباحث فیزیکی 15
1-4-1- ناحیهی بریلوین 15
1-4-2- حالت بلاخ 15
1-4-3- نوسانهای بلاخ 16
1-5- تقویتکننده لولهای موج رونده 17
1-6- کاربرد نانولولههای کربنی 19
1-7- مطالب پایاننامه 19
فصل 2- معادله بولتزمن 21
2-1- دیباچه 23
2-2- رسانایی تفاضلی منفی 23
2-3- معادله بولتزمن 24
2-4- معادله جریانِ رسانایی بر حسب میدان اعمالی 24
فصل 3- ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولولههای کربنی 33
3-1- دیباچه 35
3-2- مدل مداری نانولولههای کربنی 35
3-3- عدم تطبیق امپدانس 37
3-4- ساختار کلی موجبری الکترومغناطیسی و روش برقراری اتصال 38
فصل 4- شبیهسازی نانولوله کربنی با بایاسDC و AC 41
4-1- دیباچه 43
4-2- شبیهسازی نانولوله کربنی با بایاس DC 43
4-3- شبیهسازی با استفاده از معادلههای بولتزمن و با درنظر گرفتن بایاس DC و AC 49
4-3-1- نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (0،12) 49
4-3-2- نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (10،0) 54
4-3-3- نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ با ضریب مشخصه (100،0) 56
فصل 5- شبیهسازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولولههای کربنی 61
5-1- دیباچه 63
5-2- شبیهسازی ساختار مناسب برای تطبیق امپدانس نانولوله کربنی 63
فصل 6- نتیجهگیریها و پیشنهادها 71
6-1- نتیجهگیریها 73
6-2- پیشنهادها 74
مرجعها……. 75
واژهنامه فارسی بهانگلیسی 77
واژهنامه انگلیسی بهفارسی 79
فهرست شکلها
شکل (1‑1) اوربیتالهای اتمی اتصال کربن-کربن در صفحه گرافین [1]. 4
شکل (1‑2) شبکه فضای حقیقی گرافین. سلول واحد بهرنگ خاکستری است [1]. 4
گرافین. ناحیهی بریلوین بهرنگ خاکستری نشان داده شده است [1]. 5
شکل (1‑4) دیاگرام پاشندگی انرژی گرافین [1]. 7
شکل (1‑5) گرافین یک صفحه تکاتمی از گرافیت است. نانولوله کربنی از لوله کردن گرافین بهشکل استوانه توخالی ایجاد میشود [1]. 8
شکل (1‑6) ساختار ششگوشه در صفحه مختصات گرافین [2]. 9
شکل (1‑7) صفحه مختصات گرافین. مسیر مبلی بهرنگ نارنجی، مسیر نامتقارن بهرنگ سبز و مسیر زیگزاگ بهرنگ آبی است [2]. 10
شکل (1‑8) شبکه و سلول واحد فضای واقعی نانولوله کربنی (الف) از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3) [1]. 12
و ناحیه بریلوین (الف) نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3) [1]. 12
شکل (1‑10) دیاگرام پاشندگی الکترونی (الف) نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (3،0) و (ب) نانولوله کربنی از نوع مبلی (3،3). ناحیه سایهخورده زیرِ انرژی فرمی، منطبق با باند ظرفیت است [1]. 14
شکل (1‑11) احتمال اشغال الکترون برای (الف) (ب) [5]. 17
شکل (1‑12) ساختار تقویتکننده لولهای موج رونده [6]. 17
شکل (2‑1) چگالی جریان نرمالیزهشده برحسب بسامد زاویهای برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (سبزرنگ) و مبلی (نقطهچین قرمزرنگ) و ابرشبکهها (سیاهرنگ) [8]. 29
شکل (2‑2) چگالی جریان نرمالیزهشده برحسب میدان الکتریکی DC اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (سبزرنگ) و مبلی (نقطهچین قرمزرنگ) و ابرشبکهها (سیاهرنگ) [8]. 30
شکل (2‑3) مشخصه رسانایی تفاضلی نرمالیزهشده برحسب میدان الکتریکی DC اعمالی [8]. 31
شکل (3‑1) مدل مداری نانولوله کربنی [1]. 37
شکل (3‑2) نمایش عدم تطبیق امپدانس بین نانولوله کربنی و دنیای مقیاس بزرگ [1]. 38
شکل (3‑3) ساختار موجبر همصفحه (الف) نمای بالا (ب) نمای کنار [1]. 38
شکل (3‑4) ساختار موجبر همصفحه مورد استفاده و نحوه کاهش دادن عرض ناحیه میانی، محلی که نانولوله کربنی قرار خواهد گرفت [1]. 39
شکل (4‑1) سلول واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 45
شکل (4‑2) با گزینش سلولِ واحد نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0)، 4 بار تکرار میشود. 46
شکل (4‑3) حالت بلاخ نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 46
شکل (4‑4) اعمال بایاس DC بهنانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0) با . 47
شکل (4‑5) نمودار I-V بهدست آمده برای نانولوله کربنی با . 48
شکل (4‑6) رسانایی تفاضلی منفی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (6،0). 49
شکل (4‑7) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 50
شکل (4‑8) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 51
شکل (4‑9) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 51
شکل (4‑10) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 53
شکل (4‑11) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 53
شکل (4‑12) بخش حقیقی رسانایی تفاضلی نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (12،0) با . 54
شکل (4‑13) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با . 55
شکل (4‑14) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با . 55
شکل (4‑15) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (10،0) با . 56
شکل (4‑16) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 57
شکل (4‑17) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 58
شکل (4‑18) جریان نرمالیزهشده برحسب ولتاژ DC نرمالیزهشده اعمالی برای نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (100،0) با . 58
شکل (5‑1) ساختار موجبر همصفحه برای بررسی عبور موج از درون نانولوله کربنی [14]. 64
شکل (5‑2) ساختار پیشنهادی برای بررسی تطبیق امپدانس. 64
شکل (5‑3) نحوه قرارگیری نانولوله کربنی (مسیر آبیرنگ) درون ساختار پیشنهادشده با بزرگنمایی محل قرارگیری نانولوله کربنی درون شکافِ شکل (5-2) 65
شکل (5‑4) نحوه زمین کردن رسانای کناری در موجبر همصفحه. 66
شکل (5‑5) خطوط میدان الکتریکی (الف) مد زوج (ب) مد فرد [1]. 66
شکل (5‑6) قسمت حقیقی و موهومی رسانایی دینامیکی نانولوله کربنی از نوع مبلی [15]. 67
شکل (5‑7) تطبیق امپدانس ایجادشده با استفاده از ساختار شبیه سازیشده برای کاهش عدم تطبیق امپدانس. 68
شکل (5‑8) سیگنال ورودی (قرمز رنگ) سیگنال خروجی (نارنجی رنگ). 69
شکل (5‑9) نمایش تقویت سیگنال. با بزرگنمایی کردن شکل (5‑8). 69
نانولولههای کربنی[5] برای اولین بار توسط ایجیما[6] در سال 1991 کشف شدند و پس از آن تلاشهای بسیاری برای پیشبینی ساختار الکترونیک آنها انجام شده است. بهدلیل ویژگیهای منحصربهفردشان مانند :رسانایی بالا، انعطافپذیری، استحکام و سختی بسیار مورد توجه قرار گرفتند [1]. در این فصل بهبررسی ساختار نانولولههای کربنی و نحوه ساخت آنها از گرافین میپردازیم. انواع نانولولههای کربنی و نحوه شکلگیری آنها را توضیح داده، مباحث فیزیکی بسیار مهم در نانوساختارها را بیان میکنیم. همچنین ساختار تقویتکننده لولهای موج رونده[7] را مورد بررسی قرار میدهیم.
گرافین یک تکلایه از گرافیت است. همانطور که در شکل (1‑1) نشان داده شده است، اتصال کربن-کربن در گرافین توسط اوربیتالهای پیوندی، 2sp، اتصالهای s را تشکیل میدهند و باقیمانده اوربیتالها، zp، اتصالهای π را تشکیل میدهند. اتصالهای π و s بهصورت زیر تعریف میشوند:
s اتصالهای درون صفحهای را تشکیل میدهد، در حالیکه اتصالهای π، از نوع اتصالهای بیرون صفحهای است که هیچگونه برخوردی با هسته ندارند. اتصالهای s در گرافین و نانولولههای کربنی خصوصیتهای مکانیکی قوی را ایجاد میکنند. بهعبارت دیگر رسانایی الکترون بهطور گسترده از طریق اتصالهای π است. با توجه بهشکل (1‑1) میتوان بهاین خصوصیت پی برد. همانطور که دیده میشود هیچگونه صفری[8] در اوربیتالهای اتصال π نیست، الکترونها آزادانه اطراف شبکه حرکت میکنند که اصطلاحا غیرمحلی شده[9] گفته میشوند و یک شبکه متصل تشکیل میدهند که نحوهی رسانایی گرافین و نانولولههای کربنی را توضیح میدهد [1].
شکل (1‑1) اوربیتالهای اتمی اتصال کربن-کربن در صفحه گرافین [1].
شبکه فضای حقیقی دو-بعدی گرافین در شکل (1‑2) نشان داده شده است. سلولِ واحد گرافین از دو اتم مجزا با فاصلهی دروناتمی تشکیل شده است. بردارهای واحدِ آن بهشکل زیر هستند:
(1‑1)
که در آن ثابتشبکه است. سلول واحد از دو بردار شبکه تشکیل شده است، که در شکل (1‑2) بهرنگ خاکستری است [1].
شکل (1‑2) شبکه فضای حقیقی گرافین. سلول واحد بهرنگ خاکستری است [1].
شبکه دوبعدی فضای k در شکل (1‑3) نشان داده شده است. بردارهای واحد همپاسخ 1b و 2b توسط معادله زیر قابل دستیابی هستند:
(1‑2)
که dij دلتای کرونِکر است. در نتیجه:
(1‑3)
ثابت شبکه همپاسخ است. اولین ناحیهی بریلوین[10] گرافین درشکل (1‑3) بهرنگ خاکستری نشان داده شده است [1].
شکل (1‑3) شبکه فضای k گرافین. ناحیهی بریلوین بهرنگ خاکستری نشان داده شده است [1].
مدل اتصال محکم[11] بهطور معمول برای دستیابی بهشکل تحلیلی پاشندگی انرژی الکترونی و یا ساختار باند E گرافین بهکار میرود. چون حل معادله شرودینگر عملا در سامانههای بزرگ غیرممکن است مدلهای تقریبی زیادی با افزایش یافتن پیچیدگی موجود است. تقریب اتصال محکم بهعنوان یکی از سادهترین روشها شناخته شده است. در این قسمت بهتوضیحی مختصر درباره چگونگی دستیابی بهرابطه پاشندگی الکترونی گرافین پرداخته میشود. چند فرض اولیه زیر را در نظر میگیریم:
برای رسیدن بهتابع پاشندگی گرافین باید معادله شرودینگر برای یک الکترون مورد اعمال پتانسیلِ شبکه، مانند زیرحل شود:
(1‑4)
H همیلتونینِ شبکه، U پتانسیل شبکه،m جرم الکترون، jE تابع ویژه وYj انرژی ویژه برای jامین باند با بردار موج k است. چون این یک مسئله متناوب است، تابع ویژه (یا تابع بلاخ[12]) باید تئوری بلاخ را که بهشکل زیر داده شده برآورده کند:
(1‑5)
بردار شبکه براوایس[13] است، r1 و r2 عددهای صحیح هستند [1]. بنابراین تابع موج در فضای همپاسخ با بردار شبکه همپاسخ متناوب است که q1 و q2 عدد صحیح هستند:
(1‑6)
در نهایت ساختار باند گرافین بهشکل زیر تقریب زده میشود [1]:
(1‑7)
پارامتر انتقال g0 با محاسبههای فرض اولیه[14] حدود 7/2 الکترونولت تخمین زده میشود. همانطور که انتظار میرود مقدارهای انرژی مثبت و منفی بهترتیب بهباند رسانایی و ظرفیت اشاره دارد. پاشندگی گرافین در شکل (1‑4) نشان داده شده است. دیده میشود که گرافین هیچگونه باند توقفی ندارد و نیمهرسانا با باند توقف صفر است. اگرچه کلمه رسانا بهگرافین یا نانولولهی کربنی با باند توقف صفر اشاره دارد. نقاطی که از انرژی فرمی عبور میکنند نقاط kگویند و با لبههای ششگوشه[15] برخورد دارند. بیشترین مشخصههای رسانایی الکترونیک با بایاس کم توسط نواحی اطراف نقاط k تعیین میشوند [1].
[1] Radio frequencies: RFs
[2] Carbon nanotube: CNT
[3] Traveling wave tube: TWT
[4] Negative differential conductivity: NDC
[5] Carbon nanotubes: CNTs
[6] Ijima
[7] Traveling wave tube: TWT
[8] Null
[9] Delocalized
[10] Brillouinz one: BZ
[11] Tight binding
[12] Bloch
[13] Bravais
[14] First principle
[15] Hexagon
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
امروزه با پیشرفت بیشتر ارتباطات، بشر توانسته است که از طیف الکترومغناطیسی که خارج از محدوده نور مرئی است، برای ارتباطات بیسیم استفاده کند. آنتنها به عنوان ساختاری جهت ارسال و دریافت امواج الکترومغناطیس ساخته شدند. طراحی آنتن در چند دههی اخیر پیشرفتهای زیادی کرده است. بدلیل افزایش محبوبیت سیستمهای ارتباطی راه دور و ادوات بیسیم سیار، توسعه طراحی انواع آنتنهای بدیع، تداوم یافت. از رادیوهای قدیمی و سیستمهای پخش تلویزیونی تا سیستمهای ماهوارهای پیشرفته و شبکههای محلی بیسیم، مخابرات بیسیم به قسمتی جداییناپذیر از زندگی روزانه مردم تبدیل شد. آنتنها بزرگترین نقش را در پیشرفت دستگاههای مخابرات بیسیم جدید اعم از تلفنهای همراه تا هدایتگرهای GPS قابل حمل، و ازکارتهای شبکه بیسیم لبتاپها تا گیرندههای ماهوارههای تلویزیونی بازی میکنند. یک دسته از ملزومات طراحی، از جمله ابعاد کوچک، پهنای باند عریض، و ویژگیهای متعدد دیگری، باعث به چالش کشیدن محققان آنتن و توسعه آنتنهای جدید شده است.
1-1- آنتن آرایه انعکاسی
در بسیاری از کاربردهای مایکروویوی، یک آنتن جهتی که پرتو اصلی آن در راستای خاصی جهتگیری شده مورد نیاز است. برای رسیدن به چنین ویژگیهایی یک تحریک[1] روزنهای با فاز جلورونده مورد نیاز است. دو راه اصلی برای انجام این کار، منعکس کنندهها[2] و آرایهها میباشد.
در آنتنهای منعکسکننده، برای ایجاد فاز مناسب در روزنهها[3]، از تفاوت مکانی جایگیری روزنهها استفاده میشود، در حالی که در آنتن آرایهای از عناصر متمایز تغذیه شده با فاز جلورونده استفاده میشود. آنتنهای منعکسکننده پهنای باند بزرگ و تلفات کمی دارند. نقطه ضعف اصلی منعکسکنندهها محدودیت هندسی در طراحی است. منعکسکننده سهموی که معروفترین انعکاسدهنده میباشد، نیز میزان قطبش متقاطع[4] بالایی دارد.
فناوری آنتن چاپی افقهای جدیدی برای آنتنهای فضایی باز کرده است. آنتنهای آرایه مایکرواستریپ دارای اندازهای کوچک، هزینه ساخت
پایین و وزن کم هستند و قطبش متقاطع پایینی دارند و هندسه مسطح این آنتنها اجازه میدهد تا برای استقرار در فضا مناسب باشند. علاوه بر این آرایههای مایکرواستریپ قابلیت دستیابی به سرعت بالا در اسکن الکترونیکی را دارا میباشند. با این حال، نقطه ضعف عمده آنتن چاپی پهنای باند کوچک و تلفات نسبتا بزرگ است. با وجود نقطه ضعف مورد اشاره، طراحی آنتنها برای رسیدن به پرتو اسکن شده با بهره بالا، با چالش مواجه میشود [1]. بنابراین ترکیب ویژگیهای انعکاسدهندهها و آرایهها میتواند مفید باشد.
آنتنهای آرایه انعكاسی[5]، از آرایهای از عناصر انعكاسدهنده تشكیل شده است كه با وجود برخورداری از سطحی بدون انحنا، هر عنصر در آرایه طوری طراحی میشود كه تغییر فاز مناسب را در موج انعكاسی نسبت به موج تابشی ایجاد كند تا در نهایت یک سطح همفاز مسطح در جهت مطلوب شكل گیرد. عناصر انعكاسدهنده رایج در این نوع آنتنها، رویهها[6] هستند که روی یک لایه دیالکتریک زمین شده در سطح انعكاسدهنده جای میگیرند [2].
آنتنهای گین بالا برای ساخت شبکههای بیسیم و یا سیستمهای تصویربرداری مورد نیاز است. همچنین آنتنهای آرایه انعکاسی تراهرتز با تلفات پایین مزایای جالبی در تنظیم تابش تراهرتز دارند.
شکل 1‑1- آنتن آرایه انعکاسی
1-2- فراماده
فرامادهها[7] مواد مصنوعی ساخته دست بشر هستند. فراماده مادهای با خواص ویژه میباشد که عملکرد آن هم ناشی از ساختار سلولها و هم ناشی از ترکیبات شیمیایی آن است. به عبارت دیگر میتوان گفت که آنها مواد مصنوعی هستند که طوری طراحی میشوند که خواصی را داشته باشند که ممکن است این خواص در طبیعت یافت نشوند. فرامواد از مواد معمولی میکروسکوپی مختلفی مانند فلزات و یا پلاستیک، و معمولاً به صورت پریودیک ایجاد میشوند. بیشتر فرامواد برای کاربردهای مربوط به الکترومغناطیس و اپتیک مانند هدایتگرهای پرتو، مدولاتورها، فیلترها، لنزها، و غیره مورد استفاده قرار میگیرند. با بکارگیری فراماده در ساخت آنتنها، با توجه به خصوصیات فراماده، بسیاری از ویژگیهای مطلوب آنتن از جمله کاهش ابعاد آن، بهبود عملکرد انعکاسی و عملکرد چندباندی آن میسر می شود. [3]
[1] illumination
[2] Reflectors
[3] apertures
[4] Cross polarization
[5] Reflectarray antenna
[6] patches
[7] metamaterials
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
این فصل به بررسی سیستم شناسایی خودكار نوع مدولاسیون (نوع سیگنال) و برخی از كاربردهای مهم آن، سیر تكامل شناسایی نوع مدولاسیون، دسته بندی کلی روشهای شناسایی نوع مدولاسیون، كارهای انجام شده توسط دیگران، و هدف از انجام این پایاننامه میپردازد.
به سیستمی که عمل تعیین نوع مدولاسیون سیگنال دریافتی را، در بین مجموعهای از مدولاسیونها به صورت خودکار و هوشمند به عهده دارد؛ شناساگر خودكار نوع سیگنال گفته میشود. به سبب آنکه سیستم با تغییر شرایط کانال، خود را وفق میدهد به این نوع سیستمها، سیستم هوشمند میگویند. فرآیند بازشناخت مدولاسیون، مرحلهی قبل از دمدولاسیون است. در سیستمهای مخابراتی هوشمند، در صورت تشخیص غلط نوع و مرتبه مدولاسیون و بكارگیری یك دمدولاتور نامناسب، ممكن است محتوی اطلاعات سیگنال بهطور كامل از دست برود ]1[. تشخیص نوع مدولاسیون هم اکنون یکی از حوزههای مهم پردازش سیگنال در علم مخابرات بوده و هر ساله تلاشهای مختلفی از سوی محققان سراسر دنیا برای ارائه سیستمی هوشمند که به طور خودکار شناسایی نوع مدولاسیون را انجام می دهد؛ صورت میگیرد.
تلگراف به عنوان اولین سیستم مخابرات الکتریکی یک سیستم مخابراتی دیجیتال بود. تلگراف الکتریکی توسط ساموئل مورس[1] اختراع و در سال 1837 به نمایش گذاشته شد. مورس، کد دودویی با طول متغیری را که در آن حروف الفبای انگلیسی با دنبالهای از خطهای تیره [2]و نقطهها[3] (کلمه کد) نمایش داده میشد؛ ابداع نمود. در این کد، حروف با تواتر وقوع بالاتر، با کلمات کد کوتاه و حروف با تواتر وقوع کمتر، با کلمات کد بلندتر نمایش داده میشوند [2].
تقریبا چهل سال بعد از آن، در سال 1875 امیل بودت[4] یک کد دودویی با طول ثابت 5 برای تلگراف ابداع نمود. در کد بودت، اجزای کد دارای طول یکسان بوده و نقطه[5] و فاصله[6] نامیده میشود. هر چند مورس ابداع کنندهی اولین سیستم مخابراتی دیجیتال (تلگراف) است، اما سر آغاز آنچه ما امروز به عنوان مخابرات دیجیتال مدرن میشناسیم به کار نایکویست[7] (1924) بر میگردد؛ که مسئله حداکثر نرخ دادهی قابل ارسال روی یک کانال تلگرافی با پهنای باند داده شده را بدون وقوع تداخل بین سمبلها بررسی نمود. نایکویست معادلهی (2-1) را برای سیستم تلگراف پیشنهاد نمود که سیگنال ارسالی آن دارای صورت عمودی زیر است[2].
(1-1) |
که در این معادله بیانگر شکل پالس و دنباله دادهی دودویی است که با نرخ بر ثانیه ارسال شده است. نایکویست کار خود را با تعیین شکل پالس بهینه با پهنای باند محدود هرتز به گونهای آغاز نمود که علاوه بر عدم ایجاد تداخل بین سمبلها در لحظات نمونه برداری ، نرخ بیت نیز حداکثر شود. مطالعات، وی را به این نتیجه، که حداکثر نرخ ارسال پالس بر ثانیه است رساند، که این نرخ را، نرخ نایکویست مینامند. دستیابی به این نرخ ارسال با استفاده از شکل پالس مقدور است. این شکل پالس امکان بازیابی داده را بدون تداخل بین سمبلها در لحظات نمونهبرداری فراهم میکند. نتیجهی کار نایکویست معادل تفسیری از قضیهی نمونهبرداری برای سیگنالهای باند محدود است که بعدها توسط شانون[8] (1948) مطرح شد. قضیهی نمونه برداری چنین بیان میدارد که سیگنال باند محدود را میتوان از روی نمونههای برداشته شده با نرخ نایکویست نمونه در ثانیه با استفاده از فرمول درونیابی زیر بازسازی نمود.
(1-2) |
هارتلی[9] با الهام از کار نایکویست (1928) مسئله نرخ ارسال مطمئن داده روی یک کانال دارای پهنای باند محدود را با استفاده از سطوح دامنهی چندگانه بررسی نمود. هارتلی از این قیاس منطقی که گیرنده با وجود نویز و تداخل میتواند دامنهی سیگنال دریافتی را با دقت معینی مثلا با اطمینان تخمین بزند استفاده کرد. بررسیهای هارتلی را به این نتیجه رهنمون ساخت که برای ارسال مطمئن اطلاعات روی یک
کانال با پهنای باند محدود، وقتی که حداقل دامنه محدود به (قید توان ثابت) و توان تفکیک دامنه سیگنال دریافتی باشد، یک حداکثر نرخ ارسال داده وجود دارد [3]. یک پیشرفت چشمگیر دیگر در توسعه مخابرات دیجیتال، کار وینر[10] (1942) بود که مسئله تخمین شکل موج یک سیگنال دلخواه را در حضور نویز تجمعی و با مشاهده سیگنال دریافتی بررسی نمود. این مسئله در وامدولهسازی سیگنال مطرح میشود. وینر یک فیلتر خطی را تعیین نمود که خروجی آن بهترین تقریب سیگنال مورد نظر از دید متوسط مجذور است. فیلتر حاصله را، فیلتر خطی بهینه (کولموگارف[11]-وینر) گویند. نتایج هارتلی و نایکویست در مورد حداکثر نرخ ارسال اطلاعات دیجیتال بر کار شانون که به تبیین مبانی ریاضی انتقال اطلاعات و تعیین محدودیتهای پایهی سیستمهای مخابرات دیجیتال منجر گردید مقدم بود. شانون در کار پیشگامانهی خود مسئله اساسی انتقال مطمئن اطلاعات را در یک قالب آماری و با استفاده از مدلهای احتمالی برای منابع اطلاعات و کانالهای مخابراتی فرمولبندی نمود. همچنین نشان داد که اثر محدودیت توان فرستنده، محدودیت پهنای باند و نویز تجمعی را میتوان با کانال مرتبط نموده و در یک پارامتر واحد به نام ظرفیت کانال جای داد. به عنوان مثال در مورد یک نویز تجمعی گوسی سفید (طیف صاف)، ظرفیت یک کانال ایدهآل با پهنای باند محدود برابر است با:
(1-3) |
که در آن متوسط توان ارسالی و چگالی طیفی توان نویز تجمعی است. مفهوم ظرفیت کانال به شرح زیر است: اگر نرخ اطلاعات منبع کمتر از ظرفیت باشد؛ در اینصورت از نظر تئوری امکان انتقال مطمئن اطلاعات (بدون خطا) از طریق این کانال با انتخاب شیوهی مناسب کدگذاری وجود دارد. از طرف دیگر اگر باشد مستقل از میزان پردازش انجامشده در فرستنده و گیرنده، امکان انتقال مطمئن وجود ندارد. در نتیجه شانون حدود اساسی انتقال اطلاعات را تبیین و حوزهی جدیدی به نام تئوری اطلاعات[12] را بنیان نهاد[3]. کار مهم دیگر در زمینه مخابرات دیجیتال مربوط به کوته لینکف[13] (1947) است که بر مبنای یک رویکرد هندسی[14] سیستمهای مختلف مخابرات دیجیتال را به صورت هماهنگ تجزیه و تحلیل نمود. کار او بعدها توسط وزنکراف[15] و جاکوبس[16] (1965) توسعه داده شد. متعاقب کار شانون، نوبت به کار کلاسیک همینگ[17] در مورد کدهای تصحیح و تشخیص خطا برای مقابله با اثرات تخریبی نویز کانال رسید. کار همینگ در سالهای بعد زمینهساز تحقیقات گستردهای شد که منجر به کشف کدهای متنوع و قدرتمند جدیدی گردید، و بسیاری از آنها در پیادهسازی سیستمهای مخابراتی مدرن امروزی به کار میروند. افزایش تقاضا برای انتقال اطلاعات در سه تا چهار دههی گذشته، به همراه توسعهی مدارهای مجتمع پیشرفتهتر، به پیدایش سیستمهای مخابراتی بسیار کارآمد و مطمئن منجر گشته است. در جریان این تحولات نتایج اصلی شانون و تعمیم آن نتایج در مورد حداکثر سرعت انتقال روی کانال و حدهای عملکرد قابل دستیابی، نقش شاخصهای مرجع برای طراحی سیستمهای مخابراتی را داشتهاند. دستیابی به حدود تئوری استخراجشده توسط شانون و سایر محققان مشارکتکننده در توسعه تئوری اطلاعات، هدف غایی تلاشهای مستمر در زمینه طراحی و توسعه سیستمهای مخابراتی دیجیتال کارآمدتر، است[3]. گسترش کاربرد مخابرات دیجیتال و فراهم شدن عرصههای گوناگون طراحی و ساخت سیستمهای پیچیده مخابراتی، زمینه را برای ارائه راهحلی جامع و هوشمند جهت شناسایی خودکار پیامهای دریافتی فراهم، و ضرورت رویکرد تحقیقات علمی به این حوزه را لازم نمود.
1-1-2- اهمیت و کاربردهای سیستم شناسایی نوع مدولاسیون
هدف علم مخابرات انتقال درست پیام، با سرعت بالا و مقاوم نسبت به شرایط کانال است. از آنجایی که سیگنال باند پایه به سختی بر این شرایط فائق میآید، نیاز است تا این سیگنال مدوله شود. به عبارت دیگر مدولاسیون، به فرآیند نگاشت رشته بیتهای دیجیتال، به سیگنال های قابل انتقال در کانال گفته میشود[3]. بر این اساس تغییر دادن بعضی از ویژگیهای سیگنال، با هدف دستیابی به نرخ بالای انتقال و استفاده بهتر از طیف، شرایط بهرهمندی بیشتر کاربران را در باندهای مختلف کانال مخابراتی فراهم میسازد. جهت تمایز سیگنال در طیف و استخراج پیام ارسالشده، لازم است انواع مختلف مدولاسیونها که هر کدام دربردارنده یک ویژگی خاصی از سیگنال ارسالی هستند؛ از یکدیگر شناسایی شوند.
[1] Morse
[2] Dash
[3] Dot
[4] Baudot
[5] Mark
[6] Space
[7] Nyquist
[8] Shanon
[9] Hartley
[10] Wiener
[11] Kolmogorov
[12] Information Theory
[13] Kotelnikov
[14] Geometrical Approach
[15] Wozencraft
[16] Jacibs
[17] Hamming
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
یک سیستم انتقال داده دیجیتالی همواره در ارسال دادهها آنها را دچار خطا و آسیب میکند که مقدار این اختلالات و آسیبها بسته به آمارههای منبع تغییر میکند. گاهی اوقات همزمانسازی، تداخل و مشکلات اکولایز کردن به آمارههای منبع مربوط میشود. اگرچه استفاده از حشویات در ارسال کدها تا حدی عملکرد سیستم را از آمارههای منبع مستقل میکند اما همواره وابستگیهایی وجود دارد به علاوه اضافه کردن دادههای حشویات باعث مشکلاتی از قبیل افزایش نرخ سمبلهای ارسالی و یا اضافه شدن تراز در سمبلها میشود. در یک سیستم ارسال کد اگر فرض کنیم سمبلهای ارسالی از نظر آماری از هم مستقل هستند آنالیز و خطایابی آن بسیار آسانتر خواهد شد. به چنین منبعی که سمبلهای آن از نظر آماری از هم مستقل هستند منبع سفید میگوییم چرا که آنالیز آن مانند نویز سفید گوسی است. روشهای سفید کردن آمارههای منبع دیجیتالی بدون استفاده از دادههای حشویات تحت عنوان اسکرمبلینگ[1] بیان میشود. در مخابرات و دیکد کنندهها، اسکرمبلر[2] دستگاهی است که دادهها را قبل از ارسال دستکاری میکند و آنها را تغییر میدهد. این تغییرات در گیرنده به طور معکوس انجام میشود تا به دادهی اولیه برسیم. انواع روشهای اسکرمبلینگ در ماهواره و مودمهای [3]PSTN مورد استفاده قرار میگیرد. اسکرمبلر را میتوان درست قبل از یک کدگذار FEC[4] قرار داد یا اینکه میتوان پس از FEC و قبل از بلوک مدولاسیون قرار داد.
سعی ما در این پژوهش بر این است که روشها و تکنیکهای مختلف در شناسایی پارامترهای اسکرمبلرهای خطی را مورد بررسی قرار دهیم. این کار با داشتن رشته بیتهای خروجی و بر اساس فرضیههایی روی بیتهای ورودی اسکرمبلر انجام میشود. البته شخصی که این کار را با استفاده از بیتهای خروجی انجام میدهد باید دو مقوله را در نظر بگیرد ابتدا اصلاح خطا و سپس استخراج پارامترهای اسکرمبلر. با توجه به خطی بودن اسکرمبلرهای مورد بحث، استفاده از روشهای جبری برای تخمین پارامترهای اسکرمبلر کارآمدترین روش میباشد. خصوصاً شیفت رجیسترهای خطی با پسخورد که تابع فیدبک آنها تابعی خطی میباشد که در ادامه بیشتر در این باره توضیح داده شده است.
به منظور شبیه سازی و تست سیستمهای ارتباطی دیجیتال، به دنبالههایی که تقریبی ازدنباله های تصادفی دودویی ایده آل میباشند نیاز داریم. در تولید دنباله شبه تصادفی دودویی از شیفت رجیسترهای خطی فیدبکی استفاده می کنیم. می توان با یک تغییر ساده در این مدارها از آنها به عنوان اسکرمبلر/دی اسکرمبلر های خود سنکرون دیجیتال استفاده کرد. اسکرمبلر ها با شکستن رشته طولانی 0 یا 1در داده ها اجازه می دهند تا حلقه های ردیابی در گیرنده به شکل مخفی و پنهان حفاظت و نگهداری شود.
اگر نرخ داده بسیار بالا باشد، این اسکرمبلر ها و دی اسکرمبلر ها را می توان با مدارهای ساده ساخت. در نرخ متوسط داده ها مانند مودم خط تلفن ، آن را می توان با چند خط کد ساده اجرا کرد. ترکیب این تابع وسایر ویژگی های آن به کد ، می توان سخت افزارهای اضافی را از میان می برد. این روش قابلیت اطمینان را افزایش و هزینه های تولید را کاهش می دهد.
یک دنباله تصادفی دودویی ایده آل در واقع یک دنباله نامتناهی مستقل و دارای توزیع یکنواخت است که متغیرهای تصادفی در آن هر یک از مقادیر 0 یا 1 را با احتمال 0.5 میپذیرند. این دنباله را می توان با رشته داده های تولید شده توسط منابع دودویی مدل کرد. با شیفت رجیسترهای خطی فیدبکی میتوان به بهترین تقریب برای دنباله های تصادفی دودویی دست یافت. دنبالهی به دست آمده به این روش شبه تصادفی ، شبه نویز ، حداکثرطول ، یا دنباله نامیده میشوند.
برای شبیهسازی دنباله دودوئی تصادفی، ما به دنبال شیفترجیستری هستیم که اگر طول آن رجیستر باشد، دنبالهای که تولید میکند دارای بزرگترین دوره ممکن یعنی باشد. چنین دنبالهای، “دنبالهای با طول حداکثر” نامیده میشود. میتوان نشان داد شیفترجیستری دنبالهای با طول حداکثر را تولید میکند که چند جملهای اتصال آن (در فصل بعد در مورد چندجملهای اتصال توضیح داده شده است.) از نوع چند جملهای بنیادین باشد. چند جمله ای بنیادین از هر درجهای وجود دارد. شرط لازم برای اینکه یک چند جمله ای بنیادین باشد این است که تجزیه ناپذیر باشد اما این شرط کافی نیست. زمانی یک چند جمله ای با ضرایب باینری در مبنای دودوئی را تجزیه ناپذیر میگوییم که که نتوانیم آن را به چند جمله ای باینری با ضرایب و در جه حداقل 1 تجزیه کنیم.
[1]Scrambling.
[2]scrambler.
[3]Public Switched Telephone Network.
[4]Forward Error Correction.
[5]Independent and Identically Distributed.
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است