منابع تولید امواج با فرکانس موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

[f.abhari]

با سلام
می خواستم بدانم منابع تولید فرکانس بالا چیه؟
آیا اطلاعاتی در مورد استفاده از آن ها در صنایع مختلف مثلا به عنوان وسیله زینتر و پخت دارید؟
اگر کسی اطلاعاتی داره و می توانه کمکم کنه ممنون می شم.

[mosizaza]

پاسخ : فرکانس بالا؟؟

سلام
اگه منظورت تولید امواج فرکانس بالا ( ماکروویو ) یا میلیمتریک هستش؟
چند تا روش برای تولید این فرکانسهای بالا هست
یکی از روش هاش استفاده از اسیلاتورهای با فرکانس بالا یا همون سینتی سایزر هاPLL frequency synthesizer یا DDS) .
روش دیگه هم برای تولید این نوع امواج وجود داره ، اونم استفاده از گان دیودهاست (یه نوع از ادوات ماکروویو هست)

[Mr.designer]

پاسخ : فرکانس بالا؟؟

بزارید ما هم یه سوال بپرسیم..

اگر بخواهیم از طریق یک Wave Guide یک لامپ رو روشن کنیم و فرض کنیم که مثلا به فرکانس قطع 1 گیگاهرتز هم رسیدیم ، برای ایجاد این فرکانس و روشن کردن این لامپ چه ادواتی لازمه ؟ منظورم اینه که با چه وسیله ای میتونیم اولا فرکانسهای بالا داشته باشیم برای اینکار و دوم هم اینکه ایا توان این وسیله مهم هست برای روشن کردن لامپ ؟

ایا همین سینتی سایزر هست ؟

[mosizaza]

آزمیشگاه ماکروویو


یک موجبر یا به قول شما یه WaveGuide رو داریم حالا می خواهیم امواجی رو با فرکانس مثلا بالای 10GHZ یا بیشتر رو با استفاده یه پروپ به داخل این موجبر وارد کنیم ، ما تو خود آزمایشه اول که می خواستیم این موج مثلا با مد TE01 رو بسازیم یه دستگاه که یه ولتاژ Dc رو بهش میدی حالا این دستگاه که اسمش رو هم نمیدونیم رو به همون گان دیود وصل می کنی بعد اون فرکانس امواجی که می خوای تو موجبرت بفرستی و انتقالش بدی رو با اون دستگاه تنظیم می کنی ، بعدش یادمه می گفت وقتی این دستگاه روشن می کنی باید سعی کنی که به طور مستقیم گان دیود رو به سمت بدنت نگیری (به خاطر اثرات زیا بارش)
حالا با توجه به اون فرکانس قطع ، هر مد دلخواهی از امواج (TE01 یا TM11 یا مدهای مرتبه بالاتر) با فرکانس بالاتر می سازی(اون دستگاه+گان دیود) وارد موجبرت می کنی حالا با این کار هر چیز دیگه ای رو انجام مثلا به قول شما لامپ رو روشن و خاموش کنید

[Mr.designer]

پاسخ : فرکانس بالا؟؟

ممنون ، پس ما منتظرم که ببینیم چیکار میکنید :nerd:

راستی اگر وقت کردی یه تاپیک در مورد رادارهای ارایه فازی بزن که روش بحث بشه :redface:

فعلا خدانگهدار

[mosizaza]

ماکروویو

سلام می خوام توضیحاتمو در مورد پست اولیه ام کامل کنم :
ببین کلا چند تا ادوات در بحث تولید و ارسال و اندازه گیری امواج ماکروویو (فرکانس بالا) و اول باند موج میلیمتری وجود داره

1 . Gunn Diode Oscillator Power Supply

Gunn Diode Oscillator . 2

Power Supply . 3

Power Meter . 4

Thermistor Mount . 5

Variable Attenuator . 6

Mesfet . 6

انواع دیود های کابردی در فرکانس بالا مثل PIN ، T Diode و Mesfet

تو پست اولی که توضیح دادم اسم اون دستگاه همون Gunn Oscillator Power Supply که به عنوان منبع تغذیه اسیلاتور Gunn عمل می کنه و Gunn Diode Oscillator که سیگنال DC که با یه کابل بهش متصل میشه رو به امواج با فرکانس های بالا یا همون ماکروویو تبدیل می کنه .
حالا اگه وقت کنم ادوات بیشتری رو هم توضیح می دم .
ابتدا می خوام از موجبر ها یا همون Waveguide ها شروع کنم .

یه تعریف کلی از موجبر ها رو بهتون ارائه می دم و نحوه ی انتشار یا ارسال امواج با مدهای مختلف از داخل موجبرها رو هم توضیح بدم .

موجبر : یه ساختار میکانیکی(ساخته شده از چند فلز) که به منظور انتشار سیگنال یا امواج ماکروویو بین دو نقطه با حداقل تلفات استفاده می شه . معمول ترین موجبری که استفاده میشه ، فکر کنم موجبرهای مستطیلی باشه (Rectangular Wavegiude ) که می تونه بر اساس ابعاد داخلی و بیرونیش ، انواع مختلفی داشته باشه .

مثلا اون موجبرهای تو آزمایشگاه به کار می بریم تا اون جایی که یادمه ابعاد داخلیش 10mm در 23mm بودش و ابعاد بیرونیش 13mm در 25mm و بر اساس استاندارد EIA به نام WR-90 و تو سیستم های انگلیسی بهش wG-16 می گن .
هر نوع موجبری برای انتشار موج در یه باند فرکانسی خاص و مشخصی که بسته به نوع طراحی اون موجبر داره ، کار می کنه .
مثلا با این ابعادی که عرض کردم ، پهنای باند فرکانس امواج قابل انتشار توسط این موجبر از 8GHZ تا 12.5GHZ هستش .

یکه مسئله ای که باید در مورد موجبرها در نظر بگیریم و یه تمایزی با خطوط انتقال معمولی داره ، اینه که این موجبر ها از یه فرکانس قطع خاصی به بالا کار می کنند یعنی تنها در صورتی می تونن امواج از داخل خودشان عبور بدن که فرکانس اون امواج از فرکانس قطع اون موجبر بالاتر باشه در غیر این صورت اون موجبر به عنوان یه فیلتر بالاگذر عمل می کنه که حتی از این ویژگی در طراحی فیلتر و مدارات فعال ماکروویو هم استفاده می کنن .
و اینکه در خطوط انتقال معمولی ، امواج به صورت مد TEM منتشر می شن (یکی از خطوط انتقال معروف همون کابل های کواکسیال (Coax Cable) است که دارای دو رسانا که توسط یه شیلد نسبت به هم ایزوله شدن) و در موجبرها ، امواج به صورت TM ، TE منتشر می شن (تک رسانا) یعنی ارسال انواج به صورت TEM در موجبر ها امکان پذیر نیست .

[mosizaza]

منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

سلام مواردی در بالا گفتم برای فرکانس های زیر 100GHz یا همون منابع تولید امواج در فرکانس های مایکرویوو هست اما اگه بخوام در مورد فرکانس های بالاتر از فرکانس های 100GHz صحبت کنم باند تراهرتز شروع میشه .... در واقع یکی از محدودیت های این باند و ادواتی که در این ساخته میشه و بکار می ره شدیدا به آب و مخصوصا بخار آب حساسه و افت می کنه به خاطر همین از این باند هنوز نتوستن ازش برای کاربردهای مخابره ای استفاده کنن و بیشترین کاربردشون در عکس بردارهای های فضائی و هواشناسی و طیف سنجی (Spectroscopy) می باشد شکل زیر باند افت باند تراهرتز به هنگام قرار گرفتن در محیط با بخار آب رو نشون می ده که می بیند که امواج تراهرتز در این محیط کاملا محو می شن :

باند تراهرتز در شکل زیر به همراه باند شروع نشون داده .... در واقع باند تراهرتز از چند زیر باند ساخته شده از جمله موج میلیمتری (از30 تا 300GHz ) ، زیرموج میلیمتری (از 300GHz تا 3THz) و فرکانس فرابنفش (از 860GHz تا 1.5THz و از 7.5THz تا 12THz)

برای تولید امواج با فرکانس های بالای 100GHzتا 10THz از تکنیک های الکترونیک-نوری (Optoelectronic) استفاده میشه که در حالت کلی به دو روش CW (موج پیوسته) و پالسی (Pulse Terahertz Source) تقسیم میشه که هر کدوم از این حالت روش های خاص خودش رو برای تولید اموج تراهرتز ارائه دادن

برای تولید امواج تراهرتز به روش موج پیوسته (CW) تا الان 7 روش ارائه شده که عبارتند از :

1.electron beam sources
2.optically pumped
far-infrared gas lasers
3.solid-state sources
4.frequency multipliers
5.terahertz semiconductor lasers
6.terahertz parametric
sources
7........................

منبع :


پروفسور صفی الدین صفوی نائینی و دانشجویان دکترای ایشون داریوش سعیدکیا و محمد نشات در کانادا و دانشگاه تهران

[Mr.designer]

پاسخ : منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

سلام

وقتی اومدم سوالاتم رو دیدم کلی خندیدم...همین سوالات بود که مارو به حوزه مخابرات امواج وارد کرد...

متاسفانه ما در دانشگاهمون آزمایشگاه ماکروویو نداریم که بتونیم با موجبر و... کار کنیم ، ولی دیدیم دست مردم :cry2:

به نظر من العان بیشتر روی باندهای X-Ka-Ku و MMW کار می کنن تا تراهرتز ، حتی خود این باندها هم در فرکانسهای خاصی میشه ازشون استفاده کرد طوری که میزان افت سیگنال در محیط کم بشه.

به نظرم این مبحث تراهرتز به درد 50 سال دیگه ایران هم نمیخوره (اشاره به مستند میراث البرتا !) ، العان گیر ما چیزهای دیگه هست..

[mosizaza]

منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

وقتی اومدم سوالاتم رو دیدم کلی خندیدم...همین سوالات بود که مارو به حوزه مخابرات امواج وارد کرد...

:biggrin:

متاسفانه ما در دانشگاهمون آزمایشگاه ماکروویو نداریم که بتونیم با موجبر و... کار کنیم ، ولی دیدیم دست مردم

خوب من تو دوره ی کارشناسی به آزمایشگاه مایکرویوو و آنتن دسترسی داشتم.

به نظر من الان بیشتر روی باندهای X-Ka-Ku و MMW کار می کنن تا تراهرتز ، حتی خود این باندها هم در فرکانسهای خاصی میشه ازشون استفاده کرد طوری که میزان افت سیگنال در محیط کم بشه.

خوب این یه واقیعت هست که نمیشه از این برای کاربردهای مخابراتی استفاده کرد البته یه پروژه هست به اسم ALMA که با همکاری چند تا کشور دارن انجام می دن که داران از تکنولوژی تراهرتز در عکس برداری های فضایی استفاده می کنن

حالا یه عکس دیگه می زازم که یه قسمت دیگه از این تلسکوپ هست و لذتشو رو ببر


عکس زیر نگاه کن تلکسوپ های پروژه ه ALMA هست که از میکسرهای SIS برای ساخت این تلسکوپ ها استفاده کردن

در کل با این حال که باند تراهرتز به دلیل بالا بودن هزینه ی ساخت دستگاه (از قبیل Detector و Mixer ها) و همچنین محدودیت های موجود در این باند

ولی در آینده ی نزدیک دستگاه های ساخته شده در این باند جایگزین دستگاه های موجود در باندهای X-Ray و T-Ray خواهد شد(دلیل اثرات مخربی که بر روی بافت های بدن (از جمله سرطان پوست))

حالا در مورد این نظرت

به نظرم این مبحث تراهرتز به درد 50 سال دیگه ایران هم نمیخوره (اشاره به مستند میراث البرتا !) ، العان گیر ما چیزهای دیگه هست..

شاید هم بشتر از 50 سال ، مطمئنا کسایی که روی این موضوع کار می کنن فردا نباید انتظار داشته باشن که توی کارشون می تونن ازش استفاده کنن ولی خوب همین که مباحث و مبانیش بین دانشجوها باشه مطمئنا خیلی میشه روی این موضوع کارهای تحقیقاتی کرد و یه جوریایی همونجوری هم پروفسور E.R.Brown توی مصاجبه هاش میگه ، این موضوع حالا حالاها باید روش تحقیق و تفحص بشه .... خیلی جای کار داره ...

[Mr.designer]

پاسخ : منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

خوب من تو دوره ی کارشناسی به آزمایشگاه مایکرویوو و آنتن دسترسی داشتم.

اینطوری که من خبر دارم فقط دانشجوهای دانشگاه های سراسری خوب دسترسی به این آزمایشگاه ها دارن که باعث تاسفه !! آخه این خیلی بده که یه دانشجو از نزدیک یه موجبر ندیده باشه و به خیال خودش موقع فارغ التحصیلی اسم خودش رو بگذاره مهندس مخابرات !! البته خیلی از اینایی که گفتن علاقه چندانی ندارن به این موضوع !

عکس زیر نگاه کن تلکسوپ های پروژه ه ALMA هست که از میکسرهای SIS برای ساخت این تلسکوپ ها استفاده کردن

ممنون ، عکسهای جالبی بود...میشه راجع به سیستم کاری اینها مقداری توضیح بدی ؟ منظورم رادیو تلسکوپهاست...

[SUNMOON]

پاسخ : منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

جناب رهنما
ممنون از اطلاعاتی که دادید.
در مورد المان های اکتیو توی این باند هم یه توضیحاتی میفرمایید.
مثلا ترانزیستوری توی این فرکانس داریم که باهاش تقویت کننده بشه ساخت؟
اصلا تکنیک تقویت کنندگی توی این باند چطوریه؟

در یه یه جایی می خوندم که بخش گیرنده و تقویت کننده رادیو تلسکوپ ها باید در دمایی نزدیک صفر مطلق باشه (-273 درجه).این به خاطر نویز هست یا دلیل دیگه ای داره؟

[mosizaza]

منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز

اینطوری که من خبر دارم فقط دانشجوهای دانشگاه های سراسری خوب دسترسی به این آزمایشگاه ها دارن که باعث تاسفه !! آخه این خیلی بده که یه دانشجو از نزدیک یه موجبر ندیده باشه و به خیال خودش موقع فارغ التحصیلی اسم خودش رو بگذاره مهندس مخابرات !! البته خیلی از اینایی که گفتن علاقه چندانی ندارن به این موضوع !

سلام آقا محمد

99 درصد باهاتون موافق هستم ، متاسفانه هیچ بهایی به بچه های آزاد نمی دن هنگام تحصیلشون ، یا وقتی می گی دانشگاه آزاد درس می خونی ، پبش خودشون می گن که بابا اینا که دانشگاه آزادی هستن

البته این رو متذکر بشم که خیلی از دانشگاه های سراسری هم هستن که رنگ این جور آزمایشگاه ها رو هم ندیدن ...

فکر کنم ما توی ایران فقط 3 یا 4 آزمایش تست آنتن (برای کارهای تحقیقاتی و آکادمیک داریم) ... 1.مرکز تحقیقات مخابرات ایران 2.دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی 3. دانشکده برق دانشگاه تهران و البته دانشگاه علم و صنعت هم توی مایکرویوو مجهزه ..... (بقیه شو نمی دونم که دانشگاه های شهرستان داشته باشه یا نه)

ولی گذشته از این حرفا ، اگه بری تو چند تا شرکت های خصوصی و نیمه خصوصی (منظورم شرکت های RF کار و FPGA کار) داخل خود تهران (کاری به مرکز تحقیقات،صا ایران،صا شیراز و هوا فضا ندارم) بین کارکناش بگردی ، بچه های دانشگاه آزاد بازده ای کارای عملیشون خیلی بالاست حالا چه مهندسی معکوس چه طراحی 0 تا 100 .... (رادار Airbone مهندسی معکوس می کنن این کار خیلی ارزشمنده)

بگذریم از این حرفا ... این مشکل به دست من و شما حل نمیشه ...

در یه یه جایی می خوندم که بخش گیرنده و تقویت کننده رادیو تلسکوپ ها باید در دمایی نزدیک صفر مطلق باشه (-273 درجه).این به خاطر نویز هست یا دلیل دیگه ای داره؟

شاید در دماهای پائین تر ..بله نویز شدیدا رو عملکرد این سیتم ها تاثیر میزاره... ببین مسئله اینجاست هر چه فرکانس می ره بالا اصول و قواعد خیلی پیچیده تر از اون چیزی که ما فکر می کنیم میشه

مخصوصا فرکانس های بالای 300GHz ، شدیدا dispersion و پایداری توی این فرکانس ها مطرح میشه که با تغییر 1um تو ابعاد یه المان امکان داره سیستم کاملا از پایداری خارج بشه و دیگه نشه اون به پایداری رسوند
در حال حاضر توی پروژه ی ALMA روی بهبود عملکرد میکسر های SIS در دریافت به عوان THz Detector استفاده می کنن ...

ولی متاسفانه محدویت های که داخل جو زمین هست (افت شدید این امواج به دلیل تلفات بخار آب در نزدیک ترین لایه ها به سطح زمین) هنوز نتوستن به قابلیت های فرستندگی در ابن باند برسن ،

جوری دارن از این میکسرهای توی گیرنده های رادیو تلسکوپ های فضایی برای سیستم هیتروداین که بتونن فرکانس بالا 500GHz رو به فرکانس باند X و Down Convert کنن و بتونن روی اطلاعات دریافت کنن و پردازش کنن

عکس های زیر از آنتن های پارابولیک پروژه ی ALMA هست :

این موضوع حالا حالا خیلی جای کار داره برای سال های آینده ، اگه برید به پروژه هایی که دانشجو های پروفسور صفایی نائینی

(دانشجو های دکتر شاه آبادی در دانشگاه تهران و دانشجو های دکتر عبدی پور در دانشگاه پلی تکنیک) که دارن رو سیستم های پسیو و اکتیو در موج میلیمتری و باند تراهرتز کار می کنن ...

در مورد المان های اکتیو توی این باند هم یه توضیحاتی میفرمایید.

طراحی آشکارساز Hot Electron Bolometer) HEB ) روی این باند کار شده و حتی به صورت آزمایشگاهی هم تو دانشگاه های کانادا ساخته شده

عکس بردای با کمک میکسر HEB

که توی این عکس می بینید که با عکس برداری اشیای فلزی زیر لباس تو باند تراهزتز کاملا و نه به طور شفاف و اضح مشخص هست ... (دیگه از X-Ray استفاده نمی کنن به خاطرات ضرراتش)

یا در آشکارسازهای تراهرتز مثل Goly Cell و میکسرهای SIS و ....

آقای SUNMOON

مثلا ترانزیستوری توی این فرکانس داریم که باهاش تقویت کننده بشه ساخت؟

در مورد تقویت کنندگی مخصوصا در آشکارساز های دیود شاتکی به شکل زیر نگاه کنید نوعی پیش تقویت کننده برای مچنیک این آشکار ساز استفاده میشه

و آشکار ساز ساخته شده در شکل زیر

Schottky Diode Detector

در فرکانس 280GHz

و این ها فقط کاربردهای عکس بردای و طیف سنجی و غیر مخابره ای باند تراهرتز هست ...

آقا محمد

ممنون ، عکسهای جالبی بود...میشه راجع به سیستم کاری اینها مقداری توضیح بدی ؟ منظورم رادیو تلسکوپهاست...

لینک زیر رو نگاه کنید

http://atc.mtk.nao.ac.jp/E/Projects/...SIS_Mixer.html

http://www.eso.org/public/

آقای SUNMOON

اصلا تکنیک تقویت کنندگی توی این باند چطوریه؟

سر فرصت یه تاپیک ایجاد می کنم و در موردش صحبت می کنم.

[mosizaza]

پاسخ : منابع تولید امواج با فرکانس های موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

به دلیل آزاد شدن باند زیر موج میلیمتری از 110GHz الی 300GHz و وارد شدن به استاندارد ISM ، مقالات زیادی در طراحی ادوات یکپارچه شده در این باند در حال انجام و ارائه هست.

[ebismps]

پاسخ : منابع تولید امواج با فرکانس موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

سلام
از تقویت کننده هایی که کاربرد زیادی در مایکروویو و رادار داره مگنیترون و کلایسترون هست. توان خروجی کلایسترون تا 1مگاوات هم میرسه.
مگنیترون داخل مایکروفر فرکانس 2450 مگاهرتز داره و توانش هم تا 1500 وات میرسه.هنوز تکنولوژی نیمه هادی ها تا این حد نرسیده و اینها لامپی هستند.
فقط RFMOSFET هایی تا فرکانس 27 گیگاهرتز و توان پایین ساخته شده.(اگر اطلاع جدید دارن قرار بدین)

[mosizaza]

منابع تولید امواج با فرکانس موج میلیمتری و تراهرتز (Terahertz Source)

تو پست های قبلی روش های مختلفی برای تولید تشعشع تراهرتز کلیاتی رو خدمتتون عرض کردم.

در چند سال اخیر علاوه بر اون 6 روش ، دو روش دیگه هم برای تولید امواج تراهرتز به صورت موج پیوسته (CW) ارائه و پیاده سازی شده که عبارتند از :

7 - Photo-mixing

8 - Quantum Cascade Laser