Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Madahali
محسن مداح علی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadreza Ataei
سیدمحمدرضا عطائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Analysis and Design of Magnetic Material Devices in Millimeter Wave Band
Ferrites are a series of magnetic crystals with permeability tensor controlled by applied magnetic field. The controllability and nonreciprocity of the ferrites in interaction with electromagnetic signals has led to widespread using in transmitters and receivers of telecommunications and military applications. The most important of these devices are circulators, phase shifters, isolators, filters and limiters. It is also used in telecommunication systems with a capacity of several milliwatts to several megawatts, which caused them to be used in a wide range of electromagnetic signals. Hence, the design of magnetic devices with small dimensional, low insertion loss and high return loss are very favorable at high frequencies. The need to increase bandwidth and sending lots of data in wireless communication systems is one of the most important factors in the emergence of higher frequencies and millimeter waves. These demands have led to the appearance of a family of hexaferrites and Ferromagnetic Nanowires. Also, the desire to send high power signals in communication systems has led to widespread use of high power magnetic devices in a millimeter wave bands. Accordingly, the design and simulation of magnetic devices with commercial software, whose scattering parameters are well matched to the measurement values, are important issues in their economic Manufacturing technology. Most magnetic devices act in the partial magnetization state. For example, due to the small geometric dimensions of the circulators in the millimeter wave bands, self-biased magnetic structures are desirable, which are permanent magnet. As a result, their permeability tensor modeling is a major challenge in their suitable design. In the design of high power magnetic devices, the nonlinear mechanisms, which increase the loss of devices, must be considered. In this thesis, by using a precision modeling of hexaferrite tensors as well as ferromagnetic nanowires, we design, analyze and simulation more accuracy some of the three port y-type waveguide circulators at high frequencies. Also, the mechanism of stimulation of spin wave and control of them, is investigated in a high power phase shifter, and the power of signal transmitted with this device is calculated. Ultimately, the scattering parameters of phase shifter will be simulated. Keywords Millimeter waves, Magnetic devices, Partial magnetized state of ferrites, Hexaferrites, Ferromagnetic Nanowires, High power ferrite devices, Permeability tensor modeling
فریت‌ها ، دسته‌ای از بلورهای مغناطیسی با تانسور تراوایی مغناطیسی می‌باشند که توسط میدان مغناطیسی اعمالی کنترل می‌شوند. خاصیت کنترل‌پذیری فریت‌ها و خاصیت ناهم‌پاسخی آنها در برهمکنش با سیگنال‌های الکترومغناطیسی، سبب استفاده وسیع آنها در فرستنده‌ها و گیرنده‌های مخابراتی و نظامی شده است. از مهمترین این افزاره‌ها می‌توان به چرخاننده‌ها، تغییردهنده‌های فاز، جداسازها، فیلترها و محدوده‌کننده‌ها اشاره نمود. همچنین استفاده در سیتم‌های مخابراتی با توان چند میلی‌وات تا چندین مگاوات، سبب استفاده گستره آنها در طیف‌ وسیعی از سیگنال‌های الکترومغناطیسی شده است. از این‌رو طراحی ساختارهای مغناطیسی با ابعاد کوچک، افت عبوری کم و افت بازگشتی زیاد ، در فرکانس‌های بالا بسیار مطلوب می‌باشد. نیاز به افزایش پهنای باند و ارسال حجم بیشتری از اطلاعات در سیستم‌های مخابرات بی‌سیم، از مهم‌ترین عوامل تمایل تکنولوژی به فرکانس‌های بالاتر و امواج میلیمتری می‌باشد. این خواسته‌ها سبب پیدایش خانواده‌ هگزافریت‌ها و ساختارهای مغناطیسی نانوسیمی شده است. همچنین ، تمایل به ارسال سیگنال‌های پرتوان ، در سیستم‌های مخابراتی ، سبب کاربرد گسترده افزاره‌های مغناطیسی پرتوان در باند امواج میلیمتری شده است. براین اساس ، طراحی و شبیه‌سازی افزاره‌های مغناطیسی با نرم‌افزارهای تجاری، که پارامترهای پراکندگی آنها ، با مقادیر اندازه‌گیری هم‌خوانی مناسبی داشته باشد ، از مسائل مهم در ساخت اقتصادی آنها می‌باشد. اکثر افزاره‌های مغناطیسی ، در حالت مغناطش جزیی ساختارهای مغناطیسی ، عمل می‌نمایند. به عنوان مثال ، به‌سبب ابعاد هندسی کوچک چرخاننده‌ها در باند امواج میلیمتری ، ساختارهای مغناطیسی خودبایاس مطلوب می‌باشند ، که در وضعیت مغناطش حالت دائمی خود قرار دارند. در نتیجه ، مدل‌سازی تانسور تراوایی مغناطیسی آنها ، گامی مهم و چالشی اساسی در طراحی مناسب آنها می‌باشد. در طراحی افزاره‌های مغناطیسی پرتوان ، باید سازوکار‌های اتلافی غیرخطی ، که سبب افزایش تلفات افزاره‌ها می‌شود ، در نظر گرفته شود. در این پایان‌نامه با استفاده از مدل‌سازی دقیق تانسور هگزافریت‌ها و همچنین ساختارهای مغناطیسی نانو سیمی، طراحی، تحلیل و شبیه‌سازی دقیق‌تر چند نمونه چرخاننده موجبری سه درگاهی در فرکانس‌های بالا انجام می‌شود. همچنین سازوکار تحریک امواج اسپینی و کنترل آنها ، در یک تغییردهنده فاز پرتوان بررسی می‌شود ، و توان سیگنال ارسالی با این افزاره محاسبه می‌شود. در نهایت پارامترهای پراکندگی تغییردهنده فاز پرتوان ، شبیه‌سازی خواهد شد. کلمات کلیدی : موج میلیمتری، افزاره های مغناطیسی، مغناطش جزیی فریت‌ها، هگزافریت‌ها، ساختارهای مغناطیسی نانوسیمی، افزاره‌های فریتی پرتوان، مدل‌سازی تانسور تراوایی مغناطیسی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی