دانشگاه کاشان

دانشکده فیزیک

گروه لیزر و فوتونیک

پایان­نامه

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

در رشته فیزیک اتمی و مولکولی

عنوان پایان نامه:

یک ساختار جدید برای موجبرهای استوانه ای فلزی

متشکل از یک میله دی الکتریک دو لپه ای در محور آن برای

تولید امواج آهسته

 

چکیده

 

در این رساله ابتدا مروری بر نظریه ی انتشار امواج الکترومغناطیسی در موجبر های الکترومغناطیسی و کاربردهای آن   خواهیم داشت و پیرو آن مفاهیمی همچون تفکیک مد ها و یا جفت شدگی مد ها مورد تجزیه و تحلیلی قرار خواهند گرفت. سپس به وجود امواج آهسته در برخی از پیکربندی ها خواهیم پرداخت و آنها را در چند موجبر  با سطح مقاطع مستطیلی و دایروی  بررسی خواهیم نمود. در ادامه آنالیز ریاضی حاکم بر سیستمهایی   با تقارن  استوانه ای متشکل از دی الکتریک های دولپه ای مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرند. الگوی ریاضی مطروحه را در موجبراستوانه ای  فلزی با حضور یک میله ی دی الکتریک دولپه ای بکار خواهیم برد و معادلات پاشندگی امواج را در این پیکربندیِ جدید مورد بررسی قرار میدهیم. عوامل موثر در الگوهای پاشندگی همچون گذردهی الکتریکی ، شعاع ناحیه ی دی الکتریک ، و شعاع فلز مورد بررسی قرار خواهند گرفت.در نهایت اثبات خواهیم نمود این پیکربندی جدید میتواند در تولید امواج آهسته تر نسبت به  وضعیت های مشابه ، بهتر عمل نماید.

 

 

Abstract

 

 

In this thesis   an overview of the electromagnetic theory of propagation of electromagnetic waves in waveguides and its applications will be presented and follow  the concepts such as separation or coupling modes will be analyzed.The presence of slow waves in some configurations will be discussed and it will be  investigated them in some waveguides with rectangular and circular cross sections.Follow it, the mathematical analysis of the  systems with cylindrical symmetry consisting of long rod dicot-dielectric  are analyzed. We will apply the mathematical model proposed in a cylindrical metallic waveguide long rod dicot-dielectric  and dispersion equations for waves will be investigated in the new configuration.The effective factors  on dispersion patterns such as  electrical permittivity, dielectric region radius, and the radius of the metal will be reviewed. Finally, we will prove that the new configuration can produce the slower waves  in compare with similar  cases .

 

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                             صفحه

۱فصل اول ۱

۱-۱مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………….۱

۱-۲ معادلات حاکمه موج………………………………………………………………………………………………………………..۳

۱-۳ موجبر مستطیلی با محیط خلاء………………………………………………………………………………………………۳

۱-۴ میدان الکتریکی عرضی در موجبر مستطیلی و بررسی امواج آهسته………………………………………..۷

۱-۵ میدان مغناطیسی عرضی در موجبر مستطیلی…………………………………………………………………………۱۱

۱-۶ موجبرهای قطعه ی دی الکتریک………………………………………………………………………………………………۱۳

۱-۷ سیتم مختصات استوانه ای………………………………………………………………………………………………………..۱۶

۱-۸ مدهای میدان الکتریکی عرضی در مختصات استوانه ای……………………………………………………….۲۰

۱-۹ استوانه ی دی الکتریک………………………………………………………………………………………………………………۲۲

۱-۹-۱ مدهای HEM برای  ………………………………………………………………………………………………….۲۳

۱-۹-۲ مدهای HEM برای  …………………………………………………………………………………………………۲۴

    ۲ فصل دوم…………………………………………………………………………………………………..۲۶

۲-۱ بررسی مبانی کوپل شدگی……………………………………………………………………………………………………………۲۶

۲-۲ مثالی از جفت شدگی……………………………………………………………………………………………………………………۲۹

۲-۳ موجبر دی الکتریک با سطح مقطع برش داده شده…………………………………………………………………….۳۰

۲-۴ آنالیز موجبر دایروی برش داده شده……………………………………………………………………………………………..۳۱

  ۳ فصل سوم……………………………………………………………………………………………..۳۹

۳-۱ موجبر استوانه ای فلزی متشکل از میله ی دی الکتریک دو لپه ای …………………………………………۳۹

۳-۲آنالیز موجبر استوانه ای فلزی متشکل از میله ی دی الکتریک دو لپه ای………………………………………۴۰

۳-۳ بدست آوردن رابطه ی پاشندگی…………………………………………………………………………………………………….۴۷

    ۴ فصل چهارم…………………………………………………………………………………………….۵۰

نتایج بدست آمده و مقایسه ی نمودراها………………………………………………………………………………………………۵۰

       مرور و نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………..۵۶

توسعه ی کار…………………………………………………………………………………………………………………………………………..۵۷

پیوست…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..۵۸

منابع و مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………۶۰

 

 

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                             صفحه

شکل(۱-۱) ساختارهای مختلف موجبرها…………………………………………………………………………………………….۱

شکل(۲-۱) سیستم مختصات مستطیلی و بردارهای یکه ی آن………………………………………………………….۳

شکل(۳-۱) موجبر مستطیلی که در جهت محورz کشیده شده است………………………………………………….۷

شکل(۴-۱) مدل بازتاب مد  ……………………………………………………………………………………………………..۱۰

شکل(۵-۱) موجبر دی الکتریک مستطیلی………………………………………………………………………………………….۱۳

شکل(۶-۱) موجبر استوانه ای با سطح مقطع دایروی………………………………………………………………………….۱۶

شکل(۷-۱)  پیکربندی های میدان مدهای   و/یا   در یک موجبر دایروی……………………..۲۲

شکل(۸-۱) هندسه ی موجبر دی الکتریک دایروی…………………………………………………………………………….۲۳

شکل(۱-۲) موجبرهای دی الکتریک با سطح مقطع برش داده شده…………………………………………………..۳۱

شکل(۲-۲الف) گراف های پاشندگی در یک موجبر دی الکتریک استوانه ای برش خورده………………..۳۷

شکل(۲-۲ب) گراف های پاشندگی در یک موجبر دی الکتریک استوانه ای برش خورده………………….۳۸

شکل(۱-۳) موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دو لپه ای………………………………………………۳۹

شکل (۲-۳الف) شعاع های انحنای موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دولپه ای……………۴۱

شکل(۲-۳ب) زاویه ی بحرانی موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دولپه ای……………………۴۱

شکل(۱-۴) نمودار موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دو لپه ای که حجم دی الکتریک

بالاتر، بیشتر است…………………………………………………………………………………………………………………………………….۵۱

شکل(۲-۴)  نمودار موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک یکسان………………………………………..۵۲

شکل(۳-۴) نمودار موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دو لپه ای که حجم دی الکتریک

بالاتر، کمتر است………………………………………………………………………………………………………………………………………۵۳

شکل(۴-۴) نمودار موجبر استوانه ای فلزی با میله ی دی الکتریک دو لپه ای که شعاع آن افزایش یافته است………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….۵۴

شکل (۵-۴) مقایسه ی عددی نمودارها…………………………………………………………………………………………………..۵۵