شکل (‏۵‑۵) خطوط میدان الکتریکی (الف) مد زوج (ب) مد فرد [۱].
با توجه به­مباحث خطوط انتقالی مایکروویو، موج­برهای هم­صفحه عموما برای نمایش امپدانس مشخصه استاندارد  به­منظور تطبیق مناسب با کابل هم­محور (زمین-سیگنال-زمین) طراحی می­شوند. در نتیجه بخش زیادی از انرژی ورودی از کابل هم­محور به­موج­بر هم­صفحه وارد می­ شود و بازتاب انرژی به­کمینه می­رسد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

قطر و طول نانولوله کربنی به­کاررفته به­ترتیب ۴/۱ نانومتر و ۵/۱ میکرومتر درنظرگرفته شده است. ضخامت عایق نیز ۱۱ میکرومتر است. برای به­ کارگیری نانولوله­های کربنی در ساختار پیشنهادشده باید بتوانیم نانولوله­های کربنی را در محیط CST تعریف کنیم. راه­های مختلفی برای معرفی یک ماده در محیط CST وجود دارد. ولی با توجه به­اطلاعات موجود در مورد نانولوله­های کربنی، مناسب­ترین روش برای معرفی نانولوله کربنی استفاده از مقاومت سطحی است.
نانولوله کربنی که در این شبیه­سازی مورد استفاده قرار گرفته است از نوع مبلی و با ضریب مشخصه (۱۰،۱۰) است.
مقاومت سطحی نانولوله کربنی را از معادله زیر محاسبه می­ کنند:
(۵-۱)
که در آن مقادیر حقیقی و موهومی رسانایی دینامیکی مربوط به  را با بهره گرفتن از شکل (‏۵‑۶) به­دست­آورده و با جاگذاری قسمت­ های حقیقی و موهومی رسانایی دینامیکی به­دست آمده در معادله (‏۵‑۱)، مقاومت سطحی را به­دست می­آوریم و با بهره گرفتن از روش تعریف ماده جدید توسط مقاومت سطحی در نرم­افزار CST، نانولوله کربنی را تعریف می­کنیم.

شکل (‏۵‑۶) قسمت حقیقی و موهومی رسانایی دینامیکی نانولوله کربنی از نوع مبلی  [۱۵].
سیگنال ورودی مطابق شکل (‏۵‑۸) (منحنی قرمز رنگ) گاوسی سینوسی است و بسامد زاویه­ای شبیه سازی ۷۰۰ گیگاهرتز گزینش شده است.
همان­طور که در بخش­های پیشین گفته شد هدف از به­ کارگیری این ساختار تطبیق امپدانسی در استفاده از نانولوله­های کربنی در دنیای مقیاس بزرگ است. با­توجه به­شکل (‏۵‑۷) تطبیق امپدانسی بسیار مناسبی را با بهره گرفتن از این ساختار خواهیم داشت. امپدانس درگاه ۳ که خروجی نانولوله کربنی است، در بسامد زاویه­ای ۷۰۰ گیگاهرتز برابر ۵۵ اهم است. در صورتی­که اگر از نانولوله کربنی در دنیای مقیاس بزرگ بدون این ساختار استفاده کنیم به­ دلیل امپدانس بسیار بالای حدود ۶ کیلواهم نانولوله کربنی و امپدانس ۵۰ اهم موج­بر، عدم تطبیق امپدانسی بالایی رخ خواهد داد که موجب بازتاب بخش زیادی از انرژی ورودی به­نانولوله کربنی می­ شود.

شکل (‏۵‑۷) تطبیق امپدانسی ایجادشده با بهره گرفتن از ساختار شبیه­سازی­شده. امپدانس درگاه خروجی نانولوله کربنیِ، ZRef 3(1)، به­کار­رفته در ساختار، در بسامد ۷۰۰ گیگاهرتز به ۵۵ اهم رسیده است. ZRef 2(1) بیان­گر امپدانس درگاه خروجی ساختار موج­بر هم­صفحه و ZRef 1(1) بیان­گر امپدانس خروجی کابل هم­محور است.
ساختاری که در این بخش شبیه­سازی شده تنها برای تطبیق امپدانس است و بایاس DC در ساختار اعمال نشده و موج ورودی AC است [۱]. ولی جالب است که به­خروجی این سامانه نیز توجه کنیم، با توجه به­شکل (‏۵‑۸) ابتدا سیگنال خروجی نانولوله کربنی  کم­تر از ورودی سامانه  است و پس از گذشت زمان سیگنال خروجی اندکی تقویت را نشان می­دهد. در شکل (‏۵‑۹) نمایش بهتری از این ناحیه تقویت را مشاهده می­کنیم.

شکل (‏۵‑۸) سیگنال گاوسی سینوسی، ورودی (قرمز رنگ)، خروجی (نارنجی رنگ).
با بزرگ­نمایی قسمتی از شکل (‏۵‑۸) که با کادر مستطیلی مشخص شده است، شکل (‏۵‑۹) به­دست آمده، که سیگنال خروجی  (نارنجی رنگ) دامنه بیشتری را نسبت به سیگنال ورودی  (قرمز رنگ) نشان می­دهد.

شکل (‏۵‑۹) نمایش تقویت سیگنالAC عبوری از درون ساختار شبیه­سازی­شده. با بزرگ­نمایی کردن بخشی از شکل (‏۵‑۸).

نتیجه ­گیری و پیشنهادها

نتیجه ­گیری­ها

در این پایان نامه به­بررسی شباهت­ها و تفاوت­های نانولوله­های کربنی^[۶۷] با تقویت­کننده لوله­ای موج رونده^[۶۸] پرداختیم و دریافتیم در شرایطی که سرعت موج DC و AC برابر نباشند، عامل فیزیکی تقویت در نانولوله­های کربنی متفاوت از عامل فیزیکی تقویت در تقویت­کننده­ های لوله­ای موج رونده است. این عامل فیزیکی به­ دلیل ساختار کریستالی و متناوب نانولوله­های کربنی منجربه­حالت بلاخ^[۶۹] درنانولوله­های کربنی می­ شود، که اگر نانولوله کربنی مورد اعمال بایاسDC قرارگیرد نوسان بلاخ را خواهیم داشت. با بهره گرفتن از معادله لاندور-بوتیکر^[۷۰] نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ^[۷۱] (۶،۰) با طول مشخص با بایاسDC را شبیه­سازی کردیم و نمودار V-I را برای آن به­دست آوردیم و دریافتیم اُفت جریان موجود در نمودار V-I به­ دلیل نوسان­های بلاخ است.
با بهره گرفتن از تئوری شبه­کلاسیک به­بررسی انتقال الکترون­ها در یک نانولوله کربنی تک­دیواره از نوع زیگزاگ با اعمال همزمان بایاس DC وAC پرداختیم. با بهره گرفتن از معادله انتقالی بولتزمن در ساختارِ زمان استراحت ثابت، یک عبارت تحلیلی برای چگالی جریان به­دست آمد، چگالی جریان نرمالیزه­شده را برحسب میدان DC نرمالیزه­شده اعمالی در طول نانولوله کربنی شبیه­سازی کردیم. ابتدا نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ (۱۲،۰) با در­نظر­گرفتن  شبیه­سازی کردیم. اُفت جریان به­وجودآمده از نوسان­های بلاخ را مشاهده نمودیم. با تکرار شبیه­سازی برای  و  دریافتیم برای  اُفت جریان وجود ندارد، در صورتی­که با  رسانایی تفاضلی منفی^[۷۲] خواهیم داشت وبا توجه به­این­که τ (زمان استراحت) یک مقدار ثابت است، پس بسامد زاویه­ای بلاخ به­کار رفته در شبیه­سازی­ها بسیار اهمیت دارد و با کاهش دادن آن، رسانایی تفاضلی منفی وجود نخواهد داشت. به­عبارت دیگر برای داشتن رسانایی تفاضلی منفی، میدان DC باید از میدان بحرانی بیشتر باشد. هم­چنین تاثیر ضریب مشخصه نانولوله کربنی از نوع زیگزاگ را نیز بر جریان عبوری از نانولوله کربنی بررسی کردیم و دریافتیم که با افزایش ضریب مشخصه افزایش دامنه جریان عبوری از نانولوله کربنی برحسب میدان DC نرمالیزه­شده اعمالی را خواهیم داشت.
با توجه به­عدم تطبیق امپدانس که در استفاده از نانولوله­های کربنی در دنیای مقیاس بزرگ وجود دارد، ساختار موج­بر هم­صفحه­ای باریک­شده^[۷۳] را شبیه­سازی کردیم و از کابل هم­محور^[۷۴] برای تغذیه آن استفاده نمودیم و با به­ کارگیری نانولوله کربنی در آن و شبیه­سازی انجام­شده مشاهده کردیم که عدم تطبیق امپدانس به­میزان قابل توجهی با بهره گرفتن از این ساختار کاهش یافت.

پیشنهادها

به­عنوان پیشنهادی برای کارهای آینده می­توان تاثیر طول و یا انحنای نانولوله­های کربنی را در جریان عبوری از نانولوله­های کربنی برحسب میدان DC اعمالی و همچنین وجود نوسان­های بلاخ را در چنین ساختارهایی بررسی نمود.
ساختار موج­بر هم­صفحه به­کار رفته برای تطبیق امپدانس صرفا با بایاسAC است و هدف از به­ کارگیری آن در این پایان نامه بررسی تطبیق امپدانس بوده است. اما می­توان به­عنوان پیشنهادی برای کارهای آینده، ساختاری مشابه را با بایاس همزمانAC و DC در نظر گرفت و به­بررسی تقویت سیگنال AC خروجی در آن پرداخت.

مرجع­ها

M. Dagher, N. Chamanara, D. Sounas, R. Martel, and C. Caloz, “Theoretical investigation of traveling- wave amplification in metallic carbon nanotubes biased by a dc field,” IEEE Trans. Nanotechnol. Vol. 11, pp. 463-471, 2012.
http://edu.nano.ir/index.php?actn=papers_view&id=161
B.G. Streetman and S. Banerjee, Solid state electronic devices, Prentice Hall, 2009.
C. Kittle, Introduction to solid state physics, Wiley, 1996.
E. Jodar, A.P. Garrido, and F. Rojas, “Bloch oscillations in carbon nanotubes,” J. Phys. Condens. Matter, Vol. 21, pp. 1-5, 2009.
https://www.cst.com/Applications/Article/Ku-Band+Traveling+Wave+Tube.
M. Shahinpoor and S. Hans-Jörg, , Royal Society of Chemistry, 2008.
S.S. Abukari, K.W. Adu, S.Y. Mensah, N.G. Mensah, K.A. Dompreh, A.K. Twum, and M. Rabiu, “Amplification of terahertz radiation in carbon nanotubes,” Eur. Phys. J. B, Vol. 86, pp. 1-5, 2013.
Z. Aksamija, Boltzmann transport equations for nanoscience applications, Report, Electrical and Computer Engineering Dept. University of Wisconsin-Madison, 2008.
L. Esaki and R. Tsu, “Superlattice and negative differential conductivity in semiconductors,” IBM J. Research and Development, Vol. 14, pp. 61–۶۵, ۱۹۷۰.
P.J. Burke, “Luttinger liquid theory as a model of the gigahertz electrical properties of carbon nanotubes,” IEEE Trans. NanoTechnol. Vol. 1, pp. 129-145, 2002.
Q. Liu, G. Luo, R. Qin, H. Li, X. Yan, C. Xu, L. Lai, J. Zhou, S. Hou, E. Wang, Z. Gao, and J. Lu, “Negative differential resistance in parallel single walled conductivity in carbon nanotubes,” Phys. Rev. Lett. Vol. 83, pp. 155442 (1-7), 2011.

1. 1. A.S. Maksimenko and G.Y. Slepyan, “Negative differential conductivity in carbon nanotubes,” Phys. Rev. Vol. 84, pp. 362-365, 2000.

http://wcalc.sourceforge.net/cgi-bin/coplanar.cgi.
G.W. Hanson, “Fundamental transmitting properties of carbon nanotube antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag. Vol. 53, pp. 3426-3435, 2005.
واژه­نامه فارسی به­انگلیسی