الکترومغناطیس کاربردی
سال:1398 | دوره:7 | شماره:2 (پیاپی 19) |تعداد مقالات:12

در این مقاله روشی برای موقعیت یابی در فضای محدود، در شرایط وجود چندمسیرگی در امواج رادیویی ارایه شده است. در این روش از مزیت عدم تغییر تاخیر مسیر در برخورد با موانع استفاده شده و نقشه اثرانگشتی محیط با استفاده از یک تحلیل ساده استخراج می شود که قابلیت به روزرسانی دارد. استفاده از تاخیر انتشار موج رادیویی امکان تهیه اثرانگشت دقیق را به صورت محاسباتی در اختیار قرار می دهد. مزیتی که در روش های معمول اثرانگشتی مبتنی بر سطح سیگنال دریافتی وجود ندارد و تهیه نقشه اثرانگشت مستلزم اندازه گیری است. علاوه بر این، استفاده از تاخیر انتشار امکان تفکیک دریافتی ها را در مقایسه با سطح سیگنال دریافتی ایجاد کرده و به اطلاعات بعد اضافه ای داده است که علاوه بر حذف ابهام، دقت تخمین موقعیت را افزایش می دهد. روال پیشنهادی در یک سناریو ارایه شده و نتایج حاصل میانگین خطای بهتر از cm 5/6 و واریانس بهتر از cm 7/3 را به دست آورده است.

برای ساخت نوسان سازها با نویز فاز کم، طراحی یک مشدد با ضریب کیفیت زیاد نیاز است. تحریک مدهای مرتبه بالاتر روشی مناسب جهت افزایش ضریب کیفیت است. البته وجود مدهای ناخواسته یک مسیله مهم در تحریک مدهای مرتبه بالاتر است. مدارهای نوسان سازها به علت فاصله نزدیک بین مودها، در مد مورد نظر خود نمی توانند به درستی نوسان کنند. این مقاله یک روش طراحی از مشدد عایقی ارایه می دهد که منجر به بهبود عملکرد درحضور مدهای مزاحم در تحریک مدهای مرتبه بالاتر می شود. هدف، کنترل پهنای باند بین بسامد تشدید و بسامد های ناخواسته به منظور استفاده در نوسان سازهای کم نویز است. یک مشدد عایقی GHz8 که در مد TE22δ تحریک شده است، ضریب کیفیتی برابر با 12450 دارد که بالاتر از ضریب کیفیت مشددی است که در مد TE01δ تحریک شده و ضریب کیفیت آن برابر 8100 است. همچنین بسامد های ناخواسته در GHz 05/8 وGHz 3/8 توسط روش پیشنهاد شده با حداقل تاثیر بر بسامد اصلی تشدید حذف شده است.

انتقال توان از منبع به بار توسط سیم پیچ های فرستنده و گیرنده از مهم ترین بخش های سامانه انتقال بی سیم برق می باشد. به طور حتم طراحی ساختاری مناسب برای این سیم پیج ها می تواند عواملی چون اندوکتانس متقابل، ضریب کوپل، بازده و عملکرد سامانه را بهبود بخشد. در این مقاله به بررسی و ارایه یک ساختار جدید برای سیم پیچی فرستنده و گیرنده با حساسیت کم در برابر نامیزانی و جابجایی سیم پیچ ها در مقایسه با ساختار های قبلی در راستاهای مختلف پرداخته شده است. در واقع با انتخاب شکل خاص برای هسته سیم پیچی و استفاده از کامپوزیت مغناطیسی نرم (SMC) برای ساختار هسته اندوکتانس متقابل و بازده بهبود داده شده است. با استفاده از نرم افزار فلاکس به تصدیق و برتری نتایج ساختار جدید نسبت به سایر ساختار ها پرداخته خواهد شد.

امواج تراهرتز که از بدو خلقت کیهان وجود داشته اند، در چند دهه اخیر جایگاه مهم و نقش بارزی را در پیشرفت و ابداع فناوری های نوین علمی و صنعتی به خود اختصاص داده اند. در میان روش های مختلف تولید این امواج الکترومغناطیسی، روش مبتنی بر ساختار نوسانگرهای موج برگشتی به عنوان یک روش جمع و جور و کوک پذیر پهن باند با شدت طیفی بالا در قیاس با روش های دیگر دارای اهمیت است. در این پژوهش توجه خود را بر پردازش پارامتری و بهینه سازی تحلیلی موازی روابط حاکم بر یک موج بر مکعب مستطیلی چین خورده بر مبنای اصول نوسانگر موج-برگشتی برای تابش در ناحیه ارتباطات تراهرتزی معطوف ساختیم. در نهایت دو ساختار را بر اساس دستاوردهای نظری، شبیه سازی نمودیم. ساختار موازی بهینه شده نهایی در بازه بسیط THz53/0-158/0 با متوسط توان توزیعی W12/1 تابش نمود که با توجه به شدت و طیف خروجی سامانه، کاندیدای مناسبی برای به کارگیری در ارتباطات تراهرتزی ورد سپهری است.

اندازه گیری مشخصات هوای بالای سطح زمین دارای کاربردهای تحقیقاتی و عملیاتی بسیار است. از موارد استفاده آن می توان پیش بینی وضع هوا را نام برد. سامانه رادیوسوند توسط بالون تا بالای لایه تروپوسفر یا بالاتر از آن حمل می شود و اطلاعات مختلفی مانند فشار، رطوبت، دما، مکان، سرعت و جهت وزش باد در ارتفاعات مختلف از سطح زمین را در حین صعود به دست آورده و با استفاده از یک فرستنده رادیویی به ایستگاه زمینی مخابره می کند. در این مقاله، طراحی سیستمی و مراحل ساخت و تست یک نمونه رادیوسوند در فرکانس MHz 6/400 به همراه گیرنده زمینی و آنتن مربوطه به تفصیل توضیح داده شده است. هدف از این طرح، ساخت سامانه رادیوسوند بومی به منظور رفع نیاز سازمان هواشناسی می باشد. اگرچه قیمت این سامانه در مقایسه با نمونه خارجی آن بسیار کم است ولی دارای عملکرد و پایداری عالی تحت تغییرات دمایی شدید است. نتایج تست های انجام شده با نمونه های خارجی مشابه همخوانی خوبی دارد.

ماشین های شار برگردان به دلیل چگالی گشتاور و توان بالا و همچنین ساده بودن ساختار روتور آن اخیرا موردتوجه زیادی قرارگرفته اند. در این ماشین ها سیم پیچ آرمیچر و سامانه تحریک هر دو بر روی ساختار استاتور قرار می گیرند و روتور فاقد هر نوع سیم پیچی، آهن ربا یا قفس است. یکی از مشکلات ماشین شار برگردان قیمت بالای آهن رباهای کمیاب خاکی آن است که به مقدار زیاد در استاتور آن استفاده شده است. هرچند می توان به جای آهن ربای کمیاب خاکی از آهن ربای فریت با قیمت حدودی یک دهم آن استفاده کرد اما چگالی گشتاور ماشین کاهش می یابد. جهت حل این مشکل ساختار دو استاتوره پیشنهاد می شود. در این ماشین نیز همانند ساختار ماشین های شار برگردان متداول تعداد دندانه های روتور اثر فراوانی روی عملکرد ماشین دارند. لذا در این مقاله اثر تعداد دندانه های روتور روی عملکرد ماشین شار برگردان دو استاتوره با آهن ربای فریت با استفاده از مدل سازی و شبیه سازی اجزا محدود آن تحت شرایط کار نامی بررسی می گردد. در انتها جهت ارزیابی صحت نتایج شبیه سازی یک نمونه آزمایشگاهی از بهترین ساختار با بیشینه گشتاور تولیدی، ساخته و آزمایش می شود. نتایج آزمایش، صحت نتایج شبیه سازی را با دقت قابل ملاحظه ای تایید می نماید.

در این مقاله مولفه های چگالی شار ناشی از آهن رباهای روتور و جریان سیم پیچی آرمیچر در ماشین ورنیه آهن ربایی در شرایط ناهم محوری روتور به صورت تحلیلی محاسبه می شوند. در مدل استفاده شده، اثر دندانه های واقعی و مجازی استاتور ماشین ورنیه در نظر گرفته شده و جهت ساده سازی روند مدل سازی از نگاشت های هم نوا همچون شوارتز کریستوفل استفاده شده است. همچنین از حل معادله لاپلاس و روش جداسازی متغیرها جهت یافتن چگالی شار فاصله هوایی ناشی از آهن رباهای روتور و واکنش آرمیچر بهره برده شده است. در فرایند مدلسازی جهت کنار زدن محدودیت های استفاده از روش های بر پایه نگاشت های هم نوا، از مفهوم جریان مغناطیسی معادل برای آهن ربای روتور و سیم پیچی آرمیچر استفاده شده است. در واقع آهن رباهای روتور با یک جریان سطحی معادل روی روتور، و سیم پیچی آرمیچر با یک جریان سطحی در دهانه دندانه های واقعی استاتور ماشین ورنیه جایگزین می شوند. با توجه به این که در ماشین معادل به دست آمده رابطه حاکم از نوع رابطه لاپلاس است، هیچگونه نگرانی از بابت استفاده از نگاشت های همنوا وجود ندارد. پس از یافتن مولفه های چگالی شار فاصله هوایی ناشی از آهن رباهای روتور و جریان آرمیچر، گشتاور دندانهای و گشتاور الکترومغناطیسی محاسبه می شوند. در نهایت نتایج به دست آمده توسط روش اجزا محدود تایید می گردند.

تولید پالس های ولتاژ بالا با عرض فوق باریک و دوقطبی شده در حد چند نانو ثانیه و کمتر مورد توجه صنایع امروزی می باشد. امروزه به دلیل اهمیت بالای ابعاد کوچک مولدهای پالسی، دوقطبی نمودن پالس های تک قطبی جهت کاهش ابعاد مولد مورد نیاز، بسیار حایز اهمیت است. این مقاله در مورد نتایج طراحی و شبیه سازی یک دوقطبی کننده پالسی ولتاژ بالا با ولتاژ kV 300 و عرض پالس nS2 می باشد. در این مولد پالس با استفاده از خطوط انتقال و موضوع انعکاس امواج در خطوط انتقال، ولتاژ تولیدشده به صورت متقارن دوقطبی درمی آید. ساختار واقعی مولد پالس بلوملین بر اساس ترکیب تو در توی چند خط انتقال است. ولتاژ خروجی این ترکیب تودرتو نسبت به ولتاژ خروجی مدل مداری آن کیفیت مناسبی ندارد. یکی از عوامل کیفیت نامناسب ولتاژ خروجی این مولد پالس، عناصر پراکندگی کلیدهای جرقه زن آن است. این مقاله با بررسی انواع مختلف الکترودهای کلیدهای جرقه زن به بررسی تاثیر عنصر های پراکندگی آنها بر شکل موج پالس دوقطبی شده می پردازد. نتایج شبیه سازی برای نمایش کارایی طرح پیشنهادی ارایه می شوند.

در این مقاله، طراحی، شبیه سازی و ساخت یک نمونه گرم کن القایی با توانایی گرم کردن فلزات تا دمای 300 انجام گرفته است. با استفاده از مدار مربوطه و طراحی صورت گرفته برای ظرفیت خازن و ابعاد سلف، گرم کن مربوطه ساخته شده و نتایج حاصل از ساخت، با نتایج شبیه سازی همخوانی مطلوبی داشته است. در این مقاله، به روش اجزای محدود و با کمک نرم افزار COMSOL Multiphysics، شبیه سازی گرم کن القایی انجام شده است. روش اجزای محدود جهت تحلیل های مغناطیسی و حرارتی، روش مرسومی بوده و توانمندی خود را در حوزه های فیزیکی مختلف به اثبات رسانیده است، از این رو، برای محاسبه و تحلیل میدان مغناطیسی و حرارت حاصل از گرمایش القایی از نرم افزار المان محدود استفاده شده است. در شبیه سازی فوق، مدار الکتریکی مورد استفاده و تمامی المان ها نیز درنظر گرفته شده اند؛ با توجه به مدار الکتریکی و تیوری کنترلی حاکم بر مدار ارایه شده، نمونه آزمایشگاهی متناسب با ابعاد شبیه سازی شده در نرم افزار المان محدود، پیاده سازی شده است و شکل موج های قسمت های مختلف مدار مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته اند. از این گرم کن ها می توان در صنایع کوچک مختلف و در سطح آزمایشگاهی بهره برد. همچنین، به عنوان پیش گرم کن یا گرم کن تا دمای مذکور، برای کاربردهای مختلف در صنایع متالورژی، مواد و فرآوری فلزات، تست و آزمایش آنها در ابعاد کوچک، قابل استفاده می باشند. قابل ذکر است که مدار ارایه شده در این مقاله بسیار مقرون به صرفه بوده و اعتبارسنجی نتایج شبیه سازی با نتایج نمونه حاصل از ساخت در مقیاس آزمایشگاهی، نشان دهنده صحت تحلیل ها می باشد.

کاهش میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طراحی مطلوب دکل های فشارقوی و خطوط انتقال وابسته است. در این راستا پارامترهای زیادی لازم است به عنوان متغیر در نظر گرفته شوند. تغییر همزمان این پارامترها در رسیدن به سطح میدان های الکتریکی و مغناطیسی مناسب، امری لازم است. بر این اساس ابزارهای بهینه سازی به منظور دست یابی به موثرترین طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله، بهینه سازی ها با توجه به کمینه سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی به صورت تابعی دو هدفه مستقل با استفاده از روش NSGA-II انجام شده است. ارتفاع هادی فاز و محافظ، فاصله هادی های فاز از یکدیگر، فاصله هادی محافظ از بخش مرکزی دکل، فاصله مابین هادی ها در باندل، مقدار شکم هادی فاز و محافظ در وسط اسپن، متغیرهایی هستند که در این مقاله به انها توجه شده است. در کنار هر یک از این متغیرها، قیودی در نظر گرفته شده است که مقدار متغیرها را به لحاظ آرایش فیزیکی، حفاظت الکتریکی و نیروهای مکانیکی محدود ساخته است. در این مقاله محاسبات و کمینه سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی با استفاده از روش اجزاء محدود توسط نرم افزار COMSOL به صورت لینک با نرم افزار MATLAB انجام شده است. نتایج به دست آمده بر اساس الگوریتم ارایه شده نشان داده که میدان های الکتریکی و مغناطیسی به ترتیب 7/21 درصد و 1/34 درصد نسبت به حالت اولیه کاهش یافته است. در نتیجه این امر، دامنه میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فاصله m 1 از سطح زمین کاهش چشم گیری نسبت به حالت اولیه کسب نموده است.

در این مقاله یک نمونه تقسیم کننده توان موج میلی متری برمبنای فناوری موج بر شکافی برای استفاده در شبکه تغذیه یک آنتن آرایه شکافی طراحی می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی دارای پهنای باند تطبیق ورودی حدود 10% در محدوده فرکانسی 58 تا GHz 64 است. مزیت بارز استفاده از فناوری موج بر شکافی در فرکانس های موج میلی متری دست یابی به ساختارهای موج بری با تلفات کم و بدون نیاز به اتصال فیزیکی لایه های مختلف ساختار به یکدیگر است که پیچیدگی و چالش های فرایند ساخت را کاهش می دهد. در نهایت با استفاده از تقسیم کننده توان طراحی شده، یک آنتن آرایه شکافی صفحه ای با سطح گلبرگ کناری dB 23-در فرکانس مرکزی GHz 60 با پهنای باند 1/4% طراحی می شود. بهره آنتن در محدوده فرکانسی GHz 8/58 تا GHz 25/61 بیشتر از dB 7/21 با بازدهی بالاتر از 88% می باشد.

در این مقاله، فیلتر رنگی پلاسمونیکی شیاردار پشت و روی چشم گاوی برای کاربرد در حسگرهای تصویربرداری استاندارد سی ماس ارایه شده است. فیلتر پلاسمونیکی فیلم نازک ارایه شده از جنس نقره بوده و به کمک بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات با اصلاح پارامترهای دوره تناوب، زمان وظیفه، ضخامت بدنه، ارتفاع لایه شبکه ای و قطر روزنه برای تصویربرداری مادون قرمز بهینه سازی شده است. این فیلتر پلاسمونیکی برای طول موج مرکزی nm 835 طراحی شده است که دارای بیشینه بازدهی انتقال نور 8/36% و پهنا در نصف مقدار بیشینه nm 110 می باشد. از مزیت های این فیلتر می توان به قابلیت پیاده سازی با هزینه پایین، نزدیک بودن به ناحیه حساس به نور، کاهش هم شنوایی و عدم استفاده از پلیمرهای حساس به دما که برای کاربردهای با شرایط دمایی سخت مناسب است اشاره کرد. همچنین با تجزیه و تحلیل عملکرد این فیلتر پلاسمونیکی و مقایسه آن با فیلترهای نوری دارای طول موج مرکزی مشابه، به بررسی ویژگی پلاسمون سطحی با توزیع شدت میدان الکتریکی محلی پرداخته شده است.