16214

16214

بررسي و تحليل ساختارهاي موجبري پلاسمونيكي بر پايه گرافن و طراحي آنتن هاي تراهرتز مبتني بر آن

دكتري

مخابرات ميدان

آبان 1395

دكتر نادر كمجاني

برق

همراه با پيشرفت هاي جذاب و گسترده در حوزه فناوري نانو، مخابرات در باند فركانسي تراهرتز (0.1-10 THz) به دليل افزايش تقاضاي ارتباطات بي سيم با سرعت بالا (لينك هاي چند صد گيگابيت تا چند ترابيت در ثانيه) مورد توجه ويژه محققين قرار گرفته است. از طرف ديگر، گرافن، يك ساختار دوبعدي با ويژگي هاي الكتريكي، مكانيكي، گرمايي و نوري فوق العاده، به‌عنوان يك بستر مناسب براي تحقق ادوات تراهرتز شامل ترانزيستورهاي پرسرعت، متامتريال هاي الكترومغناطيسي، سلول هاي خورشيدي، ادوات موجبري پلاسمونيكي (مدولاتور، تضعيف كننده و ...)، و آنتن هاي پلاسمونيكي مطرح‌شده است. در بخش اول اين رساله، ابتدا چندين ساختار موجبري يك بعدي بر پايه گرافن شامل ساختار پلاسمونيكي محض، ساختار دورگه پلاسمونيكي، ساختار تركيبي گرافن- فلز پيشنهاد شده و به‌تفصيل مورد تحليل تئوري و عددي قرار گرفته و ويژگي هاي انتشاري آن‌ها مقايسه مي شود. مبتني بر نتايج بخش اول، طراحي ادوات موجبري و همين‌طور آنتن هاي ترا هرتز تسهيل مي شود. در بخش دوم، سه نوع ساختار آنتني تراهرتز با اهداف مختلف پيشنهاد شده است كه شامل نخست: آنتن شبه پچ تراهرتز با تغذيه موجبري بر پايه ساختار تركيبي گرافن- فلز با هدف رسيدن به تنظيم پذيري فركانسي نسبت به آنتن پچ فلزي، دوم: آنتن هاي ديپلي با تغذيه منبع فوتوكانداكتيوي بر پايه گرافن تك لايه، استك گرافني و گرافن چندلايه (مبتني بر ساختار پلاسمونيكي محض) با هدف رسيدن به كوچك¬سازي و تنظيم¬پذيري و راندمان تشعشي مناسب، سوم: آنتن رزوناتور دي¬الكتريكي كوپل شده به ديپل گرافني (مبتني بر ساختار دورگه پلاسمونيكي) با هدف رسيدن به سمت گرايي بالا با ابعاد سطحي كوچك مي‌باشد.

1395/10/12

1/1/1900 12:00:00 AM

Nanotechnology is increasingly providing a plethora of new tools to design an​d manufacture miniaturized devices. On the other hand, Terahertz Band (0.1–10 THz) communication, has envisioned as a key technology to satisfy the increasing demand for higher speed wireless communication. Graphene as a 2-D material with unique electrical, mechanical, an​d optical properties has already been studied in a multitude of applications such as ultrahigh-speed transistors, nanometric integrated circuits, metamaterials with extraordinary electromagnetic properties, plasmonic devices ( modulators, absorbers, etc), an​d reconfigurable plasmonic antennas. First part of this thesis presents analytical an​d numerical studies of guided-wave structures based on graphene including pure plasmonic structures, hybrid plasmonic structures, an​d hybrid graphene-metal structures. Based on the results, it is easy to choose an appropriate waveguide as the building block for the guided-wave an​d radiated-wave applications. In second part of this thesis, three kinds of terahertz antenna are proposed. First, waveguide-fed terahertz antennas based on hybrid graphene-metal structure with the goal of achieving to frequency tunability compared with metallic terahertz antennas. Second, dipole-like antennas using few-layer graphene fed by photoconductive sources are proposed to achieve a better trade-off between miniaturization an​d radiation efficiency than current monolayer graphene antennas. Third, THz dielectric resonator antenna coupled to graphene plasmonic dipole is introduced as an efficient way to enhance the gain of terahertz antennas without occupying a large area.