طراحی تحلیلی و شبیه‌سازی یک موج‌بر مکعب مستطیلی چین خورده بر مبنای اصول نوسانگر موج- برگشتی برای بازه مخابراتی در گستره تراهرتز برای کار در ورد سپهر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه جامع امام حسین (ع)دانشکده علوم پایه، گروه فوتونیک

2 دانشگاه جامع امام حسین ع

چکیده

امواج تراهرتز که از بدو خلقت کیهان وجود داشته­اند، در چند دهه­ اخیر جایگاه مهم و نقش بارزی را در پیشرفت و ابداع فناوری­های نوین علمی و صنعتی به خود اختصاص داده­اند. در میان روش­های مختلف تولید این امواج الکترومغناطیسی، روش مبتنی بر ساختار نوسانگرهای موج برگشتی به­عنوان یک روش جمع و جور و کوک­پذیر پهن باند با شدت طیفی بالا در قیاس با روش­های دیگر دارای اهمیت است. در این پژوهش توجه خود را بر پردازش پارامتری و بهینه­سازی تحلیلی موازی روابط حاکم بر یک موج‌بر مکعب مستطیلی چین­خورده بر مبنای اصول نوسانگر موج-برگشتی برای تابش در ناحیه ارتباطات تراهرتزی معطوف ساختیم. در نهایت دو ساختار را بر اساس دستاوردهای نظری، شبیه­سازی نمودیم­. ساختار موازی بهینه­شده­ نهایی در بازه بسیط  THz53/0-158/0 با متوسط توان توزیعی  W12/1 تابش نمود که با توجه به شدت و طیف خروجی سامانه، کاندیدای مناسبی برای به­کارگیری در ارتباطات تراهرتزی ورد سپهری است.

کلیدواژه‌ها


[1]      S. L. Dexheimer, “Terahertz Spectroscopy: Principles and Applications,” CRC press, chapter 1, 2007.##
 
[2]       H. Elayan, O. Amin, R. M. Shubair, and M.-S. Alouini, “Terahertz Communication: The Opportunities of Wireless Technology Beyond 5G,” in Advanced Communication Technologies and Networking (CommNet), 2018 International Conference on, pp. 1–5, 2018.##
 
[3]       A. S. Cacciapuoti, K. Sankhe, M. Caleffi, and K. R. Chowdhury, “Beyond 5G: THz-Based Medium Access Protocol for Mobile Heterogeneous Networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 56, no. 6, pp. 110–115, 2018.##
 
[4]      S. M. Ahmadi, “Design and Simulation of a Waveguide Based on the Principles of the Backward-Wave Oscillator for THz Band,” M. Sc. Thesis, Imam Hussain Comprehensive University, Tehran, Tehran, I. R. Iran, 2019 (In Persian).##
 
[5]      A. S. Gilmour and Klystrons, “Traveling Wave Tubes, Magnetrons, Crossed-field Amplifiers, And Gyrotrons,” Artech House, 2011.##
 
[6]      X. Xu, et al., “A Watt-Class 1-THz Backward-Wave Oscillator Based on Sine Waveguide,” Phys. Plasmas, vol. 19, no. 1, p. 13113, 2012.##
 
[7]      G. A. O. Vela, “Terahertz Backward Wave Oscillator Circuits'''',” Ph.D. Dissertation, University of Utah, Utah, US, 2010.##
 
[8]      C. Paoloni, M. Mineo, and A. Di Carlo, “Vacuum Electron Tubes for THz Applications,” in General Assembly and Scientific Symposium, 2011 XXXth URSI, pp. 1–4, 2011.##
 
[9]      M. Mineo and C. Paoloni, “Comparison of THz Backward Wave Oscillators Based on Corrugated Waveguides,” Prog. Electromagn. Res., vol. 30, pp. 163–171, 2012.##
 
[10]   M. Mineo and C. Paoloni, “Backward Wave Mode Interaction Impedance at THz Frequencies for Corrugated Waveguide,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 54, no. 4, pp. 837–839, 2012.##
 
[11]   M. Mineo, A. Di Carlo, and C. Paoloni, “Analytical Design Method for Corrugated Rectangular Waveguide SWS THz Vacuum Tubes,” J. Electromagn. Waves Appl., vol. 24, no. 17–18, pp. 2479–2494, 2010.##
 
[12]   M. Mineo and C. Paoloni, “Corrugated Rectangular Waveguide Tunable BAckward Wave Oscillator For Terahertz Applications,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 57, no. 6, pp. 1481–1484, 2010.##
[13]   Z. Kai-Chun, et. al., “Grating Rectangular Waveguide for THz Backward Wave Oscillator,” J. Infrared Millim. Waves, vol. 36, no. 6, pp. 655–659, 2017.##
[14]   S.-F. Chang, J. E. Scharer, and J. H. Booske, “Wave Dispersion, Growth Rates, and Mode Converter Analysis for a Sheet Beam, Hybrid-Mode Cerenkov Amplifier,” IEEE Trans. plasma Sci., vol. 20, no. 3, pp. 293–304, 1992.##
[15]   J. Joe, J. Scharer, J. Booske, and B. McVey, “Wave Dispersion and Growth Analysis of Low-Voltage Grating Cerenkov Amplifiers,” Phys. Plasmas, vol. 1, no. 1, pp. 176–188, 1994.## 
[16]    L. Schächter, et. al., “Beam-Wave Interaction in Periodic And Quasi-Periodic Structures,” Springer Science & Business Media, 2011.##
[17]   M. Zhang, et al., “A Modified Slow-Wave Structure for Backward-Wave Oscillator Design in THz Band,” IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., vol. 4, no. 6, pp. 741–748, 2014.##
 
[18]   D. M. Slocum, T. M. Goyette, E. J. Slingerland, R. H. Giles, and W. E. Nixon, “Terahertz Atmospheric Attenuation and Continuum Effects,” in Terahertz Physics, Devices, and Systems VII: Advanced Applications in Industry and Defense, vol. 8716, p. 871607, 2013.##
[19]   D. M. Slocum, E. J. Slingerland, R. H. Giles, and T. M. Goyette, “Atmospheric Absorption of Terahertz Radiation and Water Vapor Continuum Effects,” J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf., vol. 127, pp. 49–63, 2013.##
[20]   W. Yu-Wen, D. Zhi-Wei, L. Han-Yu, Z. Xun, and L. Zhen-Fei, “Atmospheric Window Characteristic and Channel Capacity of THz Wave Propagation,” ACTA Phys. Sin., vol. 65, no. 13, 2016.##
[21]   R. A. Sadeghzadeh, et. al., “An Improved TEM-TE11 Mode-Treansducing Sectoral Antenna Using Dual Dielectric Window,” J. of App. Electromagnetics, vol. 4, no. 2, pp. 21-16, 2016 (In Persian)##