فهرست مطالب عنوان . صفحه فصل اول : مقدمه1-1-آنتن ميکرو استريپ. 21-1-1-موج بر روی آنتن ميکرو استريپ. 3-2-1-1 امواج سطحی. 3-3-1-1امواج نامتراکم. 5-4-1-1امواج هدايت شونده. 51-1-5- مشخصات آنتن ميکرو استريپ. 6-2-1فرامواد. 61-2-1- مواد ENG.. 101-2-2- مواد MNG.. 111-2-3- موادDNG.. 131-2-4- کاربرد فرامواد. 161-3- الگوريتم بهينه سازی تجمع ذرات. 171-4-اهداف پروژه. 21 فصل دوم : مباحث کلی آنتن میکرواستریپ2-1- مقدمه. 232-2- مزايا و معايب. 252-3- روش های تغذيه. 262-3-1- تغذيه به روش خط ميکرو استريپ. 262-3-2- کابل هم محور. 272-3-3- تغذيه به روش تزويج روزنه ای. 282-3-4- تغذيه به روش تزويج الکترو مغناطيسی. 292-4- روش های تحليل آنتن ميکرو استريپ. 302-4-1- مدل خط انتقال. 312-4-2- مدل حفره تشديد. 342-5- الگوی تشعشعی. 372-6- بازده تشعشعی. 392-7- پهنای باند. 412-8- امپدانس ورودی. 42 فصل سوم : مباحث کلی فرامواد3-1- مقدمه. 453-2- انتشار امواج در مواد چپ گرد. 463- 3- چگالی انرژی و سرعت گروه. 483-4- ضريب شکست. 503-5- خواص ديگر فرامواد. 513-5-1- اثر داپلر معکوس. 513-5-2- تشعشع چرنکوفبازگشتی. 523-6- ضرايب انتقال و انعکاس. 543-6-1- محاسبه ضرايب انتقال و انعکاس در وجه مشترک 543-6-2- محاسبه ضرايب انتقال و انعکاس تيغه فرامواد 563-7- کاربرد فرامواد در آنتن. 573-7-1- استفاده از فرامواد به عنوان رولايه آنتن ميکرو استريپ 58 فصل چهارم : مباحث کلی استخراج پارامترهای محیطی فرامواد4-1- مقدمه. 664-2- روش Smith. 664-3- روش Ziolkowski694-4- روش Nicolson Ross Weir. 714-5- کاربرد روش های استخراج پارامترهای محيطی. 734-5-1 سيم باريک. 734-5-2- SRR.. 754-5-3 ترکيب سيم باريک و SRR.. 77 فصل پنجم : مباحث کلی الگوريتم بهينه سازی تجمع ذرات5-1- مقدمه. 835-2- ساختار الگوريتم تجمع ذرات. 845-3- تعيين پارامترهای الگوريتم بهينه سازی تجمع ذرات 905-4- شرايط مرزی. 965-5- کاربرد. 99 فصل ششم : مدل‌سازی6-1- مقدمه. 1036-2- ساختار فراماده اول. 1056-3- ساختار فراماده دوم. 1096-4- ساختار فراماده سوم. 1146-5- ساختار فراماده چهارم. 118 فصل هفتم : نتایج7-1- مقدمه. 1247-2- طراحی آنتن ميکرواستريپ با استفاده از ساختار فراماده اول 1257-3- طراحی آنتن ميکرواستريپ با استفاده از ساختار فراماده دوم 1297-4- طراحی آنتن ميکرواستريپ با استفاده از ساختار فراماده سوم 1337-5- طراحی آنتن ميکرواستريپ با استفاده از ساختار فراماده چهارم 1377-6- ساخت آنتن ميکرواستريپ با استفاده از ساختار فراماده اول 141 فصل هشتم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات8-1- نتايج. 1468-2- پيشنهادات. 147 مراجع. 148 فهرست جداول عنوان . صفحهجدول 5-1: تعریف پارامترهای الگوریتم تجمع بهینه سازی ذرات 84جدول 7-1: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده اول. 126جدول 7-2: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده دوم. 130جدول 7-3: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده سوم. 134جدول 7-4: ابعاد آنتن میکرواستریپ بر اساس فرکانس نوسان ساختار فراماده چهارم. 138 فهرست شکل‌ها عنوان . صفحه شکل 1-1: دوقطبی در نظر گرفته شده بر روی آنتن میکرو استریپ (Garg et al., 2000)3شکل1-2 : امواج سطحیGarg et al , 2000)).4شکل 1-3 : امواج نامتراکم Garg et al , 2000)).5شکل 1-4 : انتشار امواج در محیط راست گرد( Veselago ,1968)7شکل 1-5 : انتشار امواج در محیط چپ گرد( Veselago ,1968)8شکل 1-6 : اولین آرایه SRR ساخته شده در سال 1998(Smith et al., 2000)9الکتریکی منفی( .(Pendry et al., 1998. 10شکل 1-8 : ساختار سلول واحد با خاصیت ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی منفی Limaye, 2006)).. 12شکل 1-9 : نمودار ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی برحسب فرکانس ( .(Limaye, 2006. 13شکل 1-10 : سلول واحد محیط DNGالف)ساختار یک بعدی ب) ساختار دو بعدی(Limaye, 2006)15شکل 1-11 : مدل خط انتقال(.(Calozet al., 2005. 16شکل 1-12 : شمای عملیاتی الگوریتم بهینه سازی تجمع ذرات 20 شکل 2-1 : ساختار کلی آنتن میکرو استریپ با پچ مستطیلی( .(Balanis,1997 24شکل 2-2 : اشکال رایج پچ آنتن میکرواستریپ( .(Garg et al., 2001. 24شکل 2-3 : تغذیه به روش خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 27شکل 2-4 : تغذیه به روش کابل هم محور( .(Garg et al., 2001. 28شکل 2-5 : تغذیه به روش تزویج روزنه ای( .(Garg et al., 2001. 29شکل 2-6 : تغذیه به روش تزویج الکترومغناطیسی( .(Garg et al., 2001. 30شکل 2-7 : خط میکرو استریپ( .(Garg et al., 2001. 32شکل 2- 8 : خطوط میدان الکتریکی( .(Garg et al., 2001. 32شکل 2-9 : آنتن پچ میکرو استریپ( .(Balanis, 1997. 33شکل 2-10 : توزیع بار و ایجاد چگالی جریان در پچ میکرو استریپ .(Lo et al., 1979)35شکل 2-11 : جریان الکتریکی مد (0و1) .(Gardiol, 1995)38شکل 2-12 : جریان مغناطیسی مد (0و1) .(Gardiol, 1995)38شکل 2-13 : مدار معادل آنتن پچ میکرو استریپ.(Jackson et al., 1997)43 شکل 3-1 : طبقه بندی مواد بر اساس ضریب گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی.(Engheta et al., 2006)45شکل 3-2 : جهت بردار های ،، و در محیطراست گرد .(Shamonina et al., 2002)47شکل 3-3 : جهت بردار های ،، و در محیطچپ گرد .(Shamonina et al., 2002)47شکل 3-4 : نمایش شکست موج در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007)51شکل 3-5 : تشعشع چرنکوف در محیط راست گرد.(Marques et al., 2007)53شکل 3-6 : تشعشع چرنکوف در محیط چپ گرد.(Marques et al., 2007)53شکل3-7 : میدان در نزدیکی سطح محیط راست گرد و چپ گرد(Engheta et al., 2006)... 55شکل3-8 : استفاده از فرامواد به عنوان رولایه آنتن میکرواستریپ(Chainmool et al., 2009)... 60شکل3-9 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه و مقایسه آن با بهره آنتن بدون رولایه(Chainmool et al., 2009). 61شکل 3-10 : سلول واحد فرامواد(Majid et al., 2009)... 61شکل 3-11 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه E(Majid et al., 2009). 62شکل 3-12 : بهره آنتن میکرو استریپ در صفحه H(Majid et al., 2009). 62شکل 3-13 : سلول واحد فرامواد(Chainmool et al., 2010)... 63شکل 3-14 : ساختار آنتن به همراه فرامواد به رولایه(Chainmool et al., 2010). 63شکل 3-15 : بهره آنتن میکرو استریپ به همراه رولایه فرامواد(Chainmool et al., 2010)... 64 شکل 4-1 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith. (Wakatsuchi, 2011)74شکل 4-2 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست سیم باریک بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)74شکل 4-3 : نمودار قسمت حقیقی امپدانس موجSRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith. (Wakatsuchi, 2011)75شکل 4-4 : نمودار قسمت حقیقی امپدانس موج SRRبر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)76شکل 4-5 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکستSRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith. (Wakatsuchi, 2011)75شکل 4- 6 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی SRR بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)77شکل 4-7 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Smith. (Wakatsuchi, 2011)78شکل 4-8 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)79شکل 4-9 : نمودار قسمت حقیقی ضریب گذردهی الکتریکی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)79شکل 4-10 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش Ziolkowski. (Wakatsuchi, 2011)80شکل 4-11 : نمودار قسمت حقیقی ضریب شکست فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روشNRW. (Wakatsuchi, 2011)80شکل 4-12 : نمودار قسمت حقیقی ضریب نفوذ پذیری مغناطیسی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روشNRW. (Wakatsuchi, 2011)81شکل 4-13 : نمودار قسمت حقیقی ضریب گذردهی الکتریکی فراماده بر حسب فرکانس با استفاده از روش NRW. (Wakatsuchi, 2011)81 شکل 5-1 : نمای کلی از حرکت ذرات بر اساس بهترین مکان ذره و گروه در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2002)89شکل 5-2 : تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004) ... 90شکل 5-3 : مکان و جهت سرعت ذرات در تکرار اول جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004)... 91شکل 5-4 : مکان و جهت سرعت ذرات در تکرار دویست جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004) ... 91شکل 5-5 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با وزن اینرسی 9/0. (Robinson et al., 2004)93شکل 5-6 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با وزن اینرسی 4/0. (Robinson et al., 2004)94شکل 5-7 : نمودارمکان ذرات بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی تجمع ذرات جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با تغییر خطی وزن اینرسی دربازه9/0-4/0 (Robinson et al., 2004)94شکل 5-8 : نمودار شایستگی بر حسب تکرار ساختار بهینه سازی جهت یافتن بیشینه تابع sinc در فضای دو بعدی با تغییر خطی وزن اینرسی دربازه9/0-4/0 (Robinson et al., 2004)95شکل 5-9 : شرط مرزی دیواره های جاذب در فضای دو بعدی. (Robinson et al., 2004)98شکل 5-10 : شرط مرزی دیواره های انعکاسی در فضای دو بعدی (Robinson et al., 2004)98شکل 5-11شرط مرزی دیواره های غیر قابل تشخیص در فضایدو بعدی . (Robinson et al., 2004)98شکل 5-12 : بهینه سازی پارامترهای آنتن.. 105 شکل 6-1 : ساختار سلول واحد فراماده اول.. 105شکل 6-2 : نمودار اندازه ساختار فراماده اول با فاصله هوایی 3/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 106شکل 6-3 : نمودار اندازه ساختار فراماده اول با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس 107شکل 6-4 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 108شکل 6-5 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 108شکل 6-6 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده اول بهینه شده بر حسب فرکانس.. 109شکل 6-7 : ساختار سلول واحد فراماده دوم.. 110شکل 6-8 : نمودار اندازه ساختار فراماده دوم با فاصله هوایی 3/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 111شکل 6-9 : نمودار اندازه ساختار فراماده دوم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس.. 111شکل 6-10 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 112شکل 6-11 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 112شکل 6-12 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده دوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 113شکل 6-13 : ساختار سلول واحد فراماده سوم.. 115شکل 6-14 : نمودار اندازه ساختار فراماده سوم با فاصله هوایی 2/0میلی متر بر حسب فرکانس.. 115شکل 6-15 : نمودار اندازه ساختار فراماده سوم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس 116شکل 6-16 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 116شکل 6-17 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 117شکل 6-18 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده سوم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 117شکل 6-19 : ساختار سلول واحد فراماده چهارم.. 119شکل 6-21 : نمودار اندازه ساختار فراماده چهارم با فاصله هوایی اولیه و مقدار بدست آمده از الگوریتم بهینه سازی بر حسب فرکانس 120شکل 6-22 : نمودار ضریب شکست ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 120شکل 6-23 : نمودار ضریب گذردهی الکتریکی ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 121شکل 6-24 : نمودار ضریب نفوذپذیری مغناطیسی ساختار فراماده چهارم بهینه شده بر حسب فرکانس.. 121 شکل7-1 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول 127شکل7-2 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول 127شکل7-3 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 128شکل7-4 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده اول.. 128شکل7-5 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 129شکل7-6 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده دوم 131شکل7-8 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 132شکل7-9 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده دوم.. 132شکل7-10 سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 133شکل7-11 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم 135شکل7-12 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم 135شکل7-13 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 136شکل7-14 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده سوم.. 136شکل7-15 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 137شکل7-16 : آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم 139شکل7-17 : بهره آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم 139شکل7-18 : بهره آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 140شکل7-19 سمت گرایی آنتن میکرواستریپ با استفاده از رولایه فراماده چهارم.. 140شکل7-20 : سمت گرایی آنتن میکرواستریپ بدون استفاده از رولایه فراماده 141شکل7-21 : نمای فوقانی آنتن میکرواستریپ ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 142شکل7-22 : نمای جانبی آنتن میکرواستریپ ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 143شکل7-23 : مقایسه بهره آنتن میکرواستریپ شبیه سازی و ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول.. 143شکل7-24 : مقایسه الگوی تشعشی آنتن میکرواستریپ شبیه سازی و ساخته شده با استفاده از رولایه فراماده اول الف) H-plane ب) E-plane 144فصل اول مقدمه ارتباط اولیه بشر از طریق ایجاد صدا بوده است. با میل به کمی ارتباطات گسترده تجهیزاتی مانند طبل و یا دود مورد استفاده قرار گرفت. تلاش برای ارتباط با نقاط دور همچنان ادامه یافت و در این زمینه بشر به دستاورد های بزرگی دست یافت یکی از اولین ساخته مهم بشر در استفاده از طیف الکترومغناطیسی رادیو بوده است که آنتن نقش اساسی را در این زمینه جهت انتقال سیگنال ایفا می کند. با گسترش ارتباطات، نیاز روز افزون به ساخت آنتن با بهره و پهنای باند فرکانسی بالا ایجاد شده است و امروزه تلاش بشر در جهت بهبود مشخصات تشعشی و کاهش اندازه آنتن است.یکی از آنتن هایی که بسیار مورد استفاده قرار می گیرد آنتن میکرواستریپ است. ساختار کلی این آنتن بدین صورت است که یک پچ هادی و صفحه زمین توسط زیرلایه دی الکتریک از یکدیگر جدا شده اند. این ساختار تا انقلاب در کاهش اندازه و مجتمع سازی در مقیاس بزرگ مدارات الکترونیکی در 1970 مورد توجه قرار نگرفت. سپس Munson از این آنتن به عنوان آنتن با حجم کم بر روی راکت و موشک استفاده کرد و یک مفهوم عملی در جهت حل مشکلات سیستم آنتن ارائه کرد. مدل های ریاضی متنوعی برای این آنتن در نظر گرفته شد و کاربرد های آن در زمینه مختلف گسترش یافت. تعداد مقالاتی که در ده سال اخیر چاپ شده است اهمیت این آنتن را نشان می دهد.عموما ثابت دی الکتریک کم را برای تشعشع بهتر در نظر می گیرند. پچ که بر روی دی الکتریک قرار می گیرد می تواند شکل های متنوعی داشته باشد اما مستطیل و دایره بیشتر رواج دارد.مشکل سایر اشکال این است که تحلیل آن ها سخت است و محاسبات عددی بسیار سنگینی دارد. مشخصه آنتن میکرواستریپ طول، عرض، امپدانس ورودی، بهره و مشخصات تشعشی آن است. پارامتر های مختلف و شیوه طراحی آن ها در فصل دوم به طور کامل ارائه شده است. 1-1-1- موج بر روی آنتن ميکرو استريپ مکانیسم انتقال و تشعشع در یک میکرواستریپ بدین صورت است که یک منبع جریان نقطه ای در قسمت فوقانی زیر لایه دی الکتریک که به زمین متصل شده است مطابق شکل 1-1 در نظر می گیرند، با توجه به جهتی که موج منتشر می شود رفتار منحصر به فردی نشان می دهدPozar , 1995; Lee et al., 1997; Garg et al., 2000)).شکل 1-1: دوقطبی در نظر گرفته شده بر روی آنتن میکرو استریپ(Garg et al., 2000)