فهرست مطالب

الکترومغناطیس کاربردی - سال نهم شماره 2 (پیاپی 23، پاییز و زمستان 1400)

نشریه الکترومغناطیس کاربردی
سال نهم شماره 2 (پیاپی 23، پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/29
  • تعداد عناوین: 12
|
  • عبدالله ملک زاده*، محسن منصورسمایی صفحات 1-7
    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.
    کلیدواژگان: حسگر فیبر نوری، پراکندگی بریلوئن، توری دینامیکی بریلوئن، دقت تفکیک فضایی، طول سنجش
  • علی فرمانی*، رضا بیرانوند صفحات 9-15
    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 μm2 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.
    کلیدواژگان: گیت منطقی فاینمن، بلورهای فوتونی، اثرات غیرخطی کر
  • سعیدرضا استادزاده* صفحات 17-25

    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.

    کلیدواژگان: یونیزاسیون، وابستگی فرکانسی، برقگیر، صاعقه، خطوط انتقال
  • جواد خلیل زاده*، علی عرب خراسانی، حسین ذکی دیزجی، یدالله شهامت صفحات 27-33
    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.
    کلیدواژگان: فوتومولتی پلایر، فوتوکاتد، نانوتوری، پلاسمونیک، گالیوم آرسناید، طلا
  • مصطفی صاحبکاری*، سید محمدسعید ماجدی، امیررضا عطاری صفحات 35-45

    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 مسئله 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 مسئله 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.

    کلیدواژگان: الگوریتم SAR، بازسازی شکل پراکنده ساز، تشخیص غیر مخرب، رادار نفوذ در زمین
  • سمیه سعیدی، فرخ حجت کاشانی*، نادر کمجانی برچلویی صفحات 47-58

    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.

    کلیدواژگان: آنتن هولوگرافی، آنتن های موج نشتی، آنتن چند فرکانسه فشرده، سطح گلبرگ جانبی
  • محمدرضا جعفرفرد*، محمدحسین دائمی صفحات 59-62

    در این مقاله یک روش تداخلی برای  اندازه‎گیری 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. اندازه‎گیری 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.

    کلیدواژگان: لیزر دیسک، اندازه‎گیری فاز، اپتیک فوریه
  • گلناز خوجه، عباس عبدلی آرانی* صفحات 63-70

    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.

    کلیدواژگان: پراکندگی، پلاسمای چنبره ای، امواج الکترومغناطیس، بسامد تشدید
  • رضا ذاکر* صفحات 71-80
    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.
    کلیدواژگان: آنتن آرایه ای، تزویج متقابل، ایزولاسیون، قطبش متعامد
  • احسان الله نوری* صفحات 81-86

    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.

    کلیدواژگان: چگالی الکترونی، تداخل سنج میکروموج، اختلاف فاز، توکامک
  • مجتبی اسدی*، اسعد شمشادی صفحات 87-97
    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.
    کلیدواژگان: اجزای محدود، باریم تیتانات، خازن فشار قوی، ضریب تلفات عایقی، فروالکتریک، ضریب گذردهی نسبی
  • حامد سقایی* صفحات 99-106

    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.

    کلیدواژگان: مقایسه کننده تمام نوری، تشدیدگر حلقوی بلور فوتونی، اثر غیرخطی کر، بسط امواج تخت، روش اجزا محدود در حوزه زمان
|
  • Abdollah Malakzadeh *, Mohsen Mansoursamaei Pages 1-7
    Extensive applications of distribution fiber sensors in various industries have led researchers to make great efforts to improve the properties of these sensors. Spatial resolution and sensing length are considered among the most important parameters in fiber optic distribution sensor by engineers and users of these sensors. Among these fiber sensors, Rayleigh scattering-based sensors due to their very long sensing length and Brillouin scattering sensors due to their high spatial resolution, each cover a specific range of applications. Among Brillouin sensors, Brillouin dynamic grating (BDG) sensor has the highest spatial resolution, but the short sensing length of this sensor is one of its major disadvantages. For this reason, trying to increase the sensing length in this sensor is one of the priorities for researchers in this field. In this paper, using a new method called the combination of phase and frequency correlation, the maximum sensing length in the BDG sensor is simulated for spatial resolution in the range of millimeters. The simulation results show that with the help of this sensor, a spatial resolution of 9 mm over 17.7 km of the measurement fiber can be achieved.
    Keywords: Optical Fiber Sensor, Brillouin Scattering, Brillouin Dynamic Grating, Spatial Resolution, Sensing Length
  • Ali Farmani *, Reza Beyranvand Pages 9-15
    In this study, we propose a Feynman gate based on two-dimensional photonic crystals taking into account the non-linear Kerr effects. These devices can operate at high speed, with low power consumption. The performance of the Feynman logic gate presented in this paper is based on the nonlinear effects of Kerr and the formation of identical waveguides to alternate the structure. The wavelength of this design is set in the range of 1550 nm. One of the advantages of this design is its small size of 7.54×8.55 µm2 which has been achieved due to the use of three waveguides. The minimum optical power for the case of logic 1 is 0.95 and for case of logic 0 is 0.2. So, the contrast ratio of 8.4 dB can be obtained. Hence, the Feynman optical gate provided in this article is a good option for photonic computing circuits.
    Keywords: Feynman Gate, photonic crystals, Non-linear Kerr effects
  • Saeed Reza Ostadzadeh * Pages 17-25

    In this paper, the overvoltage of the transmission lines terminated to an arrester under direct lightning strike is computed, considering the nonlinear phenomenon of ionization and the frequency dependence effect of electrical parameters of lossy soils. To this end, electromagnetic transient solvers can be used. In this scenario, the arrester is grounded via a vertical electrode. To apply the frequency dependence of soil parameters, the approximation of equivalent frequency is used in such a way that the soil parameters are replaced with equivalent constant electrical parameters, while the nonlinear phenomenon of ionization is modelled with a nonlinear resistance in the RLC equivalent circuit of the vertical electrode. The simulation results show that the induced voltages across the arrester are different in the four scenaios (neither ionization nor frequency dependence, only ionization dependance, only frequency dependence, and both ionization and frequency dependence), specifically the induced voltage across the arrester when both effects are considered is reduced compared to the situations where both effects are ignored or only one effect is considered. This reduction for highly resistive soils and for electrodes with long lengths is more pronounced. This fact plays an important role in designing lightning arresters which should be considered by power engineers..

    Keywords: Ionization, transmission line, frequency dependence, Arrester, lightning strike
  • Javad Khalilzadeh *, Ali Arab Khorasani, Hosein Zaki Dizaji, Yadollah Shahamat Pages 27-33
    The most important and effective part of any light detector is the photocathode. In this research, in order to improve the efficiency of the photocathode optical response, the plasmonic phenomenon is used and a new photocathode is designed and simulated based on the finite difference time domain (FDTD) method. By designing a periodic nano-grating on the surface, a structure is presented that makes it possible to couple the incoming light to an electron density wave on the surface. Plasmonic resonance is created in the desired wavelength range and the field strength is greatly increased. In this way, the metal-semiconductor becomes an excellent absorber. For this purpose, photocathodes with planar and non-planar (nano- grating) structures consisting of GaAs and Au are simulated separately. Then, the plasmonic nano- grating structure consisting of Au-GaAs composite materials is simulated and compared with the plasmonic nano- grating structure of gold, so that the absorption rate of the structure is increased by 16.1%. The plasmonic nano- grating structure consisting of Au-GaAs in the visible spectrum shows better performance in increasing the photocathode efficiency due to higher absorption. The structure provided for the photocathode has the advantage of filtering the incoming light with excellent accuracy and quality. Another important feature is the creation of multiple resonant frequencies simultaneously with the formation of repetitive geometry.
    Keywords: Photomultiplier, photocathode, Nano- Grating, Plasmonic, gallium arsenide, gold
  • Mostafa Sahebkari *, Mohammad Saeed Majedi, Amir Reza Attari Pages 35-45

    Ground penetrating radar (GPR) is a strong tool for non-destructive detection of buried targets. This radar can determine the location and shape of targets based on the received signals from the electromagnetic waves transmitted to the ground. In this paper, we intend to determine the depth and diameter of buried cylindrical conductor targets in an unknown background environment using the ground penetrating radar. Examples include the detection of water, oil or gas pipes buried under the ground. For this purpose, the SAR algorithm is used and a new method for estimating the depth and diameter of the scatterer is proposed, assuming that relative permittivity of the host environment is not known. The geometry of the problem is two-dimensional and the configuration of the antennas is similar to that of the commercial ones, which is multi-monostatic. For assessment, the proposed method is implemented on the raw data related to buried targets at the depth of 1m. The GPRMAX_2Dsoftware is used to provide raw data to reconstruct the shape of scatterer. Results show that the scatterer depth and diameter are estimated with acceptable accuracy.

    Keywords: : SAR Algorithm, shape reconstruction of scatterer, Non-destructive diagnosis, Ground penetrating radar
  • Somaye Saeidi, Farokh Hojat Kashani *, Nader Komjani Pages 47-58

    The main purpose of this paper is to modify the holographic technique relationship (formula) and to present an algorithm for the design of multiple frequency compact leaky-wave antennas with broadside pencil beam radiation. In the design process, the following three software HFSS, MATLAB and CST, have been utilized. As a prototype, a triple frequency planar leaky-wave antenna is designed with the SLL less than -15 dB at E and H planes and broadside pencil radiation gain of 17.9, 18.5 and 19.2 dB at 15, 16 and 17 GHz, respectively. The unit cell forming the impedance surface of the hologram is selected as a regular hexagon to have the most isotropic behavior in response to the surface wave. Modification of the holographic relationship leads to the possibility of using a surface wave feed with a simple structure for proper matching as well as controlling the SLL on the E and H planes of the antenna radiation pattern at the designed frequencies. Eventually, by constructing and testing the proposed antenna, the accuracy of the proposed design process has been verified. In measuring the radiation pattern of the E and H planes of the different frequencies in the antenna room for each frequency, the launcher corresponding to that frequency receives the excitation and the other two launchers are perfectly matched. Finally, a good agreement is observed between the simulation and measurement results.

    Keywords: : Holgraphic Antenna, Leaky-wave Antennas, Compact Multiple frequency Antenna, Side Lobe Level (SLL)
  • Mohammad Reza Jafarfard *, Mohammad Hoseein Daemi Pages 59-62

    In this paper, we have introduced a measurement scheme for the wedge angle and bending of the faces of the laser disk active medium. To increase the efficiency of the laser, the front face of the medium has been coated with an antireflection coating. In addition, a small wedge angle between the two faces of the medium has been considered to avoid the etalon effect inside the medium. Pumping the active medium causes thermodynamic effects and deformation of the faces of the medium. Characterization of this deformation is necessary for designing an adaptive optics and retrieving it in the resonator. For this purpose, a visible laser has been utilized which unlike the pumping beam has multi reflections from the faces of medium and contains the information of both wedge and bending. We have demonstrated that with a single shot interference pattern the information of the wedge and front and back faces of the medium can be measured.

    Keywords: Disk Laser, Phase Measurement, Fourier Optics
  • Golnaz Khojeh, Abbas Abdoli Arani * Pages 63-70

    In this research, we obtain the resonance frequency of the toroid cold plasma, by calculating the related electric potential in two different states of polarization of the incident electric field. In the first case, we consider the incident electric field parallel to the axis of the torus and in the second case, we consider it perpendicular to the axis of the torus. By solving the Laplace equation and using the appropriate boundary conditions in the toroidal coordinates, we calculate the electrical potential inside and outside the torus and the resonance frequency of the toroidal plasma. Furthermore, the electrical field inside the torus is calculated. Then, we plot the resonance frequency and the amplitude of the potential in different sta.

    Keywords: Scattering, Toroid plasma, Electromagnetic waves, Resonance Frequency
  • Reza Zaker * Pages 71-80
    In this article an efficient multifunctional method is presented to reduce mutual coupling and cross polarization, simultaneously in a 2-element H-plane array antenna in a compact format. In this approach, a pair of parasitic microstrip elements is placed near the radiating edges in two radiation patches, creating a new field coupling path opposite to the main coupling, leading to a significant increase in isolation. In addition, due to the structure and position of these parasitic strips, the near field resulting from cross currents on the patches is significantly neutralized, leading to the elimination of cross polarization and thus improving the polarization purity. Furthermore, this method can prevent the increase of the cross polarization due to the error of probe position on the patches up to 8 dB. In order to validate the proposed method, an optimal sample is fabricated and measured and the results are compared to those of simulations. The measurements show more than 32dB isolation, over 30dB impedance matching, and about 38dB (reduced by at least 10dB) cross polarization, which are in good agreement with the simulations. The advantages of this design are that the gain and radiation efficiency are not decreased and the reduction of the resonance frequency is about 150 MHz which can decrease the overall size of the array. Finally, a comparison with novel designs and the related discussions are presented.
    Keywords: Array antenna, Mutual Coupling, isolation, cross polarization
  • Ehsanollah Noori * Pages 81-86

    Microwave interferometry which is being used in various tokamaks in the world, is considered as one of the most reliable techniques for electron density measurement of tokamaks. The simplest type of homodyne microwave interferometers is the single channel or central-chord interferometer which measures the line integrated electron density along the longest chord of the plasma cross section of the tokamak. One of the restrictions of central-chord interferometers is that they cannot determine the spatial distribution of electron density. In this paper a semi-analytic approach based on phase difference analysis, is proposed for qualitative evaluation of electron distribution in tokamaks with central-chord interferometer. According to the suggested model, several density profiles are proposed to describe the electron distribution. It is found that in high frequency ranges the trapezoidal distribution can provide a better qualitative estimation of the spatial distribution of electron density in tokomaks. The proposed model can be used as a primary analysis of the spatial distribution of electron density along with complimentary techniques such as the microwave reflectometry and multi-channel interferometers.

    Keywords: Electron density, Microwave interferometer, Phase difference, Tokamak
  • Mojtaba Asadi *, Asaad Shemshadi Pages 87-97
    This article presents a new method for high voltage capacitor design that utilizes barium titanate which has a high permittivity specification value, instead of common insulators. The main purpose is to define a full electrical model which considers the effects of temperature and electric field values on tanδ and permittivity calculations. The main challenge is that the dielectric constant varies during the process and a hysteresis loop exists in which the dielectric constant and dissipation factors change with temperature variations; a detailed analysis of which is presented in this article. This investigation also leads to realizing the application of new ferroelectric insulators in modern high voltage capacitors.
    Keywords: high voltage capacitor, relative permittivity, dissipation factor, Ferroelectric, Barium Ttitanate, Finite Element
  • Hamed Saghaei * Pages 99-106

    A digital comparator is a logic circuit used to compare two binary numbers. So far, various designs have been proposed using logic gates, which are mainly based on electrical signals and lack the desired high speed. This paper presents a new design of an ultra-fast all-optical single-bit comparator based on photonic crystal ring resonators consisting of highly nonlinear glass. The structure of this comparator consists of two inputs, four ring resonators with a number of waveguides for comparison and three outputs for displaying the result, all created in a photon crystal bed. Using the plane wave expansion method, its band structure is calculated and the results show that the fundamental photonic crystal has a photonic band gap in the polarized TM mode in S, C and L bands that is a suitable tool for telecommunication applications. To solve the Maxwell's equations, the  finite-difference time-domain method is used, which aims to investigate the light propagation inside the final structure. The results of numerical studies show that the designed structure has a very short response time of 3 ps, making it faster than all the comparators designed so far, including electronic, electro-optical and all-optical comparators. Also, its relatively small area of 826 μm2 makes it applicable in the design of photonic integrated circuits.

    Keywords: All-optical comparator, photonic crystal, nonlinear ring resonator, optical Kerr effect, plane wave expansion method, Finite-Difference Time-Domain Method