الکترومغناطیس کاربردی
سال:1398 | دوره:7 | شماره:1 (پیاپی 18) |تعداد مقالات:12

در این مقاله آنتن هوشمند کوچک مقرون به صرفه ای با گین زیاد و تنوع الگوی تشعشعی بسیار زیاد ارائه می شود. این آنتن در واقع نمونه پیشرفته آنتن ESPAR مرسوم است. این آنتن از یک "مونوپل کوچک" و 12 مونوپل "خم شده" تشکیل شده است. مونوپل کوچک در وسط قرار می گیرد و به عنوان المان تحریک کننده استفاده می شود و 12 مونوپل خم شده به عنوان المان های پارازیتی استفاده می شوند. تزویج بین المان تحریک کننده و المان های پارازیتی، بار خازنی برای المان تحریک کننده ایجاد می کند که باعث کوچک تر شدن آنتن می شود. با خاموش و روشن کردن 12 "دیود پین" در انتهای المان های پارازیتی امکان چرخش پرتو به وجود می آید. ابعاد آنتن ساخته شده در باند S نسبت به آنتن های هوشمند مرسوم این باند 30 درصد کوچک تر شده است. ارتفاع آنتن کمتر از mm24 (GHz @4/2 λ 186 /0) می باشد و این آنتن دارای نسبت جلو به عقب dB 4/22 و بیشینه گین dBi 26/8 در فرکانس GHz 4/2 است.

در این مقاله به بررسی و تحلیل رفتار سلول خورشیدی سیلیکونی آمورف پلاسمونی در مقابل تغییرات ابعاد نانوذره ریبونی نقره و نیز تاثیر تغییرات ضریب شکست محیط بر آن پرداخته می شود و پارامترهای مهمی مانند بازدهی شبیه سازی می شود. برای این منظور از روش تفاضل محدود حوزه زمان استفاده شده است. رفتار سلول خورشیدی در حالت با و بدون اعمال نانوذرات بررسی شده است. همچنین با تغییر ابعاد نانوذره نقره، بهترین حالت برای دستیابی به بیشترین بازدهی به دست آمده است. برای بررسی تاثیر ضریب شکست محیط بر عملکرد سلول خورشیدی پلاسمونی با تغییر ضریب شکست محیط از 1 (هوا) تا 6/1، نمایه تزویج نور به نانوذره ریبون و ضریب جذب سیلیکون به دست آورده شده است. نتایج نشان می دهد که به ازای ضریب شکست 2/1، بازدهی 45/12 به دست آمده است.

این تحقیق به تشریح طراحی بهینه یک ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری می پردازد که از طریق انرژی مکانیکی پرتابه و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، انرژی مورد نیاز فیوز پرتابه را تامین می کند. ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری ارائه شده با بهره گیری از قانون القای فارادی به تولید انرژی می پردازد و متشکل از 3 قطعه؛ آهنربای حلقه ای، بوبین فلزی و صفحه برشی می باشد. برای تعیین میزان تاثیرگذاری هر یک از پارامترها بروی انرژی تولیدی ژنراتور و همچنین به حداکثررسانی انرژی، بهینه سازی با استفاده از RSM-CCD صورت گرفت تا با مشخص کردن مقدار بهینه هر پارامتر، انرژی حداکثری نیز حاصل شود. این درحالی است که برای شبیه سازی های الکترومغناطیسی از نرم افزار Maxwell 3D استفاده شده است. با حاصل شدن ابعاد بهینه اجزای ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری، آزمایش نیز جهت راستی آزمایی با نتایج حل عددی انجام شد. با توجه به انرژی مکانیکی پرتابه که ناشی از شتاب اولیه می باشد، دستگاه تست شوک برای حل تجربی انتخاب شد. نتایج به دست آمده در رنج شتاب 'g 800 نشان می دهد که در حل تجربی ولتاژ V 14در خازنی با ظرفیتuF 100 در مدت ms 9/1 شارژ می شود و این در حالی است که در حل عددی V 8/14 در مدت زمان ms5/1 شارژ می شود که تطابق خوبی با یکدیگر دارند. همچنین برای ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری یک سازوکار امنیت طراحی شد تا سبب فعال سازی ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری در شتاب های بالاتر از'g 800 شود و تحلیل آن نیز توسط آباکوس انجام شد. نتایج حاصله از بهینه سازی بیانگر آن است که نه تنها انرژی تولیدی ژنراتور الکترومغناطیسی افزایش یافته بلکه علاوه بر کاهش حجم، تاثیر هر قطعه نیز بر عملکرد ژنراتور تعیین شده است.

در این مقاله، یک فیلتر باند باریک بسیار فشرده جدید با لبه های تیز در باند فرکانسی WLAN با استفاده از ساختارهای چپگرد-راستگرد ارائه شده است. در طراحی فیلتر باند باریک پیشنهادی از سلول واحدهای جدیدی استفاده شده است. فیلتر طراحی شده از ترکیب دو بخش مجزا تشکیل شده است. بخش اول یک ساختار راست گرد (RH) و بخش دوم یک ساختار چپ گرد (LH) است. بخش راست گرد با استفاده از مکمل حلقه های تشدیدی شکاف دار اسپیرال که روی صفحه زمین حک شده اند و یک استاب زمین شده به وسیله میانراه روی سطح بالایی ساختار پیاده سازی شده است در حالی که بخش چپ گرد با استفاده از مکمل حلقه های تشدیدی شکاف دار اسپیرال با ابعاد بزرگتر که روی صفحه زمین حک شده اند و خازن اینتردیجیتال سری روی سطح بالایی ساختار پیاده سازی شده است. در پیکربندی پیشنهادی، بخش راست گرد میان دو بخش چپ گرد قرار گرفته است. بخش راست گرد یک قطب انتقال و بخش چپ گرد یک قطب انتقال و یک صفر تولید می کنند که دو قطب انتقال در باند عبور فیلتر در فرکانس مربوط به باند WLAN (فرکانس GHz4/2) رخ می دهند. مدل مداری ساختار پیشنهادی نیز فراهم آمده است و نتایج مدل مداری با نتایج شبیه سازی مقایسه شده اند. این فیلتر دارای پهنای باندی است که محدوده GHz 25/2 تا GHz 45/2 را پوشش می دهد، به عبارت دیگر فیلتر دارای پهنای باند کسری 5/8% می باشد. ابعاد فیلتر پیشنهاد شده برابر gλ 06/0 × gλ 25/0 است که در مقایسه با فیلترهای مشابه طراحی شده بسیار کوچکتر می باشد. به منظور اعتبار بخشی به روش طراحی فیلتر، ساختار پیشنهادی ساخته و اندازه گیری شده است. با توجه به نتایج به دست آمده به وضوح دیده می شود که نتایج اندازه گیری با نتایج شبیه سازی سازگاری خیلی خوبی دارند.

ساختار روتور ماشین رلوکتانس سنکرون دارای پیچیدگی زیادی در طراحی می باشد. این پیچیدگی ها باعث عدم ارائه یک روش طراحی جامع برای این ماشین با تعداد شیارهای مختلف روتور و استاتور شده است. درواقع محققان با آزمون وخطا و یا الگوریتم های بهینه سازی زمان بر و پیچیده، حالت بهینه را جهت حصول بیشینه گشتاور و کمینه ریپل آن به دست می آورند. یکی از مشکلات این موتور ریپل بالای گشتاور آن می باشد که نیاز است در فرآیند طراحی با انتخاب مناسب پارامترهای طراحی روتور، دامنه آن کاهش یابد که این امر فرآیند طراحی را پیچیده می نماید. در این مقاله روش تحلیل جدیدی، جهت طراحی روتور ماشین رلوکتانس سنکرون با هدف کاهش ریپل گشتاور با حفظ مقدار متوسط گشتاور ارائه می شود. بدین منظور روش ارائه شده برای طراحی روتور یک استاتور 24 شیار، با روتورهای 2، 3 و 4 سد شاری موردمطالعه قرار می گیرد. پارامترهای به دست آمده با این روش بسیار نزدیک به مقادیر حاصل از مراجع قبلی-روش های بهینه سازی به همراه روش اجزای محدود-می شود. در ادامه برای ارزیابی موتور طراحی شده با این روش، عملکرد الکترومغناطیسی آن با استفاده از روش اجزای محدود شبیه سازی و نتایج آن بررسی می گردد. مشاهده می شود که گشتاور تولیدی و ریپل آن نیز بسیار نزدیک به مقادیر مطلوب به دست آمده از روش های زمان بر و پیچیده قبلی است.

در این مقاله، الگوریتم طراحی تغییر فاز دهنده تک-چنبره ای فریتی مبتنی بر فراماده باند X معرفی شده است. برای طراحی چنین تغییردهنده فاز ابتدا هسته فریتی MNG (با تراوایی مغناطیسی منفی) در مد بایاس غیرمعمولی پیاده سازی می شود. سپس بخش ENG (با نفوذپذیری الکتریکی منفی) که از خطوط متالیزه روی زیرآیند تشکیل شده، طراحی می گردد. در نهایت برای تطبیق امپدانس ورودی و خروجی تغییردهنده فاز، از ساختار دولایه دی الکتریکی به روش دوجمله ای استفاده می شود. نتایج شبیه سازی ها، نشان می دهد که به کارگیری شکل چنبره ای تغییردهنده فاز، نقص بزرگ تغییردهنده های فاز فریتی مبتنی بر فراماده که در قالب موجبری ساخته می شوند را مرتفع ساخته است، به طوری که ساختار بسیار پیچیده آزمایشگاهی بایاس با دامنه میدان مغناطیسی kOe 6-7 را به زیر Oe 50 کاهش داده است به نحوی که به راحتی با یک سیم تحریک جایگزین شده است. به علاوه، با معرفی ساختار جدید هسته مرکزی و شبکه تطبیق امپدانس، دومین ایراد عمده تغییردهنده های فاز فریتی مبتنی بر فراماده که تلفات آنهاست، از dB 10 به dB 5/2 کاهش یافته است.

با توجه به این که تفنگ ریلی یک سامانه الکترومکانیکی است، حل هم زمان معادلات الکتریکی و مکانیکی آن، به راحتی قابل انجام نیست. در این مقاله، روشی بر پایه مدل مداری برای تحلیل تفنگ ریلی ارائه می شود که در آن ابتدا مدار معادل تفنگ ریلی استخراج شده و سپس معادلات دیفرانسیل بیان کننده فیزیک حاکم بر سامانه به دست می آید. سپس با استفاده از حل این معادلات به روش رانگ کوتای مرتبه 4، به شبیه سازی تفنگ ریلی پرداخته می شود. مزیت اصلی روش ارائه شده، این است که با توجه به سریع بودن آن، می توان به راحتی در بحث بررسی حساسیت و بهینه سازی طراحی استفاده کرد؛ در صورتی که با استفاده از روش اجزای محدود، این موارد به واسطه کندی آن تقریبا غیرممکن است. در ادامه با استفاده از روش پیشنهادی، سامانه مورد نظر شبیه سازی شده و رفتار آن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین تاثیر تغییرات پارامترهای ساختاری تفنگ ریلی بر روی سرعت، بازده و نیروی وارد بر آرمیچر بررسی شده است. برای تایید نتایج به دست آمده، از روش اجزای محدود سه بعدی نقطه به نقطه استفاده شده که نتایج آن، نتایج روش ارائه شده را تایید می کند.

در این مقاله، یک روش جدید با استفاده از مبدل فلای بک کلمپ فعال برای راه اندازی لامپ مگنترون ارائه شده است. مبدل از نوع افزاینده، ایزوله و با بهره بالا می باشد. ساختار کلمپ فعال برای کاهش تنش ولتاژ ترانزیستور اصلی به کار رفته است. با کنترل زمان فعال بودن ترانزیستور کلمپ، ولتاژ مورد نیاز مگنترون تنظیم می گردد. مهم ترین مزیت روش ارائه شده، سادگی مدار کنترل منبع تغذیه راه انداز لامپ مگنترون می باشد. به علاوه روش ارائه شده موجب کاهش حجم، وزن و قیمت هسته ترانسفورماتور قدرت می گردد. همچنین با استفاده از اندوکتانس نشتی ترانسفورمر قدرت، مدار تشدید ایجاد شده است که ضمن کاهش تلفات مبدل، شرایط کلیدزنی نرم فراهم می گردد. مبدل، بیشینه توان kW 6/1 با متوسط توان W 400 را با تنظیم زمان فعال بودن مدار راه انداز تحویل می دهد. نتایج طراحی توسط نرم افزار PSCAD، شبیه سازی و تایید شده است.

در این مقاله می خواهیم یک آنتن پهن باند با قطبش دایروی طراحی نماییم. اگر امپدانس بار بهینه تقویت کننده در فرکانس های مختلف، به هم نزدیک باشند، می توان آنتن را به عنوان بار بهینه برای تقویت کننده به کار گرفت. در حالی که در این مقاله خروجی آنتن پس از اعمال سیگنال در باند فرکانسی S بررسی شده است و اثرات تابش آنتن بر روی بخش مدارات تطبیق تقویت کننده تا حدودی در نظر گرفته شده است.

برای توصیف ویژگی های کلاتر در رادار و سیگنال های برگشتی درگیرنده های مخابراتی، از مدل های آماری استفاده می شود. توزیع ریلی ساده ترین مدل محوشدگی در کانال های دید غیرمستقیم است که دقت آن در رادارهای با دقت بالا و گیرنده های مخابراتی در فاصله زیاد، کم است. هم اکنون مدل هایی با دقت بالاتر مانند ناکاگامی نوع m و مدل های ترکیبی K و GK برای مدل کردن محوشدگی استفاده می شود. گرچه دقت این مدل های غیر ریلی در کانال های دید غیرمستقیم مخابراتی نسبت به ریلی بهتر است، اما دقت همین مدل ها در زمانی که زاویه تابش در فرستنده و بازتابش درگیرنده متفاوت باشند، کاهش می یابد، در این مقاله با تحلیل و ارزیابی و استفاده از داده های عملی برای محوشدگی کانال های مخابراتی توزیع K وF پیشنهاد می گردد، گرچه مدل K قبلا برای توصیف ویژگی های کلاتر رادار معرفی شده بود.

جرثقیل مغناطیسی یک نمونه از کاربردهای صنعتی جذب مغناطیسی است که در آن از یک آهن ربای الکتریکی برای ایجاد نیروی لازم به منظور بلند کردن و جابجایی اجسام استفاده می شود. ساختارهای مختلفی برای هسته آهن ربای الکتریکی وجود دارد اما بررسی ها نشان می دهد که ساختار U_I با یک سیم پیچ متقارن به لحاظ کاهش تلفات ناشی از شارهای نشتی و اثرات لبه ای میدان مغناطیسی، مناسب ترین ساختار می باشد. در این مقاله روشی جدید برای تحلیل میدانی و طراحی آهن ربای الکتریکی معرفی می شود. در طی فرایند تحلیل و طراحی، ضمن توجه ویژه به شارهای نشتی و اثرات لبه ای، یک مدار معادل مغناطیسی جدید برای آهن ربای الکتریکی پیشنهاد شده، همچنین رفتار غیرخطی منحنی B-H هسته فرومغناطیس و نقطه اشباع آن نیز در نظر گرفته شده است. در این مقاله نرم افزار MATLABبرای تحلیل عددی و طراحی آهن ربای الکتریکی و نرم افزار ANSYS MAXWELL به منظور شبیه سازی میدان و نیروی مغناطیسی آن استفاده می گردد. به منظور بررسی دقت روش پیشنهادی، نمونه آزمایشگاهی یک آهن ربای الکتریکی، مطابق با پارامترهای طراحی مستخرج از الگوریتم پیشنهادی، ساخته شد. مقایسه نتایج اندازه گیری با نتایج حاصل از شبیه سازی، خطایی کمتر از 2% را نشان می دهد که این حاکی از دقت بالای روش طراحی است.

سامانه تداخل سنج لیزری یک ابزار تشخیصی است که از آن برای اندازه گیری چگالی الکترون در محیط پلاسمای توکامک استفاده می شود. این سامانه از اجزای مختلفی مانند لیزر، آشکارساز، بخش اپتیکی، بخش کنترل و داده گیری و غیره تشکیل می شود. اولین گام در برپایی چیدمان این سامانه جهت اهداف آزمایشگاهی، مشخصه یابی هر کدام از اجزای آن با توجه به پارامترهای توکامک و اهداف پژوهشی مدنظر است. لیزر از مهمترین مولفه های این سامانه است که انتخاب آن بر انتخاب سایر اجزا تاثیرگذار است. به همین دلیل، نخست این مولفه برای استفاده در توکامک دماوند مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. با توجه به مقدار حجم پلاسما، میدان مغناطیسی توکامک و چگالی الکترون، طول موج لیزر از ناحیه میکروموج تا فروسرخ دور و فروسرخ می تواند انتخاب شود. در این مقاله، مشخصه یابی لیزر از طریق شناسایی منابع تولید خطا در اندازه گیری چگالی الکترون در محیط پلاسمای توکامک دماوند انجام شده است. قدرت جداسازی تداخل سنج دو رنگ، پدیده شکست موج، اثر چرخش فارادی، محدوده ارتعاش آینه بازتابی، شفافیت پنجره خلا برای طول موج لیزر، نوفه ناشی از طول موج جبران سازی و انتشار مد غیرعادی به عنوان منابع تولید خطا در اندازه گیری چگالی الکترون شناسایی و سپس بستگی طول موجی هر کدام از این عوامل مشخص شد. نتایج نشان می دهد که استفاده از لیزر دی اکسید کربن دوتایی، علی رغم این که از قدرت جداسازی فاز موثر، قدرت جداسازی چگالی و نسبت سیگنال به نوفه ضعیفی در مقایسه با سایر ترکیبات طول موجی برخوردار است اما به علت دارا بودن میزان شکست کم، زاویه چرخش فارادی کوچک، پایداری بیشتر سیگنال تداخل گزینه مناسبی برای اندازه گیری چگالی الکترون پلاسمای توکامک دماوند است.