عنوان پایان‌نامه
طراحی مدل سازی و شبیه سازی نوعی کلید نوری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2151;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 55486
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مهر ۱۳۹۱
- دانشجو
- محمدعلی ملکوتیان
- استاد راهنما
- مرتضی فتحی پور
- چکیده
- کلیدهای نورهدایتی با بستر نیمه¬هادی می¬توانند شبیه به آنتن عمل کرده و تابش امواج الکترومغناطیسی در حوزه تراهرتز داشته باشند. وقتی سیگنال متغیر با زمانی از طریق منبع به آنتن نورهدایتی برسد، این افزاره سیگنال را جذب و سپس امواج را تشعشع خواهد کرد. ساختار این آنتن بسیار ساده است و شامل بستر گالیم آرسناید (GaAs) و دو اتصال فلزی می¬باشد. در اثر برخورد نور لیزر به شکاف بین دو پایانه اتصال کوتاه می¬گردد. پس از برخورد پالس لیزر به شکاف بین دو اتصال فلزی، پالس تولید شده در بستر به اتصالات منتقل شده و در فضا منتشر می¬گردد. در این پایان¬نامه قصد داریم آنتنی طراحی کنیم که بتواند در حوزه تراهرتز عمل کند. جهت شبیه¬سازی چنین افزاره¬ای از نرم¬افزار شبیه¬ساز افزاره برای استخراج پالس خروجی و نرم¬افزار شبیه¬ساز تحلیل معادلات ماکسول جهت تحلیل آنتن استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان می¬دهد که کلید طراحی شده دارای فرکانس میانی THz 27/1 می¬باشد، بیشینه جریان پالس تولید شده توسط این افزاره در ولتاژ کاری 1000 ولت حدود 160 میلی آمپر بدست آمده و زمان صعود و FWHM بترتیب 270 و 520 فمتوثانیه حاصل شده است. نتایج شبیه¬سازی با اعمال پالس لیزر 780 نانومتری و شدت تابشی MW/cm2 50 بدست آمده است. با افزودن پیوند p-n به ساختار کلید جریان خروجی بهبود می¬یابد. بمنظور راستی آزمایی طرح، نتایج حاصل از شبیه¬سازی با نتایج عملی مقایسه گردیده است، این مقایسه نشان می¬دهد که در تمامی پارامترهای مورد نظر (جریان بیشینه، عرض پالس و زمان خیز) تطبیق با اختلاف کمتر از 10% بدست آمده است. این روش طراحی، راهکاری برای انتخاب بستر مناسب آنتن در اختیار می¬گذارد. به علاوه تحلیل معادلات ماکسول نشان می-دهد که از بین الگوهای مختلف مورد استفاده، آنتن مثلثی شکل میکرواستریپ تکه¬ای با پنجره دایروی بهترین نتیجه را بدست می¬دهد (جهت¬مندی dBi 7/7) و در مقایسه با موارد دیگر لُب پشتی کاملا از لُب اصلی جدا شده و حجم کمتری نیز دارد. پارامتر S11 این آنتن در فرکانس THz 6 کمینه است. با این وجود هنوز لُب پشتی بیش از حد انتظار بزرگ می¬باشد.
- Abstract
- Photoconductive switches which employ semiconductor substrate can operate as an antenna, and radiate terahertz electromagnetic waves. When a time variant signal reaches the photoconductive antenna this device absorbs the signal and then radiates electromagnetic waves. The structure of this antenna is very simple and involves GaAs substrate and two metallic contacts. When the laser interacts with semiconductor between two contacts a short circuit results. Generated pulse in the substrate reaches the contacts and is emitted in to the space. In this thesis we intend to design an antenna which operates in THz regime. In order to simulate such a device we have employed a device simulator to extract output pulse and in order to analyze the antenna another simulator which gives analysis of Maxwell equations is employed. Results show that the photoconductive switch operates with a central frequency of 1.27 THz; maximum pulse current produced by this device at operating voltage of 1000 volts is 160 mA. Rise time and FWHM are 270 and 520 fs. The simulation results were obtained by employing a 780 nm pulse laser having intensity equal to 50 MW/cm2. When a p-n junction is included in the switch the current is enhanced. To verify the result we have compared the results obtained from simulation with those obtained from experiment. This comparison shows that whole the parameter of interest (maximum current, pulse width, rise time and settling time) comply with in 10% accuracy. This procedure provides a skim for choosing suitable substrate parameters. Furthermore, analysis of Maxwell equations shows among all patterns used for antennas the triangular microstrip patch antenna with a circular aperture can provide best result (7.7 dBi directivity). The back lobe is completely separated from main lobe and has smaller volume. S11 parameter in this antenna is minimum at 6 THz frequency. Nevertheless still back lobe is larger than expected.
