الکترومغناطیس کاربردی
سال:1400 | دوره:9 | شماره:2 (پیاپی 23) |تعداد مقالات:12

کاربردهای بسیار زیاد حسگرهای توزیعی فیبر نوری در صنایع مختلف منجر شده تا تلاش های زیادی برای بهبود خواص این حسگرها توسط محققان انجام شود. دقت تفکیک فضایی و طول سنجش ازجمله مهم ترین پارامترهای موجود در حسگرهای توزیعی فیبر نوری هستند که همواره مورد توجه مهندسان و کاربران این حسگرها بوده است. در بین این حسگرهای فیبری، حسگرهای بر مبنای پراکندگی رایلی به دلیل طول سنجش بسیار زیاد و حسگرهای بر مبنای پراکندگی بریلوین به دلیل دقت فضایی بالا، هر یک طیف خاصی از کاربردها را پوشش می دهند. در میان حسگرهای بریلوین، حسگر توری دینامیکی بریلوین (BDG) دارای بیشترین توان تفکیک فضایی است ولی کم بودن طول سنجش در این حسگر ازجمله معایب آن به حساب می آید. به همین دلیل تلاش برای افزایش طول سنجش در این حسگر یکی از اولویت ها برای محققانی است که در این زمینه مشغول مطالعه هستند. در این مقاله به کمک روشی جدید به نام ترکیب همبستگی فازی و فرکانسی، بیشترین طول سنجش در حسگر BDG برای دقت تفکیک فضایی در محدوده میلی متر شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که می توان به کمک این حسگر به دقت تفکیک فضایی 9 میلی متر د در 7/17 کیلومتر از فیبر سنجش دست پیدا کرد.

هدف از این طرح، پیشنهاد یک گیت منطقی فاینمن مبتنی بر بلورهای فوتونی دو بعدی با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی کر می یاشد. این افزاره ها امکان طراحی پردازشگرهای با مصرف توان کم و سرعت بالا را فراهم می کنند. گیت منطقی پیشنهادی با در نظر گرفتن دو پارامتر شامل اثرات غیرخطی کر و ایجاد موج برهای همسان برای تناوب ساختار، طراحی شده است. طول موج کاری گیت منطقی پیشنهادی در محدوده 1550 نانومتر تنظیم شده است. دست یابی به ابعاد کوچک یکی از نکات مهم در طراحی گیت های منطقی نوری می باشد. در این رابطه، یکی از مزیت های ساختار پیشنهادی اندازه کوچک آن μ m2 8. 55×7. 54 است که به دلیل استفاده از سه موج بر ابعاد کاهش یافته است. زمان تاخیر گیت منطقی برابر باps 2/0 به دست آمده است. نسبت کمینه توان نوری دریافت شده به توان ورودی در حالت یک منطقی برابر با 95/0 و نسبت بیشینه توان نوری به توان ورودی در حالت صفر منطقی 2/0 است. در نتیجه میزان نسبت تباین گیت منطقی طراحی شده برابر dB 4/8 به دست آمده است.

در این مقاله، اضافه ولتاژ خطوط هوایی متصل به برق گیر در برخورد مستقیم صاعقه با در نظر گرفتن پدیده غیرخطی یونیزاسیون و اثر وابستگی فرکانسی پارامترهای الکتریکی خاک محاسبه می شود. بدین منظور، از تحلیلگرهای گذرای الکترومغناطیسی می توان استفاده کرد. در این سناریو، برق گیر توسط یک الکترود عمودی زمین می شود. جهت اعمال وابستگی فرکانسی پارامترهای خاک، از تقریب فرکانس معادل استفاده می شود به گونه ای که خاک با پارامترهای الکتریکی ثابت معادل جایگزین می شود. همچنین برای لحاظ کردن اثر یونیزاسیون خاک، از مقاومت غیرخطی در مدار معادل RLC الکترود عمودی استفاده می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ولتاژ القایی برق گیر در چهار حالت (بدون یونیزاسیون و وابستگی فرکانسی، فقط اثر یونیزاسیون، فقط اثر وابستگی فرکانسی، یونیزاسیون و وابستگی فرکانسی به صورت هم زمان) متفاوت می باشد به گونه ای که ولتاژ القایی برق گیر در حالتی که هر دو اثر لحاظ می شود نسبت به حالت هایی که هیچ اثر یا یک اثر لحاظ می شود، کمتر می شود این کاهش در خاک هایی که مقاومت ویژه بالا است یا طول الکترود عمودی زیاد می شود، محسوس تر است. این حقیقت نقش مهمی در طراحی برق گیرها ایفا می کند که باید توسط مهندسین قدرت لحاظ شود.

مهم ترین و تاثیرگذارترین بخش هر آشکارساز نوری، قطعه حسگر آن است. در روند توسعه فوتوکاتدها از مواد و ساختار متنوعی استفاده شده و در سال های اخیر ساختار های ترکیبی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به منظور ارتقای بازدهی پاسخ اپتیکی فوتوکاتد از پدیده پلاسمونیک استفاده شده و بر اساس روش تفاضل محدود حوزه زمان (FDTD) فوتوکاتد جدیدی طراحی و شبیه سازی شده است. با تعبیه طرحی از نانوتوری تناوبی بر روی سطح، ساختاری ارایه شده است که با ایجاد امکان تزویج نور فرودی به یک موج چگالی الکترونی در سطح، تشدید پلاسمونی در محدوده طول موج مورد نظر به وجود آمده و شدت میدان افزایش بسیار زیادی پیدا می کند. به این طریق فلز-نیم هادی تبدیل به یک جاذب عالی می شود. برای این منظور ابتدا فوتوکاتدهای با ساختار مسطح و غیرمسطح (نانوتوری) متشکل ازGaAs و Au به طور مجزا شبیه سازی شدند. سپس ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد ترکیبی Au-GaAs شبیه سازی و با ساختار نانوتوری پلاسمونیک طلا مقایسه شد، به طوری که میزان جذب ساختار 1/16 درصد افرایش یافت. ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد Au-GaAs در بازه طیف مریی به دلیل جذب بیشتر، عملکرد بهتری در افرایش بازده فوتوکاتد خواهد داشت. ساختار ارایه شده برای فوتوکاتد، دارای مزیت فیلتراسیون نور فرودی با دقت و کیفیت بسیار خوبی است. قابلیت مهم دیگر ایجاد چندین فرکانس تشدید هم زمان با ایجاد هندسه تکراری است.

رادار نفوذ در زمین یکی از ابزار های توانمند برای تشخیص غیر مخرب اهداف مدفون در زمین است. این رادار می تواند بر اساس سیگنال دریافت شده ناشی از ارسال موج الکترومغناطیسی به درون زمین، مکان و شکل هدف را به دست آورد. هدف از این مقاله، تعیین عمق و قطر اهداف هادی استوانه ای مدفون در محیط پس زمینه ی نامعلوم با کمک رادار نفوذ در زمین است. از جمله مصادیق این مسیله می توان به تشخیص لوله های آب، نفت و یا گاز در زیر سطح زمین اشاره کرد. بدین منظور، الگوریتم راداری SAR مورد استفاده قرار می گیرد و روش جدیدی برای تخمین عمق و قطر پراکنده ساز با فرض نامعلوم بودن ضریب گذردهی محیط میزبان پیشنهاد می شود. هندسه مسیله دوبعدی و پیکربندی آنتن ها مشابه ساختار های تجاری چندتک پایه است. به منظور ارزیابی، روش پیشنهادی بر روی داده های خام مرتبط با اهداف مدفون در عمق یک متری پیاده سازی می شود. برای دستیابی به این داده ها جهت بازسازی شکل پراکنده ساز از نرم افزار GPRMAX_2D استفاده شده است. نتایج حاصل از پیاده سازی روش پیشنهادی نشان می دهند که عمق و قطر اهداف با دقت قابل قبولی تخمین زده می شوند.

هدف اصلی این مقاله، اصلاح رابطه روش هولوگرافیک و ارایه الگوریتم طراحی آنتن موج نشتی چند فرکانسه فشرده با بیم های تشعشعی مدادی در جهت پهلوآتش می باشد. در روند طراحی از سه نرم افزار HFSS، MATLAB و CST استفاده شده است. برای نمونه، یک آنتن موج نشتی صفحه ای سه فرکانسه با بیم های تشعشعی مدادی پهلوآتش با بهره 9/17، 5/18و 2/19دسیبل و سطح گلبرگ جانبی صفحات E و H کمتر از dB15-به ترتیب در فرکانس های 16، 15و17گیگاهرتز طراحی شده است. سلول واحد تشکیل دهنده سطح امپدانسی هولوگرام به شکل شش ضلعی منتظم انتخاب شده است تا همسانگرد ترین رفتار ممکن را در برابر موج سطحی داشته باشد. اصلاح رابطه هولوگرافیک منجر به امکان بهره گیری از یک تغذیه موج سطحی با ساختار ساده برای داشتن تطبیق مناسب و همچنین قابلیت کنترل سطح گلبرگ جانبی در صفحات E و H آنتن در فرکانس های طراحی شده است. در نهایت با ساخت و تست آنتن پیشنهادی صحت و سقم روند طراحی پیشنهادی راستی آزمایی شده است. در اندازه گیری الگوی تشعشعی صفحات E و H فرکانس های مختلف در اتاق آنتن برای هر فرکانس، تغذیه متناظر با آن فرکانس تحریک و دو تغذیه دیگر تطبیق کامل در نظر گرفته شده اند. در نهایت، همخوانی خوبی بین نتایج شبیه سازی و اندازه گیری مشاهده شده است.

در این مقاله یک روش تداخلی برای اندازه گیری زاویه بین دوصفحه لیزر دیسک و خمش هر دو وجه محیط فعال لیزر دیسک معرفی می شود. برای افزایش بازدهی محیط فعال وجه جلویی آن با یک لایه ضد بازتابی برای طول موج باریکه پمپ کاواک لیزر پوشانده شده است. همچنین برای جلوگیری از اثر اتالونی یک زاویه بسیار کوچکی بین دو آن وجود دارد. دمش در محیط فعال باعث اثرات ترمودینامیکی در آن شده و باعث تغییر انحنا وجوه آن می شود. اندازه گیری این تغییرات شکل برای ساخت سامانه اپتیک تطبیقی و جبران آن در تشدیدگر لیزر ضروری به نظر می رسد. بدین منظور از یک لیزر مریی که برعکس باریکه پمپ، بازتاب چندگانه در این محیط دارد و هرکدام از بازتاب ها حاوی اطلاعات زاویه و خمیدگی وجوه محیط است، استفاده شده است. ما نشان داده ایم که با تنها یک طرح تداخلی می توان هر سه اطلاعات وجه جلویی و پشتی و زاویه بین آن را اندازه گرفت.

در این پژوهش، با محاسبه پتانسیل الکتریکی مربوط به یک پلاسمای سرد چنبره ای، بسامد تشدید آن را در دو حالت قطبش متفاوت میدان الکتریکی فرودی، به دست می آوریم. میدان الکتریکی فرودی را در حالت اول، موازی محور چنبره و در حالت دوم، عمود بر محور چنبره در نظر می گیریم. با حل معادله لاپلاس و استفاده از شرایط مرزی مناسب در مختصات چنبره ای، پتانسیل الکتریکی داخل و خارج چنبره و بسامد تشدید پلاسمای چنبره ای را محاسبه می کنیم. بعلاوه میدان الکتریکی داخل چنبره محاسبه می شود. سپس، بسامد تشدید و دامنه پتانسیل به دست آمده را در حالت های مختلف و برای قطبش های متفاوت میدان الکتریکی به صورت عددی رسم می کنیم. فرض می شود طول موج فرودی خیلی کوچک تر از ابعاد سطح مقطع چنبره پلاسما باشد.

یک روش موثر و چند منظوره جهت کاهش هم زمان تزویج متقابل و قطبش متعامد در یک آنتن آرایه ای صفحه H دو عنصری با یک ساختار فشرده ارایه می گردد. در این روش، یک جفت عنصر میکرواستریپی پارازیتی در کنار لبه های تشعشعی در دو پچ تشعشعی قرار گرفته و با ایجاد یک مسیر تزویج میدانی جدید و مخالف با تزویج اصلی منجر به افزایش چشمگیر ایزولاسیون می شود. علاوه بر این، به دلیل شکل و موقعیت قرارگیری این نوارهای پارازیتی، میدان نزدیک حاصل از جریان های متعامد روی پچ ها به طور قابل توجه خنثی شده و منجر به حذف قطبش متعامد و بنابراین افزایش خلوص قطبش می شود. همچنین، این روش می تواند تا حد 8 دسی بل از افزایش قطبش متعامد ناشی از خطای موقعیت پروب روی پچ ها جلوگیری کند. برای اعتبار سنجی روش ارایه شده، یک نمونه بهینه، ساخته و اندازه گیری شده و با نتایج شبیه سازی مقایسه می گردد. اندازه گیری ها ایزولاسیونی بهتر از 32 دسی بل، تطبیق امپدانسی بالاتر از 30 دسی بل و قطبش متعامدی در حدود 38 دسی بل (با حداقل 10 دسی بل کاهش) را نشان می دهد که تطابق مناسبی با شبیه سازی دارند. ویژگی های این طرح، عدم کاهش بهره و بازده تشعشعی و کاهش فرکانس تشدید در حد 150 مگاهرتز می باشد که می تواند اندازه کلی آرایه را کاهش دهد. در نهایت، مقایسه با کارهای جدید به همراه بحث روی نتایج نیز ارایه می گردد.

روش تداخل سنجی میکروموج، به عنوان یکی از معتبرترین روش ها در اندازه گیری چگالی الکترونی پلاسمای توکامک به شمار می رود که در توکامک های مختلفی در سراسر جهان استفاده می شود. نوع ساده تر تداخل سنج های میکروموج، تداخل سنج میکروموج هموداین تک-کاناله یا وتر مرکزی نام دارد که با استفاده از آن می توان متوسط خطی چگالی الکترونی را در طول یکی از وترهای سطح مقطع پلاسمای توکامک اندازه گیری نمود. یکی از محدودیت های تداخل سنج های وتر مرکزی این است که در آن ها فقط قابلیت اندازه گیری متوسط چگالی الکترونی وجود دارد و تشخیص توزیع فضایی چگالی امکان پذیر نیست. در این مقاله روشی نیمه تحلیلی مبتنی بر تحلیل اختلاف فاز، جهت تخمین کیفی توزیع فضایی چگالی الکترونی در تداخل سنج های وتر مرکزی ارایه شده است. بر اساس مدل پیشنهادی، تعدادی پروفایل جهت توصیف کیفی توزیع چگالی الکترونی پلاسمای توکامک ارایه شده است. از مقایسه اختلاف فاز مدل های ارایه شده با مقدار خطی حاصل از اندازه گیری تجربی متوسط خطی چگالی در توکامک دماوند، مشخص شد که از میان مدل های پیشنهادی، پروفایل ذوزنقه ای در فرکانس های بالا می تواند تخمین کیفی مناسب تری از توزیع چگالی الکترونی توکامک داشته باشد. از مدل ارایه شده می توان جهت تخمین مقدماتی و در کنار روش های تکمیلی از جمله بازتاب نگاری میکروموج و تداخل سنج های چند کاناله جهت تعیین توزیع فضایی چگالی الکترونی پلاسمای توکامک استفاده نمود.

هدف از این مقاله طراحی خازن فشار قوی جدیدی می باشد که بین صفحات آن به جای استفاده از عایق های معمول از ماده فروالکتریک باریم تیتانات که ضریب گذردهی نسبی بالایی دارد استفاده شده است. اهداف این پژوهش در واقع رسیدن به مدل کامل الکتریکی از مواد فروالکتریک، با تاکید بر ماده باریم تیتانات می باشد که وابستگی ضریب تلفات عایقی و عدد دی الکتریک نسبی در ارتباط با تغییرات دما و شدت میدان الکتریکی در این مدل شناخته شده باشد. چالش پیش رو این است که ضریب گذردهی نسبی ماده دی الکتریک ثابت نبوده و متغیر می باشد، همچنین حلقه هیسترزیسی وجود دارد که مشخصات عایقی نظیر ضریب گذردهی نسبی و ضریب تلفات عایقی در آن بر اساس دما تغییر می کند که در این مقاله با استفاده از روش اجزای محدود و بازسازی حلقه هیسترزیس واقعی ماده تلاش شده است این موضوع مهم، مورد نظر قرار گرفته و قابل حل باشد. انجام این پژوهش به امکان سنجی استفاده از این عایق ها در ساخت خازن های فشار قوی و چالش های پیش رو در این زمینه منجر می گردد. همچنین نتایج آن در امکان سنجی طراحی و ساخت خازن های فشار قوی و عایق های با ضرایب دی الکتریک بالا و شناخت چالش های پیش رو و پیشنهاد مناطق مناسب از لحاظ آب و هوایی (حداقل و حداکثر دما) جهت نصب خازن های مذکور، کارآمد می باشد.

در این مقاله یک طرح جدید از یک مقایسه کننده تک بیتی تمام نوری فوق سریع ارایه می شود که بر اساس تشدیدگرهای حلقوی بلور فوتونی متشکل از شیشه های آلاییده با ضریب غیرخطی بالا ساخته می شود. ساختار کلی این مقایسه کننده شامل دو ورودی، چهار تشدیدگر حلقوی همراه با تعدادی موج بر برای مقایسه و سه خروجی برای ارایه نتیجه است که همه در بستر بلور فوتونی ایجاد شده اند. با استفاده از روش عددی بسط امواج تخت ساختار باندی آن محاسبه و نتایج حاصل شده نشان می دهند که بلور فوتونی پایه دارای شکاف باند فوتونی در مد پلاریزه TM در پنجره طول موجی باند S، C و L است و برای کاربردهای مخابراتی ابزاری مناسب می باشد. برای حل معادلات ماکسول از روش تفاضلی محدود در حوزه زمان استفاده شده است که هدف از آن بررسی رفتار انتشاری نور درون ساختار نهایی است. نتایج مطالعات عددی نشان می دهند ساختار طراحی شده دارای پاسخ زمانی بسیار کوتاه 3 پیکوثانیه است که نسبت به تمامی مقایسه کننده های طراحی شده تاکنون شامل مقایسه کننده های الکترونیکی، و تمام نوری از سرعت بالاتری برخوردار است. همچنین مساحت نسبتا کوچک آن که در حدود 826 میکرومتر مربع است، استفاده از آن در طراحی مدارهای فوتونیکی مجتمع را ممکن می سازد.