نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران (انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران)
سال:1398 | دوره:16 | شماره:4 |تعداد مقالات:15

در این مقاله، یک روش ساده برای گسسته سازی منابع پیوسته جریان صفحه ای ارائه می شود. ابتدا توزیع جریان منبع پیوسته جریان صفحه ای با استفاده از روش های تبدیل فوریه و تبدیل هنکل، تعیین می شود. سپس به منظور طراحی آرایه صفحه ای آنتنی، این توزیع جریان، گسسته سازی می شود. پرتو تشعشعی ناشی از آرایه حاصل از گسسته سازی منبع پیوسته جریان صفحه ای اندکی با پرتو تشعشعی ناشی از منبع پیوسته جریان صفحه ای متفاوت خواهد بود، بنابراین برای بهبود برخی از مشخصات پرتو تشعشعی این آرایه همچون تراز گلبرگ کناری و ریپل پرتو، می توان از روش حداقل مربعات تکراری استفاده نمود. اساس کار روش پیشنهادی این است که پرتو تشعشعی در یک فرآیند تکراری برای دست یابی به مقادیر مطلوب تراز گلبرگ کناری و ریپل پرتو، تنظیم می شود و سپس جریان عناصر آرایه با استفاده از روش حداقل مربعات تعیین می شوند. در حقیقت ابتدا در هر تکرار، به منظور تنظیم مناسب پرتو تشعشعی، مقادیر پرتو تشعشعی در نقاط ماکزیمم گلبرگ های کناری و در نقاط ماکزیمم و مینیمم گلبرگ اصلی، با مقادیر مطلوب، جایگزین می شوند. سپس با نمونه برداری از پرتو تشعشعی تنظیم شده، یک دستگاه معادلات خطی حاصل می شود که با حل این دستگاه معادلات خطی با استفاده از روش حداقل مربعات، جریان عناصر آرایه تعیین می شوند. روش پیشنهادی را می توان برای بهینه سازی هر آرایه با هندسه دلخواه به کار برد. به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی نیز، چند مثال مختلف شبیه سازی ارائه شده اند.

در این مقاله به معرفی روش جدیدی از چرخش پرتو آنتن در فرکانس ثابت می پردازیم که بدون استفاده از شیفت دهنده فاز قادر به چرخش پرتو آنتن می باشد. با استفاده از تغییر امپدانس سطحی آنتن فلزی موج نشتی در فرکانس ثابت، می توان نشان داد که قادر به چرخش پرتو بدون استفاده از شیفت دهنده های فازی می باشیم. آنتن موج نشتی مورد نظر در این مقاله آنتن موج نشتی فلزی دندانه ای است که امپدانس سطحی این آنتن با تغییر ارتفاع یا فاصله هوایی بین دندانه ها کنترل و در نتیجه پارامترهای اساسی آنتن موج نشتی به منظور چرخش پرتو در زاویه مورد نظر تغییر خواهند نمود. در این مقاله با شبیه سازی های صورت گرفته نشان می دهیم با تغییر ارتفاع دندانه های آنتن موج نشتی دندانه ای، به میزان یک و نیم میلیمتر در فرکانس GHz10 قادر به چرخش پرتو 25 درجه ای از 11 تا 36 درجه خواهیم بود.

در این مقاله، طراحی سیستماتیک و قدم به قدم ماتریس باتلر 4×4 در فرکانس کاری 45. 2 گیگاهرتز آورده شده است. با استفاده از روش های افزایش پهنای باند، در این مقاله ماتریس باتلر حاصل دارای پهنای باند بیشتری نسبت به طراحی های دیگر انجام گرفته در این باند فرکانسی است. مزیت های مهم طراحی ارائه شده، تک لایه بودن ساختار، ابعاد فشرده و سادگی روش کار همراه با کلی بودن طراحی است که می توان الگوریتم این کار را در فرکانس های دیگر نیز به کار گرفت. ماتریس باتلر مورد نظر بر روی زیرلایه FR4 در ابعاد 125×113×0. 5 mm طراحی شده است. به منظور افزایش پهنای باند، از عنصرهای بهبود یافته ی ریزنواری پسیو همانند کوپلر جهت دار شاخه ای 90 درجه، تقاطع و تغییردهنده ی فاز شیفمن استفاده شده است. در این طرح، ایزولاسیون 20-25 دسیبل در فرکانس مرکزی حاصل شده است و همچنین اختلاف فازهای ایجاد شده در خروجی منطبق با تئوری چرخش پرتو در سیستم های آرایه فازی است. پهنای باند حاصل شده از پاسخ فاز 10± درجه در فرکانس مرکزی بیش از 10% است. کاربرد این ماتریس باتلر در شبکه تغذیه آنتن های آرایه فازی به منظور ایجاد پرتوهای متعامد در جهات مورد نظر از فضا است. در این مقاله، طراحی سیستماتیک و قدم به قدم ماتریس باتلر 4×4 در فرکانس کاری 45/2 گیگاهرتز آورده شده است. با استفاده از روش های افزایش پهنای باند، در این مقاله ماتریس باتلر حاصل دارای پهنای باند بیشتری نسبت به طراحی های دیگر انجام گرفته در این باند فرکانسی است. مزیت های مهم طراحی ارائه شده، تک لایه بودن ساختار، ابعاد فشرده و سادگی روش کار همراه با کلی بودن طراحی است که می توان الگوریتم این کار را در فرکانس های دیگر نیز به کار گرفت. ماتریس باتلر مورد نظر بر روی زیرلایه FR4 در ابعاد 125×113×0. 5 mm طراحی شده است. به منظور افزایش پهنای باند، از عنصرهای بهبود یافته ی ریزنواری پسیو همانند کوپلر جهت دار شاخه ای 90 درجه، تقاطع و تغییردهنده ی فاز شیفمن استفاده شده است. در این طرح، ایزولاسیون 20-25 دسیبل در فرکانس مرکزی حاصل شده است و همچنین اختلاف فازهای ایجاد شده در خروجی منطبق با تئوری چرخش پرتو در سیستم های آرایه فازی است. پهنای باند حاصل شده از پاسخ فاز 10± درجه در فرکانس مرکزی بیش از 10% است. کاربرد این ماتریس باتلر در شبکه تغذیه آنتن های آرایه فازی به منظور ایجاد پرتوهای متعامد در جهات مورد نظر از فضا است.

در این مقاله، یک آنتن دوقطبی فوق پهن باند با ساختاری ساده، جدید و ارزان ارائه شده است. پهنای باند امپدانسی این آنتن با معیار (S11≤-10dB) در محدوده فرکانسی (1. 2_4. 55GHz) برابر 116% است. بخش اعظم باند فرکانسی L، تمام محدوده ی باند S و قسمتی از باند C توسط این آنتن با پلاریزاسیون خطی پوشش داده شده است که در آن مقدار حداقل و حداکثر گین به ترتیب 2. 48dBi و 7. 48dBi است. با وجود الگوی تشعشعی شبه ایزوتروپیک، گین بیش از 7dBi به خصوص در محدوده ی باند فرکانسی پرکاربرد 2. 4GHz، شرایط مطلوبی را برای این آنتن ایجاد کرده است. برای تغذیه آنتن از کابل هم محور 50 اهم استفاده شده و حذف جریان برگشتی و ایجاد تطبیق امپدانس با خط انتقال توسط بالن بازوکا انجام گرفته است. تحلیل توزیع جریان و میدان های الکتریکی و مغناطیسی بر روی المان دوقطبی ارائه شده است و در پارامترهای شبیه سازی و اندازه گیری شده S11، گین و الگوی تشعشعی تطابق قابل قبولی دیده می شود.

در این مقاله، یک آنتن چند ورودی/چند خروجی جهت استفاده در سامانه های LTE معرفی شده است. این آنتن از یک پچ مشترک، دو زمین و خط تغذیه جداگانه برای هر پورت تشکیل یافته که جهت کاهش کوپلینگ بین پورت ها، دو خط تغذیه به صورت عمود بر هم قرار داده شده اند. همچنین یک شکاف T شکل در آن جهت بهبود ایزولاسیون بین دو پورت تعبیه شده است. در این طراحی از دو المان تشعشعی L شکل که توسط دو سوراخ متالیزه شده به پچ وصل هستند، جهت تولید دو فرکانس رزونانسی استفاده شده است. ابعاد فیزیکی آنتن 5/37×38 میلی متر مربع بوده و آنتن بعد از بهینه سازی ساخت و تست شده است. در این آنتن هنگام تحریک پورت شماره یک، باند فرکانسی 96/2-69/1 گیگاهرتز را پوشش داده و در پورت شماره دو باند فرکانسی 67/2-92/1 گیگاهرتز را پوشش می دهد و طبق نتایج اندازه گیری شده از ایزولاسیون خوبی (کمتر از 10-دسی بل) بین دو پورت برخوردار بوده و دارای ضریب پایینی برای کوپلینگ بین دو پورت است. بنابراین این آنتن برای کاربردهای باند LTE مناسب است.

در مقاله پیش روی شما، پارامترهای مدل خط شکل دهی پالس بلوملین با استفاده از پدیده انعکاس موج ولتاژ در خطوط انتقال به طور دقیق محاسبه شده است. تاثیر اغتشاش پارامترهای مختلف این مدل از جمله شعاع هادی، طول خط، امپدانس بار و دی الکتریک خط، بر شکل پالس ولتاژ خروجی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس برای داشتن یک پالس تیز و صاف پارامترهای خط به صورت بهینه طراحی شده اند. از الگوریتم ژنتیک برای بهینه سازی طراحی کمک گرفته شده است. در نهایت برای تایید درستی پارامترهای مدل به دست آمده، پالس خروجی خط طراحی شده با پالس های ایده آل و نرمال در یک خط واقعی مقایسه شده اند. پالس های خروجی این سیستم دارای کاربردهای فراوانی در حوزه های صنعتی، زیست محیطی، پزشکی و نظامی هستند.

در این مقاله یک اسیلاتور متعامد CMOS LC تزویج چندگانه (MC-QO) به منظور تولید سیگنال های متعامد با نویز فاز کم و توان مصرفی پایین ارائه شده است. دراین کار، هسته ی اسیلاتور توسط شبکه تزویج فعال و پسیو در هر طبقه تزویج می شود. در شبکه تزویج فعال از تکنیک برش جریان دینامیکی فعال استفاده شده که خود به تنهایی موجب تولید شیفت فاز و در نتیجه اصلاح نویز و خطای فاز در سیگنال خروجی می شود. اما برای بهبود این عملکرد، از تزویج پسیو نیز در این کار کمک گرفته شده است. شبکه تزویج پسیو شامل یک فیلتر RLC می باشد که علاوه بر کاهش ذاتی نویز، سبب تولید فاز جبران کننده جهت کاهش شیفت فاز رزوناتور (RPS) به منظور بهبود نویز فاز خواهد شد که نتایج تحلیل نیز آن را تائید می کند. استفاده از دو مسیر برای تزویج کمک شایانی در افزایش ضریب تزویج داشته که موجب بهبود دقت فاز خروجی می شود. این در حالیست که شبکه تزویج پسیو هیچ توانی مصرف نمی کند. علاوه بر این، بکار گیری تکنیک شکل دهی جریان در منبع جریان دم، سبب بهبود عملکرد مدار می شود. جهت تائید عملکرد ساختار اسیلاتور متعامد پیشنهادی و تحلیل های ارائه شده، اسیلاتور تزویج چندگانه در تکنولوژیTSMC 18/0 میکرومتر CMOS فرکانس رادیویی و در فرکانس پایه 3/38 گیگا هرتز شبیه سازی شده است. مصرف توان 4/6 میلی وات از منبع تغذیه 1/8 ولت بوده، نویز فاز 128/2-(دسی بل/ هرتز) در آفست 1 مگاهرتز و 138/5-(دسی بل/ هرتز) در آفست 3 مگاهرتز با ضریب کیفیت 10/8می باشد و در نهایت معیار شایستگی مطلوب 192/5-(دسی بل/هرتز) در فرکانس آفست 1 مگاهرتز بدست آمده است.

در این مقاله طراحی و پیاده سازی یک مدولاتور چند استانداردی دلتا سیگمای متعامد[i] (QDSM) با ساختاری جدید ارائه شده است. مدولاتور پیشنهادی، مرتبه سه پایین گذر [ii] (LP) است که به روش زمان پیوسته [iii] (CT) و با توپولوژی پیشخور [iv] (FF) برای گیرنده های Low-IF طراحی شده است. این مدولاتور قابلیت پشتیبانی گیرنده هایی با استانداردهای مخابراتی WLAN/WCDMA/GSM را دارد. این مدولاتور در مد GSM بصورت حقیقی و تک بیتی کار می کند و در مدهای WLAN/WCDMA جهت دستیابی به پهنای باند و نرخ سیگنال به نویز [v] (SNR) مورد نیاز، بصورت مدولاتور متعامد چند بیتی کار می کند. جهت حذف خطای DAC در مسیرهای I و Q، DAC مختلط طراحی و پیاده سازی شده است. با پیاده سازی مدولاتور حاضر در سطح ترانزیستور، SNR بدست آمده برای مدهای عملیاتی WLAN/WCDMA/GSM بترتیب برابر dB81. 63 / 75. 9 / 54 و مقدار ضریب شایستگی(FOM) [vi] بترتیب(pj/s) 1. 63 / 0. 6 / 0. 824 (dB 156. 24 / 163. 35 / 131. 06) محاسبه شده است.

یک بالون مایکرواستریپ دو بانده بر اساس زنجیر کردن یک مقسم توان ویلکینسون چندقسمتی با تغییر دهنده فاز 180 درجه با استفاده از الگوریتم بهینه سازی کمترین مربعات ارائه شده است. نوآوری این ساختار آن است که با تنظیم ابعاد خط انتقال های به کار رفته، علاوه بر دست یابی به امپدانس های دلخواه در ورودی و خروجی امکان تغییر نسبت تقسیم توان بین دو خروجی را یافته ایم. ابتدا یک تئوری کلی برای تحلیل این ساختار به کمک ماتریس های انتقال بیان شده است. سپس طراحی بهینه ساختار بالون با استفاده از روش کمترین مربعات خطا صورت گرفته است. به منظور اثبات درستی روش، یک بالون نمونه ساخته و تست شده است. اندازه گیری های ساختار اول نشان می دهد که تلفات بازگشتی در دهانه های متعادل و نامتعادل به اندازه حداقل 10 دسیبل در باند های فرکانسی 2. 5 تا 5. 5 گیگاهرتز و 10. 1 تا 13 گیگاهرتز حاصل شده است. در این باندهای فرکانسی ایزولاسیون بین دهانه های متعادل کمتر از 15-دسیبل می باشد. حال آن که میزان عدم تعادل دامنه و فاز بین دهانه های متعادل کمتر از 0. 6 دسیبل و ° 7± است. این بالون به شکل مناسب برای لینک به سمت پایین تلویزیون ماهواره ای طراحی شده است.

این مقاله درصدد بهبود خطینگی تقویت کننده کم نویز است که با موازی کردن یک مسیر کمکی به تقویت کننده ی اصلی به دست می آید و نیز برای دستیابی به بهره بیشتر از ترکیب کسکود استفاده شده است، در مدار پیشنهادشده از طریق ایجاد مسیر کمکی و سلف های اضافه شده در پایه سورس ترانزیستور، دامنه و فاز تنظیم می شود. به این ترتیب کنترل ضریب غیرخطی مرتبه سوم ممکن می گردد، تا درنهایت ضریب غیرخطی مرتبه سوم کل را تا حد امکان کوچک نمود. همچنین اثر ضریب غیرخطی مرتبه دوم بروی IIP3 موردبررسی قرار می گیرد. معمولا برای تحلیل اثرات غیرخطی، از تحلیل سری توانی استفاده می شود. پیشنهاد روش (DS) ارائه شده در این مقاله، قابلیت اضافه شدن به انواع مدارهای تقویت کننده را دارا است چراکه به صورت موازی با تقویت کننده اصلی قرار می گیرد. در این شبیه سازی از تکنولوژی TSMC_RF 180 nm استفاده شده است. نتایج به دست آمده مقدار بهره را در حدود 18dB، عدد نویز 2. 43dB و مقدار IIP3 در حدود +7. 5dB نشان می دهد.

شبکه های بی سیم در مقایسه با شبکه های سیمی ویژگی های کاربردی تری دارند. یکی از مهم ترین مشکلات کانال های بی سیم مشکل محوشدگی است که به معنای تصادفی بودن تغییرات کانال است و منجر به افت عملکرد در سیستم بی سیم می شود. یکی از راه های مقابله با این اثر استفاده از مخابرات مشارکتی است. استفاده از رله منجر به پوشش بیشتر شبکه، افزایش ظرفیت شبکه و مصرف توان کمتر می شود. از طرفی استفاده بهتر از طیف های مخابراتی مبحثی به نام مخابرات رادیو شناختمند را مطرح کرده است، که در آن از طیف های موجود به شکل بهینه بهره گرفته می شود. شبکه های رادیو شناختمند مشارکتی خواص شبکه های رادیو شناختمند و مشارکتی را دارا هستند. مشارکت در شبکه های رادیو شناختمند در دو حوزه سنجش طیف و کمک به ارسال داده کاربر اولیه تعریف می شود و باعث بهبود عملکرد این شبکه ها می شود. همچنین نسل جدید سیستم های مخابراتی و موبایل به دلیل حجم بالای ترافیک اطلاعات به ظرفیت و انرژی زیادی نیاز دارند. بنابراین، یکی از مسائل مورد بحث در این زمینه نحوه تامین انرژی سیستم ها است. از طرفی تامین انرژی مصرفی با شارژ یا جایگزین کردن منبع انرژی همواره مشکل ساز و پرهزینه بوده است. از این رو برداشت انرژی از محیط اطراف و به خصوص از سیگنال رادیو فرکانسی به رفع این مشکل در سیستم های مخابراتی کمک می کند. استفاده از سیستم های رادیوشناختمند مشارکتی با قابلیت برداشت انرژی می تواند عملکرد سیستم را بهبود بخشد. در این مقاله مدل سیستمی برای شبکه های رادیو شناختمند مشارکتی با قابلیت برداشت انرژی پیشنهاد شده است. در مدل سیستم پیشنهادی یکی از کاربران ثانویه بصورت انتخابی بعنوان رله در ارسال کاربر اولیه مشارکت می کند و همه کاربران ثانویه از سیگنال رادیویی انرژی برداشت می کنند. تحلیل ریاضی و شبیه سازی احتمال قطع کاربران اولیه و ثانویه مورد بررسی قرار گرفته است و روی پارامترهای موجود و تاثیر آن ها روی مدل پیشنهادی بحث شده است. همچنین تاثیر روش های مختلف گزینش رله و سیستم های چند کاربره رادیو شناختمند روی عملکرد مدل پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است.

شبکه های رادیوشناختی یکی از راهکار های پیشنهادشده برای مقابله با کمبود طیف در سرویس های مبتنی بر مخابرات بی سیم است. حسگری طیفی فرایندی حیاتی در شبکه های رادیو شناختی است که هرگونه تداخل در عملکرد آن سبب آسیب رسیدن به شبکه می شود. در این مقاله مهاجم هوشمندی معرفی شده است که در طی زمان حسگری، طیف را حس می کند و به محض خارج شدن کاربر اولیه وارد کانال می شود و با تقلید رفتار کاربر اولیه سعی در تصاحب طیف دارد. ترافیک کاربر اولیه و مهاجم هوشمند تقلیدکننده ی کاربر اولیه به صورت فرایند مارکوف وابسته به زمان مدل شده است. در ادامه با محاسبه ی عملکرد شبکه ی رادیوشناختی و برون دهی شبکه ی کاربران ثانویه در حضور مهاجم هوشمند تقلیدکننده ی کاربر اولیه، تاثیر پارامترهای ترافیک کاربر اولیه و مهاجم هوشمند تقلیدکننده ی کاربر اولیه بر آن ها موردبررسی قرارگرفته است. هم چنین حمله ی مهاجم تقلیدکننده ی کاربر اولیه در روش های سنتی و حمله به صورت هوشمند مورد مقایسه قرارگرفته است، نتایج نشان می دهند در حالت حمله به صورت هوشمند، برون دهی شبکه ی کاربران ثانویه بیشتر مورد آسیب قرار می گیرد و حتی در صورت انتخاب پارامترهای ترافیک حمله ی مناسب می توان برون دهی را به صفر رساند.

در این مقاله، امنیت لایه فیزیکی در شبکه رله ای بافردار رادیوشناختی که از روش لایه زیرین طیف استفاده می کند، بر روی کانال هایی با محوشوندگی رایلی مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد. در این شبکه رادیوشناختی، ارسال اطلاعات از فرستنده به گیرنده، از طریق رله مجهز به بافر و در حضور شنودگر غیرفعال با قابلیت شنود اطلاعات صورت می گیرد. برای ارزیابی میزان امنیت اطلاعات تبادلی، احتمال قطع محرمانگی به عنوان معیاری مهم برای ارزیابی عملکرد محرمانگی شبکه در لایه فیزیکی در نظر گرفته شده و رابطه ریاضی احتمال قطع محرمانگی به صورت فرم بسته به دست می آید. نتایج عددی حاصل از رابطه ریاضی احتمال قطع محرمانگی با روش مونت-کارلو برای ارزیابی امنیت لایه فیزیکی سیستم موردنظر به ازای پارامترهای مختلف آورده می شود. همچنین تاثیر وجود بافر نیز در این سیستم، ارزیابی می گردد. با بررسی نتایج، ملاحظه می شود که صرف نظر از تاخیر به وجود آمده توسط بافر، وجود بافر در رله و افزایش طول آن از L=2 به L=20 موجب کاهش احتمال قطع محرمانگی سیستم از 0. 01 به 0. 001 می شود. این کاهش بیانگر بهبود 10 برابری احتمال قطع محرمانگی است. همچنین نشان داده شده است که برای احتمال قطع 0. 001، رله بافردار حدود 3 dB نسبت به حالت بدون بافر عملکرد بهتری از لحاظ نسبت سیگنال به نویز دارد.

در این مقاله موضوع قیمت گذاری و تخصیص منابع در شبکه های دسترسی ناهمگون بی سیم مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به وجود نظریه های غنی اقتصاد خرد در بازارهای رقابتی، در این مقاله موضوع قیمت گذاری و تخصیص منابع در شبکه های دسترسی ناهمگون بی سیم را از این رویکرد، مورد بررسی و تحلیل قرار دادیم. با بیان چند فرضیه و قضیه، مباحث مربوط به سرویس رومینگ و دیگر ویژگی هایی که مخصوص شبکه های بی سیم و کاربران این شبکه ها می باشد، یک مدل اقتصاد رقابتی با الهام از نظریه اقتصاد خرد در بازارهای رقابتی کامل، ارائه گردیده است. بدین ترتیب، قیمت گذاری برای هر یک از شبکه ها با توجه به میزان پهنای باند تدارک دیده شده توسط آن شبکه و میزان علاقمندی کاربران، توسط کاربران تعیین می شود و شبکه ها نیز با توجه به قیمتی که پهنای باند آن ها خریداری می شود، میزان تولید خود را تنظیم می کنند. در نهایت اثبات شده است که تخصیص صورت گرفته بر اساس این مدل که همه عامل های آن بر مبنای رفتار عاقلانه و خودخواهانه عمل می کنند، بهینه پرتو می باشد و قیمت فروش سرویس برای تمامی شبکه ها منفعت آور است.