الکترومغناطیس کاربردی
سال:1400 | دوره:9 | شماره:1 (پیاپی 22) |تعداد مقالات:12

یکی از روش های دسترسی چندگانه مورد استفاده در سامانه های مخابرات نوری که باعث افزایش نرخ ارسال داده می شود، همتافت تقسیم طول موج (WDM) است. در این فناوری می توان اطلاعات تولید شده توسط چندین فرستنده مجزا را به طور هم زمان در فیبر نوری ارسال کرد و سپس به تفکیک اطلاعات، در گیرنده پرداخت. استفاده از فناوری WDM و تقویت کننده نوری آلاییده به اربیوم (EDFA) موجب رشد چشمگیر سامانه های مخابرات نوری، به خصوص سامانه های مدوله سازی شدت/ آشکارسازی مستقیم (IMDD) شده است. امروزه به منظور افزایش نرخ ارسال داده، استفاده از روش های آشکارسازی همدوس، مورد توجه است. در این مقاله هدف اصلی، افزایش نرخ داده در سامانه های مخابرات نوری با استفاده از فناوری WDM و بالا بردن مسافت ارتباطی با استفاده از EDFA است. از این رو به طراحی و شبیه سازی سامانه مخابرات نوری پرداخته می شود که در هر کانال WDM، نرخ ارسال داده برابر با Gbps 100 باشد. برای دستیابی به نرخ داده قید شده، از ارسال به روش دوقطبشی، کاهش اثرات خطی (CD) و غیر خطی (SPM)، سامانه های آشکارسازی همدوس و روش های پردازش سیگنال، استفاده می شود. نتایج شبیه سازی در این مقاله نشان داد که تمام مولفه های در نظر گرفته شده در طراحی، موجب دستیابی به فاکتور کیفیت مورد نظر با مسافت ارتباطی km80 شد. همچنین استفاده صحیح از EDFA، مسافت پیوند انتقال را حداقل 100 درصد بهبود داد.

لامپ های میکروویو یکی از اجزا مهم فرستنده های مخابراتی محسوب می شوند و در توان های بالا جایگزینی ندارند. مسیله برگشت توان موج در دهانه موجبر خروجی این لامپ ها در توان های بالا مشکلاتی به وجود می آورد. یکی از این مشکلات آسیب به سرامیک دهانه خروجی لامپ است که وظیفه جدا کردن خلا داخل لامپ را از محیط بیرونی بر عهده دارد. برای حل این مشکل معمولا سامانه های حفاظتی در منابع تغذیه لامپ وجود دارد که با قطع ولتاژهای تغذیه، لامپ را حفاظت می کند. چالشی که وجود دارد این است که اگر این سامانه حفاظت خیلی سریع باشد به نویز خیلی حساس می شود و باعث اخلال در عملکرد عادی فرستنده خواهد شد. از طرف دیگر اگر سامانه حفاظت کند باشد نمی تواند از لامپ محافظت کند. لذا تعیین دقیق سرعت سامانه حفاظتی بسیار مهم است. در این مقاله موضوع آسیب ناشی از خطای برگشت توان خروجی بر سرامیک دهانه خروجی لامپ مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از تحلیل های میکروسکوپی این موضوع نشان داده می شود که قبل از رشد ترک در موجبر خروجی لامپ ساختارهای بلوری دوتایی به وجود می آیند. دما رخداد این ساختارهای دوتایی به عنوان معیاری برای فعال شدن سامانه حفاظت لامپ پیشنهاد می شود. نتایج آزمایشگاهی در تایید ایده مقاله ارایه می شود.

در این مقاله یک الگوی پویای فضای حالت برای ماشین القایی رتور سیم پیچی ارایه شده است. در الگو ارایه شده اثر هارمونیک های فضایی چگالی شار فاصله هوایی با لحاظ توزیع غیر سینوسی سیم پیچ های رتور و استاتور لحاظ شده است. همچنین ناهم محوری استاتیکی رتور در مدل پیشنهادی درنظر گرفته شده است. افزون بر متغیرهای جریان سیم پیچ ها و گشتاور الکترومغناطیسی، مدل پیشنهادی توانایی پیش بینی مولفه های کشش نامتعادل شعاعی را نیز دارد. از آن جایی که هدف مدل سازی استفاده از آن در شبیه سازی های دینامیکی ماشین می باشد، به منظور تسریع در زمان شبیه سازی یک تابع ایستایی برحسب متغیرهای حالت برای کشش نامتعادل مغناطیسی ارایه شده است. مولفه های این تابع استاتیکی همانند اندوکتانس ها از تحلیل مغناطیسی ماشین به دست آمدهاند. اگرچه برای یافتن تابع ارایه شده از تانسور تنش ماکسول استفاده شده است، در به دست آوردن کشش نامتعادل شعاعی نیاز به محاسبه چگالی شار و انتگرال گیری از فشار مغناطیسی برای یافتن نیرو نمیباشد. در نهایت مدل ارایه شده با روش تحلیل گذرای اجزای محدود تایید شده است.

در این مقاله ضمن معرفی گیربکس مغناطیسی سه سرعت هم محور، تاثیر ساختار هندسی بر روی گشتاور و چگالی شار مماسی و شعاعی بررسی شده است. با توجه به این که در بیشتر پروژه های ساخت، میل به ساختارهای مستطیلی و ذوزنقه ای شکل به علت راحتی کار بالا است، در این مقاله ساختار مستطیلی و ذوزنقه ای شکل گیربکس های مغناطیسی سه سرعت معرفی شد و سپس این گیربکس ها به روش اجزاء محدود، با گیربکس های مغناطیسی هلالی شکل مقایسه شدند. در این مقایسه نشان داده شد که گیربکس های مغناطیسی مستطیلی شکل از نظر چگالی شار لبه ها و گوشه ها با گیربکس های مغناطیسی هلالی شکل، تفاوت چندانی ندارند، اما توزیع چگالی شار در ساختار گیربکس مغناطیسی مستطیلی شکل، به علت متغیر بودن فاصله هوایی ما بین رتور میانی و مدولاتورها مطلوب تر است و نوسان کمتری در توزیع چگالی شار شعاعی و مماسی دارد اما ساختار ذوزنقه ای شکل هم از نظر توزیع چگالی شار و هم از نظر گشتاور نسبت به ساختار هلالی دارای عملکرد نامطلوبی است. در پایان ساختار هلالی شکل ساخته شد و نتایج تجربی نشان داد که این ساختار در گیربکس های مغناطیسی سه سرعت مورد تایید می باشد و دارای عملکرد بهتری نسبت به سایر ساختارها در گیربکس مغناطیسی است.

در این مقاله مدار های معادل تقریبی و دقیق برای الکترودهای زمین مدفون در خاک های دو لایه افقی ارایه می شود. در مدار معادل تقریبی، خاک دو لایه با مقاومت ویژه معادل تقریب زده شده سپس الکترود زمین با مدار معادل RLC جایگزین می شود در حالی که در روش دقیق، ابتدا امپدانس ورودی الکترود زمین در حوزه فرکانس با حل عددی معادلات ماکسول به دست می آید سپس با استفاده از روش تطبیق بردار امپدانس ورودی با توابع کسری در حوزه فرکانس جایگزین شده و نهایتا مدار معادل دقیق الکترود در حوزه زمان حاصل می شود. به منظور استخراج بازه اعتباری مدار معادل تقریبی در خاک های دو لایه، تحلیل گذرای خطوط انتقال متصل به برقگیر در مجاورت خاک دو لایه انجام می شود، به گونه ای که الکترود زمین با دو الگوی دقیق و تقریبی جایگزین می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، هنگامی که ضخامت لایه اول خاک کمتر از m 1 یا بیشتر از m 20 باشد الگوی RLC منجر به نتایج قابل قبولی می شود. ضمنا تحلیل حساسیت روی ضخامت لایه اول خاک دو لایه نسبت به خاک تک لایه انجام می شود. نتایج نشان می دهد هنگامی که ضخامت لایه اول خاک بالاتر از m 40 باشد، رفتار خاک دو لایه همانند تک لایه می باشد.

در این مقاله ساختاری جدید از گیربکس مغناطیسی ارایه شده است که می تواند عملکرد بهتری را در مقایسه با نمونه های متداول از خود نشان دهد. هدف این کار بررسی یک نوآوری در ساختار فیزیکی گیربکس مغناطیسی می باشد که باعث شده میدان مغناطیسی توزیع مناسب تری در ماشین داشته باشند. تنظیم موقعیت آهنرباها در طرح جدید سبب توزیع بهتر شار مغناطیسی می شود و در نتیجه عملکرد ماشین نسبت به نمونه های مرسوم بهبود می یابد. در ضمن، تغییرات ذکر شده، این امکان را پدید می آورد که میزان چگالی شار در فاصله هوایی افزایش یابد و همچنین سامانه، پایداری بالاتری داشته باشد. گیربکس مغناطیسی جدید با ابعادی کوچک تر از طرح های پیشین، علاوه بر این که مقدار گشتاور انتقالی افزایش یافته است، ماشین نوسان کمتری را تجربه می کند. نتایج شبیه سازی ها مبتنی بر روش اجزاء محدود می باشد و با استفاده از نرم افزار تحلیل الکترومغناطیسی Maxwell ANSYS محاسبات و اعتبارسنجی مورد نظر انجام گرفته است.

مدارهای مایکروویو ابررسانا از عنصرهایی متشکل از خطوط انتقال ابررسانا ساخته می شوند. هر چند که ابررساناها عملکرد سامانه را در سرعت بالا و کف نویز پایین فراهم می کند، اما تزویج میدان الکترومغناطیسی خارجی به آن ها می تواند در عملکرد این سیستم ها اختلال به وجود آورد. در این مطالعه ابتدا در حوزه طیفی یک رهیافت کلی جهت تحلیل رفتار الکترومغناطیسی ساختارهای ابررسانا در زوایای تابش مختلف ارایه می شود. سپس به کمک روش ارایه شده، تاثیرپذیری خطوط ریزنوار ابررسانا در تابش مایل مورد بررسی قرار می گیرد. این بررسی اثر ضخامت فیلم ابررسانا بر تاثیرپذیری خط را شامل می شود. مطابق با نتایج حاصل شده، بیشینه حساسیت پذیری برای تمام ضخامت ها با توجه به طول معمول به کار رفته در مدارات، در تابش با زاویه 80 درجه اتفاق می افتد اما مقدار آن برای ضخامت های مختلف متفاوت است. رفتار متفاوت جریان القایی در ضخامت های مختلف به علت تفاوت در امپدانس معادل ساختار است. همچنین از آنجا که برای فیلم های نازک راکتانس معادل بیشتر است، میزان حساسیت پذیری کمتر می گردد.

در این مقاله، یک جاذب فراماده پهن باند با ساختاری ساده، ابعاد و ضخامت بهینه برای کاربردهای باند X پیشنهاد شده است. این ساختار با استفاده از سه حلقه دایروی شکافدار طراحی شده و با نرم افزار HFSS ابعاد آن بهینه سازی شده است. سلول واحد جاذب پیشنهادی دارای ابعاد و ضخامت کم (ضخامت 066/0 در فرکانس مرکزی GHz 10) می باشد. یک آرایه 24×24 عنصری از جاذب فراماده پیشنهادی با ابعاد 170×170 ساخته شده و مورد ارزیابی عملی قرار گرفت. مولفه های ساختاری فراماده حاصل شامل ضریب نفوذ مغناطیسی و ضریب گذردهی الکتریکی آن با روش نیکلسون-رز استخراج شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و اندازه گیری عملی، نشان می دهد که تقریبا در کل محدوده باند x (GHz 3/7 الی GHz 50/11)، ساختار دارای پهنای باند جذب بالای 90 درصد می باشد. همچنین بررسی نتایج حاصله نشان می دهد که تطابق بسیار خوبی بین پاسخ اندازه گیری عملی و شبیه سازی برقرار می باشد. ساختار طراحی شده برای زوایای برخورد عمود و مایل موج الکترومغناطیسی، مورد آزمایش قرار گرفت که تا زاویه تابش 45 درجه، پهنای باند جذب ساختار تغییر محسوسی نمی کند.

در این مقاله، طراحی جدیدی از یک آنتن پچ مایکرواستریپی مستطیلی با پهنای باند وسیع در باند Ku با استفاده از ساختار دی الکتریکی چندلایه، برای کاربردهای راداری و ماهواره ای پهن باند ارایه شده است. در این طراحی فشرده، یک گیره رسانای الکتریکی برای تحریک پچ تشعشع کننده مورد استفاده قرار گرفته است. پچ پارازیتی نیز توسط فاصله هوایی از پچ تشعشع کننده جدا شده است. با این روش ها، پهنای باند امپدانسی dB 10 اندازه گیری شده آنتن، به بیش از 22% افزایش یافته است. همچنین تغییرات بهره اندازه گیری شده آنتن در کل پهنای باند آن، کمتر از dB 1 است. در ادامه، نتایج شبیه سازی و اندازه گیری آنتن مذکور ارایه خواهد شد و مشاهده می شود که تطابق مناسبی بین شبیه سازی و اندازه گیری وجود دارد.

در این مقاله طراحی یک تغییردهنده فاز فریتی دومده با قطبش خطی مورد بررسی قرار می گیرد. تغییردهنده های فاز یکی از قطعات پرکاربرد در رادارهای آرایه فازی هستند. قطعات اصلی این تغییردهنده فاز، میله و یوغ فریتی و قطبی کننده است. مشخصات هدف تغییردهنده فاز شامل پهنای باند فرکانسی GHz 7/10-1/10، متوسط تلف کمتر از dB 1 و تغییر فاز 360 درجه می باشد. به علت محدودیت های ساخت در برخی قطعات، یک تحلیل پارامتری روی برخی از مشخصات انجام شده است و میزان مجاز تغییرات این پارامترها نظیر طول تماسی یوغ و میله فریتی و فاصله هوایی بین آن ها، طول و شعاع انحناء قطبی کننده گزارش شده است.

به منظور تسهیل در طراحی و تحلیل یک چرخ دنده، نیاز به محاسبه دقیق توزیع شار مغناطیسی در قسمت های مختلف چرخ دنده است. اگرچه استفاده از روش تحلیل المان محدود نسبتا دقیقتر است اما برای مطالعات پارامتری در مراحل اولیه فرآیند طراحی یک محصول، بسیار زمان بر است. لذا در این مواقع اغلب از روش MEC استفاده می شود. یکی از ساختارهای نسبتا جدید چرخ دنده ها، نوع قطب منتجه می باشد که در حجم آهنربا صرفه جویی می شود. در این مقاله مدل سازی دو بعدی یک چرخ دنده قطب منتجه با استفاده از روش MEC ارایه شده است که توزیع میدان های مغناطیسی، شارها، گشتاور روتور درونی و بیرونی را در بخش های مختلف چرخ دنده تعیین شده است. برای ارزیابی عملکرد مدل ارایه شده، برای دو نمونه چرخ دنده با مقادیر متفاوت ضریب قطب و ضریب حلقه مدولاسیون چرخ دنده تحلیل شده و چگالی شار، گشتاور و غیره در بخش های مختلف چرخ دنده تعیین شده است. همچنین برای تایید نتایج به دست آمده از مدل، تحلیل المان محدود توسط نرم افزار Ansoft/Maxwell انجام گرفته است و نتایج با یکدیگر مقایسه شده اند.

وقوع خطاهایی نظیر اتصال کوتاه و عبور جریان های خطای نسبتا بزرگ در شبکه های قدرت، امری اجتناب ناپذیر است، لذا طراحی شبکه زمین جهت تخلیه هر چه مناسب تر این جریان ها، باید با دقت کامل صورت پذیرد، به طوری که علاوه بر تامین مقاومت مناسب باعث افزایش بی رویه ولتاژ گام و تماس نگردد. شبکه زمین در پست های فشارقوی بایستی ایمنی افراد وتجهیزات را تامین نماید، لذا محاسبات طراحی و عملکرد صحیح و سالم شبکه باید با دقت مورد توجه قرار گیرد. ولتاژهای گام وتماس در پست های فشارقوی به شدت در حفظ ایمنی افراد تاثیرگذار می باشند، یکی از بدترین شرایطی که منجر به افزایش مقاومت الکتریکی کلی شبکه زمین می شود، چندپاره شدن شبکه زمین در اثر عواملی همچون خوردگی هادی ها می باشد. در این مقاله ضمن ارایه توضیحاتی پیرامون طراحی مناسب شبکه زمین پست فشارقوی، به شبیه سازی شبکه زمین یک پست فوق توزیع و اثر چندپاره شدن شبکه زمین در آن بر ولتاژهای گام و تماس در نرم افزار اجزای محدود COMSOLMultiphysics پرداخته شده است. پس از انجام و بررسی شبیه سازی ملاحظه شد که ولتاژهای گام و تماس در شبکه های زمین دو تکه و سه تکه بسیار بیشتر و پرخطرتر نسبت به شبکه زمین سالم بوده و به طور خطرناکی تا بیش از48مقدار اولیه برابر می توانند افزایش یابند.