عنوان                                                        صفحه
 
چکیده 1
مقدمه 2
 
فصل اول : اصول انتشار امواج
1-1- مقدمه 4
1-2- انتشار امواج 4
1-3-سنسورهای آرایه ای 6
1-4- پردازش سیگنال آرایه خطی 7
1-4-1- فرضیات پایه 7
1-4-1-1- میدان دور 7
1-4-1-2- سیگنال باند باریک 7
1-4-1-3- ایستائی 8
1-4-1-4- سیگنال های چندگانه 8
1-4-1-5- نویز (Noise) 8
1-5- تبدیل مکان – زمان 9
1-6- سیگنال های تصادفی 10
 
فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک
2-1-مقدمه 15
2-2-روش های مبتنی بر پایه طیف 15
2-3-روش های شکل دهی پرتو 15
2-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف 15
2-3-2- روش کاپون 17
2-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا 19
2-3-4-معرفی روش 20
2-3-5- الگوریتم 21
2-3-6- معرفی روش 23
2-3-7-مدل داده ها 25
2-3-8- الگوریتم ESPIRIT 28
2-4-آنتن های آرایه ای 31
2-5- مدل سیگنال 35
2-6- ماتریس کوواریانس 36
 
فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند
3-1- مقدمه 39
3-2- معرفی سیگنال های باند پهن 39
3-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن 41
3-3-1- مدلسازی داده های باند پهن 41
3-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با بهره گرفتن از بانک فیلتر 42
3-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن 44
3-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند 47
3-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته 47
3-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی 48
3-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون 48
3-3-8- میانگین گیری حسابی 51
3-3-9- روش میانگین گیری هندسی 52
3-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک 53
3-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند 53
3-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها 55
3-3-13- محاسبه تخمین به روش 58
3-3-14- ملاحظات عملی در روش 60
3-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی( ) 62
3-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری 62
3-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال 64
3-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش 66
3-3-19– روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال( ) 67
 
فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS
4-1- مقدمه 70
4-2- مفاهیم پایه 70
4-3- ارائه یک مدل ریاضی 71
4-4- توسعه الگوریتم به فضای چند بعدی 76
4-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال 78
4-6- الگوریتم محاسبه 80
4-6-1- پیچیدگی محاسبات 81
 
فصل پنجم:‌شبیه سازی الگوریتم های تخمین DOA
برای آرایه های خطی 83
5-1- مقدمه 84
5-2- الگوریتم های تخمین 84
5-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی 84
5-2-1-1- بررسی الگوریتم MUSIC و Capon 85
5-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال( ) 86
5-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال ( ) 88
5-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش 89
5-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش 90
5-3- مدل سازی داده ها 91
5-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی 91
5-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن 92
5-4- سناریوهای شبیه سازی شده. 92
5-4-1- سناریوی شماره 1 92
 
 
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
6-1- نتیجه‌گیری. 122
6-2- پیشنهادات 123
مراجع 121
 
 
فهرست جداول
عنوان                                                        صفحه
 
جدول شماره (5-1)– مبنای شبیه سازی 92
جدول شماره (5-2) – خلاصه اطلاعات شبیه سازی در سناریوی اول 93
 
 
فهرست تصاویر
عنوان                                                        صفحه
 
شکل 1-1- مختصات کروی 6
شکل 1- 4- پردازش سیگنال در آرایه ای ازآنتن ها شامل آنتن 13
شکل 2-1- هندسه آرایه 24
شکل 2-2- نمایش آرایه ها برای الگوریتم 25
شکل 2-3- الگوریتم استاندارد با دو زیر آرایه غیر هم پوش و هرکدام شامل سنسور 29
شکل 2-4- الگوریتم استاندارد با دو زیر آرایه با هم پوشانی حداکثر و هرکدام                  شامل سنسور 29
شکل 2-5- آرایه خطی 32
شکل 2-6- نمونه برداری فضایی از سیگنال ارسالی توسط آرایه خطی از آنتن ها 33
شکل 3-1- الف – آرایه خطی 45
شکل 3-1- ب آرایه دایره ای 46
شکل 3-2- الگوی پرتودهی در روش کاپون به ازای منبع ارسالی 0db در بین فرکانسی 150 هرتز و دریافتی توسط آرایه ای از 20 سنسور 49
شکل 3-3- ضرب اسکالر بردار هدایت در بردار ویژه 50
شکل (5- 1) – خروجی الگوریتم MUSIC در و زوایای 94
شکل (5- 2) – خروجی الگوریتم SSF در و زوایای 94
شکل (5-3 ) – خروجی الگوریتم WAVES در و زوایای 95
شکل (5- 4) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic در و زوایای 96
شکل (5- 5) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic در و زوایای 97
شکل (5- 6) – خروجی الگوریتم Capon Geometric در و زوایای 97
شکل (5- 7) – خروجی الگوریتم MUSIC در و زوایای 98
شکل (5- 8) – خروجی الگوریتم SSF در و زوایای 98
شکل (5- 9) – خروجی الگوریتم WAVES در و زوایای 99
شکل (5- 10) – خروجی الگوریتمCapon Arithmetic در و زوایای 99
شکل (5- 11) – خروجی الگوریتمCapon Harmonic در و زوایای 100
شکل (5- 12) – خروجی الگوریتمCapon Geometric در و زوایای 100
شکل (5- 13) – خروجی الگوریتم  MUSICدر و زوایای 101
شکل (5- 14) – خروجی الگوریتم  SSFدر و زوایای 101
شکل (5- 15) – خروجی الگوریتم  WAVESدر و زوایای 102
شکل (5- 16) – خروجی الگوریتم Capon Arithmeticدر و زوایای 102
شکل (5- 17) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic و زوایای 103
شکل (5- 18) – خروجی الگوریتم Capon Geometric و زوایای 103
شکل (5- 19) – خروجی الگوریتم MUSIC برای و زوایای 104
شکل (5- 20) – خروجی الگوریتم WAVES برای و زوایای 104
شکل (5- 21) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic برای و زوایای 105
شکل (5- 22) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای و زوایای 105
شکل (5- 23) – خروجی الگوریتم Capon Geometric برای و زوایای 106
شکل (5- 24) – خروجی الگوریتم MUSIC برای و زوایای 106
شکل (5- 25) – خروجی الگوریتم SSF برای و زوایای 107
شکل (5- 26) – خروجی الگوریتم WAVES برای و زوایای 107
شکل (5- 27) – خروجی الگوریتم Capon Arthimetic برای و زوایای 108
شکل (5- 28) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای و زوایای 108
شکل (5- 29) – خروجی الگوریتمCapon Geometrics برای و زوایای 109
5-4-2- سناریو 2 109
شکل (5-30) مقایسه 5 الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 360 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128) 110
شکل (5-31)محاسبه میزان خطا به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 110
شکل (5-32) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 111
شکل (5-33) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 390 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 111
شکل (5-34) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 340 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 4 114
شکل (5-35) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 1024 و تعداد بین فرکانسی 16 115
شکل (5-36) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 8 115
شکل (5-37) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 116
شکل (5-38) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 116
شکل (39-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=2 و تعداد‌ لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 117
شکل (40-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=5 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 117
شکل (41-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=9 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 118
شکل (42-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=14 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 118
شکل (43-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=16 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 119
 
 

 

چکیده:
 
جهت یابی سیگنال­های پهن باند
DOA Estimation for Wideband Signals
یکی از مهم­ترین کاربردهای آرایه ها، تحمین جهت یابی سیگنال­های انتشار یافته درمحیط می باشد. بسیاری از روش­های جهت یابی از دیرباز مورد استفاده قرار می­گیرند که به مرور زمان تغییراتی در آن­ها صورت گرفته است. بسته به شرایط محیط، ممکن است یکی از روش­های جهت یابی عملکرد بهتری نسبت به سایر روش­ها داشته باشد. نکته­ای که مطرح است اینکه اغلب روش­های جهت یابی برای سیگنال­های باریک باند طراحی شده ­اند. در عمل ممکن است سیگنال­هایی که در محیط وجود دارند یا پهن باند باشند و یا اینکه در بین­های فرکانسی مختلفی قرار داشته باشند.یکی از متداول ترین روش­ها در جهت یابی سیگنال­های پهن باند این است که سیگنال پهن باند را به بین­های مختلف فرکانسی تفکیک نموده و سپس پردازش­های لازم را در حوزه فرکانس انجام دهیم. بر این اساس روش­های مختلفی برای جهت یابی سیگنال­های پهن باند بیان شده است.در برخی از روش­ها جهت یابی هر بین فرکانسی به صورت مستقل از سایر بین­ها پردازش می گردد، که به روش­های ناهمبسته مشهور هستند. برخی دیگر از روش­ها اطلاعات بین­های مختلف فرکانسی را به صورتی با یکدیگر ترکیب می­ کند و سپس جهت یابی را انجام می­دهد (روش­های همبسته). مشکل بزرگ روش­های همبسته این است که بایستی در ابتدا تخمین اولیه­ای از زوایای ورود منابع داشته باشیم. برخی از روش­ها نیز هستند که ماهیت آن­ها متفاوت از روش­های همبسته و ناهمبسته است و می­توان گفت حالت بین این دو روش هستند. از جمله این روش­ها می­توان به TOPS[1] اشاره کرد. که برای رفع مشکل تخمین اولیه زوایا در روش­های همبسته معرفی شده است.هدف از این پایان نامه بررسی روش های مختلف جهت یابی سیگنالهای پهن باند و مقایسه نحوه عملکرد هر یک می باشد.
 

 

 
اسفند ماه ۱۳۹3
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
تشخیص کور پارامترهای اسکرمبلرهای مبتنی بر LFSR، در داده‌های دیجیتالی
به کوشش
زهرا ذاکری
در سیستم‌های مخابراتی دیجیتال از اسکرمبلرهای خطی هم برای رمزنگاری ساده و هم برای شکستن توالی زیادی از بیت‌های یکسان استفاده می‌شود. موضوع توالی بیت ها، یعنی تعدد زیادی از صفرها و یک‌های پشت سرهم، معمولاً منجر به مشکلاتی در سنکرون سازی می‌شود. در واقع روش‌های سفید کردن آماره‌های منبع دیجیتالی بدون استفاده از داده‌های حشویات تحت عنوان اسکرمبلینگ بیان می‌شود. در مخابرات و دی‌کد کننده‌ها، اسکرمبلر 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.
در این پایان‌نامه پس از معرفی اسکرمبلر و اجزای تشکیل دهنده‌ی آن به بررسی روش‌های یافتن پارامترهای اسکرمبلر در دو حالت در دست داشتن دنباله متن ورودی (روش برلکمپ-مسی) و حالت دیگر داشتن فقط دنباله‌ی اسکرمبل شده (الگوریتم کلوزیو)، پرداخته می‌شود و نتایج آن مورد بررسی قرار می‌گیرد. پس از آن حالتی را در نظر می‌گیریم که داده‌های اسکرمبل شده پس از عبور از کانال دچار خطا شده و در حضور نویز کانال به شناسایی پارامترهای اسکرمبلر می‌پردازیم و اثر نویز را روی داده‌های خروجی از دو نوع اسکرمبلر(اسکرمبلرهای ضربی و اسکرمبلرهای جمعی) مشاهده می‌کنیم. پس از آن به بررسی روش شناسایی چندجمله‌ای فیدبک اسکرمبلرهای خطی با فرض اینکه بیت‌های منبع قبل از اینکه اسکرمبل شوند توسط کدینگ اصلاح خطا کدگذاری شده‌اند، می‌پردازیم.
 
واژگان کلیدی: اسکرمبلر، ثبات‌های انتقال خطی با پسخورد ، رمزنگاری، کانال دودوئی متقارنBSC، شنود سیگنال
 
 
 
 
فهرست مطالب
عنوان                                                                               صفحه
فصل 1- مقدمه 2
1-1- اسکرمبلر چیست و چرا از آن استفاده می کنیم؟ 2
1-2- مزایای استفاده از اسکرمبلینگ قبل از ارسال داده 3
1-3- دنباله‌های شبه تصادفی 4
1-4- معیارهای میزان تصادفی بودن یک دنباله 5
فصل 2- تئوری عملکرد شیفت‌رجیسترهای خطی با پسخورد 8
2-1- ترکیب و ساختار شیفت رجیسترها 8
2-2- سنتز الگوریتم LFSR 11
2-3- نمایش کلاسیک دنباله های LFSR 18
2-4- شبیه‌سازی و نتایج مربوط به اجرای الگوریتم برلکمپ-مسی بر روی دنباله خروجی LFSR 21
فصل 3- شناسایی پارامترهای اسکرمبلرهای خطی 25
3-1- تشخیص پارامترهای اسکرمبلر با بهره گرفتن از دنباله متن ورودی x(t) 28
3-2- تشخیص پارامترهای اسکرمبلرجمعی فقط با بهره گرفتن از بایاس متن ورودی 29
3-3- تشخیص پارامترهای اسکرمبلرضربی فقط با بهره گرفتن از بایاس متن ورودی 39
3-4- الگوریتم کلوزیو اصلاح شده 42
3-5- نتایج شبیه‌سازی الگوریتم کلوزیو روی اسکرمبلرهای ضربی و جمعی 50
فصل 4- شناسایی پارامترهای اسکرمبلر در حضور نویز کانال 54
4-1- تشخیص اسکرمبلر زمانی‌که نویز به صورت بیت‌های تغییریافته باشد 54
4-2- شناسایی اسکرمبلر زمانی‌که درج بیت به صورت نویز در دنباله رخ دهد 59
3-3- نتایج شبیه‌سازی شناسایی چندجمله‌ای اسکرمبلرها در حضور نویز کانال 65
فصل 5- شناسایی پارامترهای اسکرمبلر با بهره گرفتن از کلمه دوگان انکدر کانال 68
5-1- محاسبه بایاس بعد از کدینگ کانال 69
5-2- بازسازی چندجمله‌ای فیدبک اسکرمبلر بعد از عبور از کدینگ کانال 71
5-3- نتایج مربوط به شناسایی اسکرمبلر قرار گرفته پس از انکدر بلوکی 79
نتیجه‌گیری.89
منابع91
چکیده و عنوان انگلیسی93
 
 
 
 
فهرست شکل‌ها
عنوان                                                                                   صفحه
شکل ‏2‑1. شمای کلی شیفت رجیستر خطی با فیدبک یا (LFSR) که دارای L-مرحله می‌باشد. 9
شکل ‏2‑2. مثال به کار بردن الگوریتم سنتز LFSR روی دنباله [2] 15
شکل ‏2‑3 .مدار منطقی مربوط به پیاده‌سازی الگوریتم سنتز LFSR [2] 16
شکل ‏3‑2 توزیع متغیر Z [9] 44
شکل ‏3‑3 مقایسه بین الگوریتم کلوزیو و الگوریتم اصلاح شده [9] 48
شکل ‏3‑4 تعداد بیت‌های لازم برای شناسایی چندجمله‌ای اسکرمبلرهای ضربی در الگوریتم کلوزیو 51
شکل ‏4‑1 عبور بیت‌های اسکرمبلر از کانال همراه با نویز 54
شکل ‏4‑2. فاکتور افزایش تعداد بیت‌ها(I) برحسب d و p مختلف در حضور نویز کانال 57
شکل ‏4‑3 تغییرات P(tx , id-1 + 1, Ñ) بر حسب tx 61
شکل ‏4‑4 تغییرات P(tx , id-1 + 1, Ñ) بر حسب tx . 62
شکل ‏5‑1 ترتیب عبور بیت‌ها از انکدر کانال و اسکرمبلر 69
شکل ‏5‑2 نحوه‌ی ضرب داخلی بین بلوک‌های کد خطی دنباله بیت دریافتی و کلمه دوگان 73
شکل ‏5‑3 توزیع متغیر . 76
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول‌ها
عنوان                                                                                   صفحه
جدول ‏2‑1 چندجمله‌ای‌های بنیادین 21
جدول ‏2‑2 چندجمله ای های تجزیه ناپذیر 21
جدول ‏2‑3 چندجمله‌ای ‌های تجزیه‌پذیر 22
جدول ‏2‑4 نتیجه الگوریتم برلکمپ-مسی روی دنباله‌های همراه با خطا 23
جدول ‏3‑1 الگوریتم شناسایی چندجمله‌ای فیدبک اسکرمبلرهای سنکرون [6] 36
جدول ‏3‑2 عملکرد الگوریتم کلوزیو با بایاس [6] 38
جدول ‏3‑3 عملکرد الگوریتم کلوزیو با بایاس [6] 38
جدول ‏3‑4 الگوریتم شناسایی چندجمله‌ای فیدبک اسکرمبلرهای خود- سنکرون [6] 39
جدول ‏3‑5 عملکرد الگوریتم کلوزیو با بایاس [6] 42
جدول ‏3‑6. نتایج الگوریتم کلوزیو روی اسکرمبلرهای جمعی [9] 46
جدول ‏3‑7 مضارب چندجمله‌ای فیدبک [9] 47
جدول ‏3‑8 عملکرد الگوریتم کلوزیو روی خروجی اسکرمبلرهای جمعی بایاس متن ورودی 50
جدول ‏3‑9 عملکرد الگوریتم کلوزیو روی خروجی اسکرمبلرهای جمعی بایاس متن ورودی . 50
جدول ‏3‑10 عملکرد الگوریتم کلوزیو روی خروجی اسکرمبلرهای ضربی بایاس متن ورودی 50
جدول ‏3‑11 عملکرد الگوریتم کلوزیو روی خروجی اسکرمبلرهای ضربی بایاس متن ورودی . 51
جدول ‏4‑1 شناسایی چندجمله ای فیدبک اسکرمبلرهای جمعی همراه با نویز . 65
جدول ‏4‑2 شناسایی چندجمله ای فیدبک اسکرمبلرهای جمعی همراه با نویز 65
جدول ‏4‑3 شناسایی چندجمله ای فیدبک اسکرمبلرهای ضربی همراه با نویز . 65
جدول ‏4‑4 شناسایی چندجمله ای فیدبک اسکرمبلرهای ضربی همراه با نویز   66
جدول ‏5‑1 بایاس اعمال شده توسط چند انکدر BCH [9] 71
جدول ‏5‑2 نتایج شناسایی اسکرمبلرقرارداده‌شده پس از کدینگ بلوکی خطی [9] 77
جدول ‏5‑3 نتایج شبیه‌سازی اسکرمبلر پس از کدینگ بلوکی 79
 
 
 
 
 

 
فصل اول
 

فصل 1-
 

مقدمه
مقدمه
 

1-1- اسکرمبلر چیست و چرا از آن استفاده می کنیم؟
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 بهره گرفتن 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.

1-2- مزایای استفاده از اسکرمبلینگ قبل از ارسال داده

 

 
 
1393  
 
 
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
تشخیص مدولاسیون را می­توان یکی از بخش­های اصلی گیرنده­های نوین مخابراتی دانست. شناساگر خودکار نوع سیگنال، عمل تعیین نوع مدولاسیون سیگنال دریافتی را در بین مجموعه ­ای از مدولاسیون­ها به صورت خودکار انجام می­دهد. اکثر سیستم­های شناساگر خودکار نوع مدولاسیون در تشخیص تعداد بالای مدولاسیون عمل­کرد نامناسبی داشته و نیز در شرایط سیگنال به نویز پایین، بازدهی کمی دارند. این نوع سیستم­ها جهت تشخیص، نیاز به تعداد بالایی از ویژگی­های کلیدی دارند. به­دلیل کاربرد روزافزون سیگنال دیجیتال در مخابرات و تلاش جهت انتقال اطلاعات با نرخ بالا در سیستم­های مبتنی بر OFDM، در این پژوهش، تلاش شده است تا با انتخاب ویژگی­های بسیار کارا و استفاده از طبقه ­بندی کننده­ موثر، شناساگر مناسبی ارائه داده شود. در شناساگر پیشنهادی در بخش استخراج ویژگی، از ویژگی­های آمارگان مرتبه­ی بالا (ممان­ها وکومولان­ها تا مرتبه­ی هشتم) براساس طبقه ­بندی کننده­ ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. لازم به ذکر است در این پایان ­نامه به صورت محدود از OFDM بهره برده و تاثیر سیستم OFDM بر ویژگی­های آمارگان مرتبه­ی بالا مورد بررسی قرار گرفت. در این پایان ­نامه، جهت افزایش کارایی سیستم و کاهش همبستگی میان ویژگی­ها، برای اولین­بار در این حوزه، ترکیب خطی ویژگی­ها، به عنوان روشی جدید ارائه داده شده، سپس برای بهینه­سازی این ترکیب، از الگوریتم بهینه­سازی فاخته استفاده گردیده است. شناساگر پیشنهادی در سیگنال به نویز dB10- ، به درصد موفقیت %98.33 دست یافته است. مدولاسیون­هایی که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته عبارتند از: 4ASK، 8ASK، 2PSK ،4PSK ،8PSK، 16QAM، 64QAM، 128QAM،256QAM و V29.
واژه‌های کلیدی: تشخیص خودکار نوع مدولاسیون، ترکیب خطی بردار ویژگی، تشخیص الگو، سیستم OFDM، کانال محوشونده، ماشین بردار پشتیبان.
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

صفحه
فهرست مطالب
عنوان
1
پیشگفتار
3
1- مقدمه­ای بر سیستم شناسایی خودکار نوع مدولاسیون
3
1-1- آشنایی با سیستم شناسایی خودکار نوع مدولاسیون و برخی از کاربردهای آن
3
1-1-1- سیر تحول و توسعه سیستم های مخابراتی دیجیتال
6
1-1-2- اهمیت و کاربردهای سیستم شناسایی نوع مدولاسیون
8
1-2- سیر تکامل روش های شناسایی نوع مدولاسیون
8
1-3- دسته بندی کلی روش­های خودکار شناسایی نوع مدولاسیون
10
1-4- مروری بر تحقیقات گذشته
12
1-5- جمع‌بندی و ساختار پایان‌نامه
14
نتیجه گیری
15
2- انتخاب ویژگی‌های مرتبه بالا و مطالب مورد نیاز
15
مقدمه
15
2-1- مروری بر مدولاسیون های دیجیتال
17
2-2- مفهوم استخراج ویژگی
18
2-3- ممان­ها و کومولان­های مرتبه‌ی بالا
18
2-3-1 ممان ها
28
2-3-2-کومولان­ها
37
2-4- مطالب مورد نیاز
37
2-4-1- کانال چند مسیری
39
2-4-2- سیستم OFDM
39
2-4-2-1- تاریخچه مدولاسیون OFDM
40
2-4-2-2-   مفهوم مالتی پلکسینگ
41
2-4-2-3-   معرفی مدولاسیون OFDM
43
2-4-2-4-   مدل OFDM
45
2-4-2-5- مزایا و معایب OFDM
46
2-4-3- ماشین بردارهای پشتیبان (SVM)
46
2-4- 3-1- SVM خطی و غیرخطی
51
2-4-3-2- SVM چند کلاسه
51
2-4-4-   الگوریتم بهینه‌سازی فاخته (COA)
52
2-4-4-1- زندگی و تخم‌گذاری فاخته
53
2-4-4-2- جزییات الگوریتم بهینه‌سازی الهام گرفته از فاخته
57
نتیجه‌گیری
59
3- معرفی روش پیشنهادی و نتایج شبیه­سازی­ها
59
مقدمه
59
3-1- الگوریتم فاخته در بهینه سازی عمل­کرد سیستم استخراج ویژگی
59
3-1-1- انتخاب ویژگی
62
3-1-2- روش پیشنهادی جهت بهبود عمل­کرد سیستم استخراج ویژگی
63
3-1-2- نحوه به کارگیری الگوریتم فاخته به منظور انتخاب ویژگی
64
3-2- نتایج شبیه­سازی
65
3-2-1- شناسایی نوع مدولاسیون به کمک تمام ویژگی­ها (آمارگان مرتبه­ی بالا)
66
3-2-1-1- نتایج شبیه‌سازی به کمک طبقه‌بندی کننده SVM در کانال AWGN
69
3-2-1-2- نتایج شبیه‌سازی به کمک طبقه‌بندی کننده SVM در کانال­های محوشونده
74
3-2-2- نتایج شبیه سازی به کمک سیستم استخراج ویژگی پیشنهادی
89
3-3- مقایسه عمل­کرد سیسستم پیشنهادی با کارهای انجام شده در این زمینه
90
3-4- نتیجه گیری
92
4- جمع بندی و پیشنهاد ادامه کار
92
4-1- جمع بندی
95
4-2- پیشنهادات
96
پیوست­ها
100
منابع و ماخذ
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

صفحه
فهرست اشکال
عنوان
16
شکل 2-1- نمایش چیدمان (منظومه) برخی از مدولاسیون‌های دیجیتال
18
شکل 2-2- نمایش نمودار ویژگی‌های ایده­آل از سیگنال ها بر حسب SNR
21
شکل 2-3- نمایش مقدار ویژگی ممان ها برای 100 سیگنال از هر مدولاسیون.
21
   شکل 2-3- الف-مقدار ویژگی ممان دو-صفر
22
   شکل 2-3- ب-مقدار ویژگی ممان دو-یک
22
   شکل 2-3- پ-مقدار ویژگی ممان چهار-صفر
23
   شکل 2-3- ت-مقدار ویژگی ممان چهار-یک
23
   شکل 2-3- ج-مقدار ویژگی ممان چهار-دو
24
   شکل 2-3- چ-مقدار ویژگی ممان شش-صفر
24
   شکل 2-3- ح-مقدار ویژگی ممان شش-یک
25
   شکل 2-3- خ-مقدار ویژگی ممان شش-دو
25
   شکل 2-3- د-مقدار ویژگی ممان شش-سه
26
   شکل 2-3- ذ-مقدار ویژگی ممان هشت-صفر
26
   شکل 2-3- ر-مقدار ویژگی ممان هشت- یک
27
   شکل 2-3- ز-مقدار ویژگی ممان هشت- دو
27
   شکل 2-3- س-مقدار ویژگی ممان هشت- سه
28
   شکل 2-3- ش-مقدار ویژگی ممان هشت- چهار
 
شکل 2-4- مقدار میانگین کومولان­ها را در SNR های متفاوت برای هر نوع مدولاسیون.
31
   شکل 2-4- الف- مقدار ویژگی کومولان چهار-صفر
31
   شکل 2-4-ب- مقدار ویژگی کومولان چهار- یک دو
32
   شکل 2-4-پ-مقدار ویژگی کومولان چهار- دو
32
   شکل 2-4-ت-مقدار ویژگی کومولان شش-صفر
33
   شکل 2-4-ث-مقدار ویژگی کومولان شش-یک
33
   شکل 2-4-ج-مقدار ویژگی کومولان شش-دو
34
   شکل 2-4-چ-مقدار ویژگی کومولان شش-سه
34
   شکل 2-4-ح-مقدار ویژگی کومولان هشت-صفر
35
   شکل 2-4-خ-مقدار ویژگی کومولان هشت- یک
35
   شکل 2-46-د-مقدار ویژگی کومولان هشت- دو
36
   شکل 2-4-ذ-مقدار ویژگی کومولان هشت- سه
36
   شکل 2-4-ر-مقدار ویژگی کومولان هشت- چهار
42
شکل 2-5- سیستم چندحاملی معمولی و سیستم چندحاملی متعامد
42
شکل2-6- طیف سمبل OFDM
44
شکل2-7- بلوک دیاگرام سیستم OFDM
49
شکل2-8- نمایش بردار تکیه­گاه در دو دسته داده آموزشی قابل تفکیک
52
شکل 2-9- رفتار فاخته در طبیعت
54
شکل 2-10- تخم­گذاری فاخته در شعاع تخم­گذاری (ELR)
55
شکل 2-11- مهاجرت فاخته ها به سمت نقطه هدف
56
شکل2-12- روندنمای الگوریتم بهینه­سازی فاخته
 
3- معرفی روش پیشنهادی و نتایج شبیه­سازی­ها  
63
شکل3-1- سیستم پیشنهادی استخراج ویژگی
64
شکل 3-2- روندنمای سیستم ترکیبی هوشمند
66
شکل 3-3- دیاگرام کلی شناساگر مدولاسیون براساس استخراج ویژگی‌ها آمار گان مرتبه بالا
67
شکل 3-4- عمل­کرد SVM در SNRهای مختلف به ازای تمام ویژگی­ها
 
شکل 3-5- مقدار چند آمارگان مرتبه­ی بالا برای سیستم OFDM
70
   شکل 3-5-الف- مقدار میانگین ممان چهار-صفر در کانال رایلی تخت سریع
70
   شکل 3-5-ب- مقدار میانگین ممان هشت-صفر در کانال رایلی تخت سریع مرتبه
71
   شکل 3-5-پ- مقدار میانگین ممان هشت-صفر در کانال رایلی فرکانس گزین سریع
71
   شکل 3-5-ت- مقدار میانگین ممان شش-سه در کانال رایلی فرکانس گزین سریع
72
   شکل 3-5-ث- مقدار میانگین ممان شش-سه در کانال رایسین فرکانس گزین سریع
 
شکل3-6- عمل­کرد SVM در SNR های مختلف، کانال محوشونده با همه ویژگی­ها
73
       شکل3-6-الف- عمل­کرد SVM در SNR های متفاوت در کانال رایلی تخت و آهسته
73
       شکل3-6-ب- عمل­کرد SVM در SNR های متفاوت در کانال رایلی فرکانس گزین سریع
77
شکل3-7- مقدار تابع هزینه بهترین فاخته در هر تکرار
78
شکل3-8- ویژگی جدید برای تمامی مدولاسیون­ها در SNR های متفاوت
79
شکل3-9- ویژگی جدید برای تمامی مدولاسیون­ها در SNR هایی با بازه بیشتر
81
شکل 3-10- مقایسه عمل­کرد شناساگر با تمام ویژگی­ها و ویژگی­های بهینه
83
شکل 3-11- مقادیر ویژگی جدید در کانال محو شونده رایلی
84
شکل 3-12- مقادیر ویژگی جدید در کانال محوشونده رایسین
85
شکل 3-13- عمل­کرد سیستم با ویژگی جدید در کانال محوشونده رایلی فرکانس گزین سریع
85
شکل 3-14- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید، کانال محوشونده رایلی فرکانس گزین آهسته
86
شکل 3-15- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید در کانال محوشونده رایسین فرکانسی تخت
86
شکل 3-16- مقایسه عمل­کرد کلی شناساگر با ویژگی جدید در کانال محوشونده رایلی
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

صفحه
فهرست جداول
عنوان
20
جدول 2-1- روابط ممان های موثر
29
جدول 2-2- روابط کومولان های موثر
30
جدول2-2- مقادیری از ممان­ها و کومولان­ها برای سیگنال بدون نویز
50
جدول 2-3- برخی از توابع کرنل معروف
65
جدول 3-1- پارامترهای کانال­های محوشونده
67
جدول 3-2- عمل­کرد SVM در SNR های متفاوت
68
جدول 3-3- ماتریس صحت عمل­کرد SVM درSNR= -10 با بهره گرفتن از تمام ویژگی­ها
68
جدول 3-4- ماتریس صحت عمل­کرد SVM درSNR= -4 با بهره گرفتن از تمام ویژگی­ها
69
جدول 3-5- ماتریس صحت عمل­کرد SVM درSNR= 2 با بهره گرفتن از تمام ویژگی­ها
74
جدول 3-6- ماتریس صحت عمل­کرد SVM درSNR= -8 dB در کانال رایلی تخت(آهسته)
74
جدول 3-7- ماتریس صحت عمل­کرد SVM درSNR= -8 dB ، کانال رایسین تخت(آهسته)
74
جدول 3-8- ماتریس عمل­کرد SVM درSNR= -8 dB ، کانال رایلی فرکانس گزین(سریع)
74
جدول 3-9- ماتریس عمل­کرد SVM درSNR= -8 dB ، کانال رایسین فرکانس گزین(سریع)
75
جدول 3-10- پارامترهای الگوریتم بهینه­سازی فاخته
76
جدول 3-11- زمان اجرا و مقدار حداقل تابع هزینه از COA
77
جدول 3-12- ویژگی و ضرایب متناظر بهینه با بهره گرفتن از الگوریتم COA در کانال AWGN
79
جدول 3-13- میانگین مقادیر ویژگی در بازه­های مختلفی از SNR
80
جدول 3-14- درصد تشخیص صحیح شناساگر با ویژگی جدید در SNR های گوناگون
80
جدول 3-15- ماتریس صحت عمل­کرد شناساگر با ویژگی مبتنی بر COA درSNR=-10dB
80
جدول 3-16- ماتریس صحت عمل­کرد شناساگر با ویژگی مبتنی بر COA درSNR=-8dB
80
جدول 3-17- ماتریس صحت عمل­کرد شناساگر با ویژگی مبتنی بر COA درSNR=-6dB
81
جدول 3-18- ماتریس صحت عمل­کرد شناساگر با ویژگی مبتنی بر COA درSNR=0dB
82
جدول 3-19- ویژگی و ضرایب متناظر بهینه با بهره گرفتن از الگوریتم COA در کانال رایلی
82
جدول 3-20- ویژگی و ضرایب متناظر بهینه با بهره گرفتن از الگوریتم COA در کانال رایسین
87
جدول 3-21- عمل­کرد سیستم با ویژگی جدید درSNR=-10dB ، رایلی فرکانس گزین سریع
87
جدول 3-22- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید درSNR=-8dB ، رایلی فرکانس گزین آهسته
88
جدول 3-23- عمل­کرد سیستم با ویژگی جدید درSNR=-2dB ، رایسین فرکانس گزین سریع
88
جدول 3-24- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید درSNR=4dB ، رایلی فرکانس گزین آهسته
88
جدول 3-25- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید درSNR=4dB ، رایلی فرکانس گزین سریع
89
جدول 3-26- عمل­کرد شناساگر با ویژگی جدید درSNR=6dB ، کانال رایلی تخت سریع
90
جدول 3-27- مقادیر میانگین و واریانس درصد تشخیص صحیح سیستم
91
جدول 3-28- مقایسه سیستم پیشنهادی با کارهای انجام شده
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تحلیل و شبیه سازی آنتن آرایه انعکاسی متامتریال در فرکانس تراهرتز
 
به کوشش
سیده سپیده هاشمی
در سال‌های اخیر آنتن آرایه انعکاسی میکرواستریپ توجه زیادی را به خود جلب کرده و توسط بسیاری از محققان مورد مطالعه قرار گرفته است. به این دلیل که این آنتن ویژگی‌های برجسته آنتن آرایه و آنتن بازتابنده را ترکیب کرده است. ویژگی‌هایی مثل سطح مسطح، وزن کم و هزینه ساخت پایین، آنتن‌های آرایه انعکاسی میکرواستریپ را جایگزین خوبی برای آنتن‌های قدیمی انعکاس‌دهنده سهموی در کاربردهای راداری و سیستم ماهواره کرده است. اشکال آنتن‌های آرایه انعکاسی پهنای باند باریک است، که این پهنای باند باریک ناشی از طبیعت باند باریک رویه‌های میکرواستریپی و تفاوت شعاعی تاخیر فاز بین منبع تغذیه و عناصر در آرایه است.
طراحی آنتن‌های آرایه انعکاسی عمدتاً براساس منحنی فاز انعکاسی است. این منحنی نشان‌دهنده رابطه یک به یک فازها با پارامترهای هندسی عناصر است که فاز انعکاسی عناصر را کنترل می‌کند. تعداد زیادی عناصر رزونانسی برای بدست آوردن تغییرات فاز انعکاسی مطلوب به کار برده شده‌اند.
در این پایان‌نامه نیز، روش بهینه‌سازی تپه‌نوردی تصادفی برای طراحی عناصری که دارای منحنی فاز خطی و همچنین تلفات پایین باشند استفاده شده است. با ترکیب روش بهینه‌سازی و نرم‌افزارهای تجاری شکل مناسب هر سلول بدست آمد. در این ساختار بهینه‌شده، پهنای باند آنتن به طور قابل توجهی بهبود یافته است.
 
واژگان کلیدی: آنتن آرایه انعکاسی، الگوریتم تپه‌نوردی تصادفی
 
                                           فهرست مطالب
عنوان                                                                                 صفحه
فصل اول: مقدمه.2

آنتن آرایه انعکاسی.2
فراماده.4
1-2-1- محدوده تراهرتز و فرامواد تراهرتز5
1-2-2- سطوح فرکانس گزین.8

الگوریتم بهینه‌سازی تپه‌نوردی9
پژوهش‌های پیشین و اهداف پژوهش10
 
فصل دوم: آنتن‌های آرایه انعکاسی14

مقدمه‌ای بر آنتن‌های آرایه انعکاسی.14
معرفی آنتن آرایه انعکاسی.14
مزایای آنتن آرایه انعکاسی.16
نقطه ضعف‌ آنتن آرایه انعکاسی.18
2-4-1- محدودیت پهنای باند عناصر18
2-4-2- محدودیت پهنای باند با تاخیر فاز شعاعی تفاضلی18

تکنیک‌های آنالیز آنتن20
بررسی تکنیک‌‌های آنالیز.24
 
فصل سوم: الگوریتم بهینه‌سازی تپه‌نوردی تصادفی‌28

مقدمه و معرفی روش بهینه‌سازی تپه‌نوردی.28
الگوریتم تپه‌نوردی.31
فلوچارت تپه‌نوردی.32
 
 
فصل چهارم: روش‌های افزایش پهنای باند و خطی شدن نمودار تغییرات فاز34

محدودیت پهنای باند توسط عناصر آرایه انعکاسی34
عناصر شیفت‌دهنده فاز پهن‌باند…38
رویه‌های تزویج روزنه‌ای.38
رویه‌های انباشته با ابعاد متغیر.43
عناصر آرایه انعکاسی دیگر برای بهبود پهنای باند.47
فصل پنجم: معرفی ساختار و روش انجام تحقیق و نتایج51

اصول طراحی.51
رویه و ویژگی‌هایش.52
طراحی و شبیه‌سازی آرایه انعکاسی.56
افزایش پهنای باند عنصر آرایه انعکاسی با بهره گرفتن از روش چندلایه کردن59
طراحی سطوح فرکانس گزین برای هر یک از عناصر.60
نتایج.64رویه‌های با ابعاد متغیر64
رویه‌های با ابعاد یکسان.69
فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات73

نتیجه‌گیری74
پیشنهاد برای کارهای آتی.75
 
فهرست منابع76
 
 
 
 
 
فهرست شکل‌ها
عنوان                                                                                 صفحه
شکل ‏1‑1- آنتن آرایه انعکاسی 4
شکل ‏1‑2- باند تراهرتز و نواحی همسایه‌ آن. باند تراهرتز تقریبا بین فرکانس 1/0 تا 10 تراهرتز تعریف       می‌شود، قسمت‌های بالایی و پایینی آن به ترتیب با نواحی متداول EHF مایکرویو (موج میلیمتری) و فروسرخ هم‌پوشانی دارد. 5
شکل ‏1‑3- چند سلول فراماده تراهرتز 7
شکل ‏2‑1- پیکربندی آنتن آرایه انعکاسی 14
شکل ‏2‑2- عناصر مختلف بکار برده شده در آنتن‌های آرایه آنعکاسی. (a) رویه‌های یکسان با خطوط تاخیر فاز با طول متغیر. (b) دوقطبی با ابعاد متغیر یا حلقه. © رویه‌هایی با ابعاد متغیر. (d) رویه‌های با خطوط تاخیر فاز بطول یکسان با چرخش با زاویه‌های مختلف 15
شکل ‏2‑3- آرایه انعکاسی با بهره گرفتن از عناصر رویه چاپی با خطوط تأخیر با طول متغیر 15
شکل ‏2‑4- تاخیر فاز شعاعی تفاضلی آرایه انعکاسی 19
شکل ‏2‑5- هندسه آنتن آرایه انعکاسی چاپی 22
شکل ‏2‑6- عناصر تغییر فاز در آرایه انعکاسی چاپی. (a) رویه‌های مستطیلی با استاب‌های متصل. (b) رویه‌های مستطیلی با سایز متغیر 23
شکل ‏3‑1- فلوچارت تپه‌نوردی 32
شکل ‏4‑1- پاسخ فاز برای رویه‌های با استاب متصل. (a) عنصر. (b) فاز برای تابش عمود بر حسب طول استاب (t=1.59 mm , =3.2) 36
شکل ‏4‑2- تغییر فاز در تابش عمود برای یک آرایه متناوب از رویه‌های مربعی روی یک زیرلایه زمین‌شده بر حسب ضلع رویه در سه فرکانس = =14mm, t=1mm, =1.05 )) 36
شکل ‏4‑3- نمای جانبی آرایه انعکاسی قرار گرفته بر روی یک انعکاس‌دهنده سهموی 37
شکل ‏4‑4- عنصر آرایه انعکاسی تزویج روزنه‌ای. (a) نمای گسترده (b) تاخیر فاز بر حسب طول خط 39
شکل ‏4‑5- نمودار تاخیر فاز بر حسب طول خط عنصر آرایه انعکاسی تزویج روزنه‌ای شبیه‌سازی شده 40
شکل ‏4‑6- سلول واحد بر اساس خط تاخیر تزویج روزنه‌ای U شکل 40
شکل ‏4‑7- نمودار فاز بر اساس طول دو قطبی برای حالت U شکل 41
شکل ‏4‑8- نمودارهای بدست آمده از شبیه‌سازی برای حالت ‌U شکل 42
شکل ‏4‑9- عنصر آرایه انعکاسی دو لایه با رویه‌های با ابعاد متغیر. (a) سلول متناوب، (b)تغییر فاز بر حسب ضلع رویه (( , , , , . 44
شکل ‏4‑10- نتیجه مقاله 45
شکل ‏4‑11- نتیجه شبیه‌سازی 45
شکل ‏4‑12- نتیجه شبیه‌سازی 46
شکل ‏4‑13- نتیجه مقاله 46
شکل ‏4‑14- نتیجه شبیه‌سازی 47
شکل ‏5‑1- سلول واحد برای آرایه انعکاسی با µm140a= وmµ15 h=. بعد پچ l در محدوده 10میکرومتر تا 136 میکرومتر برای پوشش یک چرخه تقریبا کامل از پاسخ فاز متفاوت است. 55
شکل ‏5‑2-ضریب بازتاب شبیه‌سازی شده برای آرایه‌های رویه نامحدود یکنواخت دوبعدی. پاسخ فاز انعکاسی بر حسب درجه (a) و دامنه انعکاس برحسب دسی‌بل (b) در فرکانسTHz 1به عنوان تابعی از اندازه رویه. شش نقطه روی منحنی فاز با زیرلایه با ضخامت 15میکرومتر اندازه‌ی انتخاب شده رویه‌ها را برای تعریف یک زیرآرایه که یک چرخه تغییرات فاز کامل را طی می‌کند، نشان می دهد. ناهمواری در منحنی اندازه و فاز به دلیل محدودیت در دقت عددی است. 55
شکل ‏5‑3- نمودار دامنه سلول شبیه‌سازی شده بر حسب طول رویه در فرکانس THz1 برای زیرلایه به ضخامت µm15 56
شکل ‏5‑4- نمودار فاز سلول شبیه‌سازی شده بر حسب طول رویه در فرکانس THz1 برای زیرلایه به ضخامت µm15 56
شکل ‏5‑5- اصول عملکرد آنتن طراحی شده. توزیع فاز باعث انحراف موج مسطح تابشی بطور عمودی به سمت زاویه از پیش تعیین شده θ می شود . در اینجا، aنشان دهنده فاصله ی میان نقاط مرکز از دو عنصر مجاوراست، و (i= 0،1،2،3،4،5) تغییر فاز معرفی شده توسط عنصر مربوطه را نشان می دهد. 57
شکل ‏5‑6- میدان پراکنده آرایه انعکاسی در قطبش TM و TE در فرکانس THz1. (a) توزیع میدان برای قطبش TM. (b) توزیع میدان با همان ساختار و جهت تابش در(a) اما برای قطبش TE. موج تابشی با °21=θ نسبت خط عمود . برای قطبش TM، میدان E در صفحه yz هستند، و برای قطبش TE، میدان E به صورت موازی با محور x است. © ساختار یک زیر آرایه ساخته شده از 6 عناصر پچ به تصویر کشیده در مقیاس همان (a) و (b). 59
شکل ‏5‑7- توزیع میدان بازتابش شده از سطح یک تناوب از آرایه شبیه‌سازی شده در مد TM در فرکانس THz1 با زاویه تابش°21=θ 59
شکل ‏5‑8- ضریب انعکاس شبیه‌سازی شده برای آرایه‌ای از بی‌نهایت رویه. پاسخ فاز انعکاسی بر حسب درجه در THz1 به عنوان تابعی از طول رویه زیرین 60
شکل ‏5‑9- نمونه‌ای از نسبت دادن کد دودویی برای ایجاد ساختار 62
شکل ‏5‑10- نمودار فاز بر حسب طول رویه‌ها برای مقادیر مورد انتظار 66
شکل ‏5‑11- نمودار فاز بدست آمده از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه 67
شکل ‏5‑12- نمودار دامنه انعکاسی بدست آمده حاصل از بهینه‌سازی بر حسب طول رویه 68
شکل ‏5‑13- شکل‌های سطوح فرکانس گزین بدست آمده از روش رویه‌های متغیر 69
شکل ‏5‑14- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت 70
شکل ‏5‑15- نمودار دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای توابع شایستگی متفاوت 71
شکل ‏5‑16- نمودار فاز و دامنه انعکاسی بر حسب شماره سلول برای تابع شایستگی بند (ه) 72
شکل ‏5‑17- شکل رویه‌های بدست آمده از بهینه‌سازی برای تابع شایستگی بند (ه) 73
شکل ‏5‑18- نمودار فاز انعکاسی بر حسب شماره سلول در فرکانس‌های مختلف. 74
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

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 می­ کنند. در این پایان ­نامه ویژگی­های ساختار گرافین و نحوه شکل­ گیری 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.
 

فهرست مطالب
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 پایان ­نامه 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 بهره گرفتن 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
شکل (‏1‑3) شبکه فضای k 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
شکل (‏1‑9) شبکه فضای k 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 بهره گرفتن 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
 
 

فصل 1-        معرفی نانولوله­های کربنی
 
 

1-1-         دیباچه
نانولوله­های کربنی[5] برای اولین بار توسط ایجیما[6] در سال 1991 کشف شدند و پس از آن تلاش­های بسیاری برای پیش ­بینی 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 شکل­ گیری 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.

1-2-         گرافین و نحوه ساخت نانولوله­های کربنی از گرافین
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 می­ دهند و باقیمانده اوربیتال­ها، zp، اتصال­های π را تشکیل می­ دهند. 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 می­ کنند. 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 می­ کنند که اصطلاحا غیرمحلی شده[9] گفته می­شوند و یک شبکه متصل تشکیل می­ دهند 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