فهرست مطالب

الکترومغناطیس کاربردی - سال هشتم شماره 2 (پیاپی 21، پاییز و زمستان 1399)

نشریه الکترومغناطیس کاربردی
سال هشتم شماره 2 (پیاپی 21، پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/12/24
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علی ایزانلو، سید احسان عبداللهی*، سید اصغر غلامیان صفحات 1-7
    ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG) یکی از مهم ترین ژنراتورهایی است که در ساختار توربین های بادی مورد استفاده قرار می گیرد. در سالیان اخیر، تعداد DFIG هایی که در ساختار توربین های بادی استفاده شده، افزایش چشم گیری نسبت به دیگر ژنراتورها داشته است. از آن جا که مقالات محدودی در زمینه طراحی DFIG ها ارایه شده و روند طراحی و فرمول های مورد نیاز به صورت ناقص مورد بررسی قرار گرفته، در این مقاله طراحی نمونه یک DFIG 250 کیلوواتی به تفصیل ارایه شده است. در ابتدا محاسبات تحلیلی ابعاد، توزیع چگالی شار در استاتور و رتور و سایر کمیت های طراحی این ژنراتور ارایه شده و مدل تحلیلی-محاسباتی این طراحی به دست آمده است. همچنین الگوریتمی جدید که بر مبنای تکرار می باشد جهت حصول نتایج دقیق تر در طراحی انجام شده، ارایه شده است. سپس برای تایید و صحت طراحی انجام شده از نرم افزار Ansys Maxwell که بر پایه آنالیز اجزای محدود می باشد استفاده شده است. در انتها نتایج حاصل از طراحی و آنالیز عددی با نتایج حاصل از آنالیز اجزای محدود مقایسه شده و این مقایسه صحت عملکرد طراحی انجام شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ژنراتور القایی دو سو تغذیه (DFIG)، آنالیز اجزای محدود (FEA)، طراحی ژنراتور، توربین بادی، انرژی باد
  • مصطفی دانائیان* صفحات 9-15
    در این مقاله، یک فیلتر جدید باند وسیع بسیار کوچک با استفاده از حلقه مستطیلی بارگذاری شده با دو استاب مدارباز ارایه شده است. در این طراحی به منظور رسیدن به پاسخ فرکانسی یک فیلتر میان گذر دارای باند عبور وسیع، یک حلقه ریزنواری مستطیل شکل که در میان دو خط انتقال فاصله دار دوتایی دارای تزویج موازی قرار گرفته ، استفاده شده است. با استفاده از این پیکره بندی، چهار قطب انتقال تولید می شود که به منظور کنترل قطب های انتقال در باند عبور، از دو استاب مدارباز استفاده شده است. به منظور کاهش ابعاد فیلتر طراحی شده، دو استاب مدارباز در داخل حلقه مستطیل شکل تعبیه شده اند. برای اعتبار بخشی به روش طراحی، ساختار فیلتر 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. فیلتر پیشنهادی دارای پهنای باندی است که محدوده  GHz 2/3 تا  GHz 6/10 را پوشش می دهد که این محدوده فرکانسی معادل پهنای باند کسری % 5/107 است. فیلتر طراحی شده دارای لبه های تیز، تلفات باند عبور بسیار کم و مهم تر از همه، ابعاد کوچک است.
    کلیدواژگان: فیلتر میان گذر باند وسیع، حلقه مستطیل شکل ریزنواری، خطوط فاصله دار دوتایی با تزویج موازی، استاب مدارباز، ابعاد کوچک
  • سام معینی، جعفر بذر افشان، سید عبدالرضا ترابی* صفحات 17-23
    سامانه های انتقال توان بیسیم غیر تشعشعی بر پایه تشدیدکننده‏های تزویج شده مغناطیسی، به واسطه بازده بالا در مسافت‏های انتقال بیشتر از قطر سیم‏پیچ‏هایشان و محدوده میانی عملکردشان مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است. ساختار ارایه شده در این مقاله طراحی و پیاده‏سازی یک سامانه انتقال توان بیسیم مبتنی بر 4 سیم‏پیچ شامل سیم‏پیچ‏های تحریک، فرستنده، گیرنده و بار ارایه شده است. در حالتی که فرکانس تقویت کننده کلاس E با فرکانس تشدید فرستنده و گیرنده برابر باشد انتقال توان صورت خواهد گرفت. هدف این مقاله رسیدن به بالاترین بازده کاری بدون طراحی سامانه تطبیق امپدانس اضافی است و این رویکرد با تنظیم ضرایب تزویج و تغییر فاصله بین سیم‏پیچ‏های تحریک-بار و تشدیدکننده محقق خواهد شد. بیشینه بازده در فاصله cm 15، 93 درصد است و در فاصله cm 60 و cm 100 به ترتیب 3/56 و 6/35 درصد بهبود بازده نسبت به وضعیت ثابت بودن سیم‏پیچ‏ها مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: انتقال توان بیسیم، تشدیدکننده مارپیچ مسطح، بازده سامانه، تشدید‏کننده‏های تزویج شده مغناطیسی
  • مرتضی محمدی شیرکلایی*، جواد قالیبافان صفحات 25-31
    در این مقاله، یک فیلتر جدید بالاگذر موج بری با تیغه فریتی به میزبانی دی الکتریک با حذف یک محدوده فرکانسی تنظیم پذیر تحلیل و طراحی شده است. باند گذر اول این فیلتر در محدوده فرکانسی که ساختار پیشنهادی دارای خاصیت چپ گردی هست، حاصل می شود. دلیل خاصیت چپ گردی به خاطر منفی شدن هم زمان نفوذپذیری منفی فریت و ضریب گذردهی نسبی ساختار به دلیل خاصیت پلازمونیکی موج بر زیر فرکانس قطع می باشد. باند ممنوعه فیلتر پیشنهادی در محدوده فرکانسی صورت می گیرد که نفوذپذیری مثبت شده اما گذردهی نسبی همچنان منفی می باشد. با مثبت شدن گذردهی نسبی موج بر، ساختار ارایه شده همانند یک موج بر عادی که دارای خاصیت راست گرد می باشد، عمل کرده و به عنوان یک فیلتر بالاگذر رفتار می کند. محدوده فرکانسی حذف شده (باند ممنوعه) در فیلتر پیشنهادی به دلیل خاصیت تنظیم پذیری فریت ها با بایاس مغناطیسی، می تواند در یک بازه مشخص کنترل شود. استفاده از این روش تنظیم پذیری پیچیدگی سامانه کنترل خارجی را به طور چشم گیر کاهش می دهد. برای تحلیل فیلتر موج بری پیشنهادی ابتدا با استفاده از حل معادلات ماکسول و به دست آوردن توزیع میدان الکتریکی و مغناطیسی نواحی داخل آن و اعمال شرایط مرزی، معادله مشخصه آن را به دست آورده و سپس با حل عددی این معادله، نمودار پاشندگی ساختار به دست آورده می شود. در ادامه برای تایید حل تحلیلی، ساختار پیشنهادی با استفاده از نرم افزار Ansoft HFSS مورد شبیه سازی قرار گرفته و در پایان پارامترهای پراکندگی آن مورد بررسی قرار گرفته می شود.
    کلیدواژگان: فیلتر موج بری، پلازمونیک، فریت، فرامواد، راست گرد-چپ گرد مرکب ناهم تراز
  • امیر سپهوند، مریم کریمی*، کاظم جمشیدی قلعه، مهدی امنیت طلب امنیت طلب، آذین شوهانی صفحات 33-43

    عوامل متعددی از قبیل اثرات غیرخطی و ناپایداری مدی در خروجی تقویت کننده ها و لیزرها فیبری پرتوان تاثیرگذار است. ازآنجاکه این افزاره ها کاربردهای بسیاری در صنعت و پزشکی و ادوات نظامی دارند، ازاین رو مطالعه بر روی عوامل مختلف تاثیرگذار در خروجی آنها مستقیما در طراحی تقویت کننده ها و لیزرهای فیبری پرتوان انعکاس می یابد. در این مقاله ناپایداری مدی که بزرگ ترین عامل محدودکننده خروجی لیزرها و تقویت کننده های فیبری پرتوان است مورد مطالعه، شبیه سازی و بررسی قرار گرفته است. در این افزاره های توان بالا، به دلایل وجود نقص کوانتومی، تلفات و پراکندگی نور، دمای محیط افزایش می یابد این امر باعث می شود ضریب شکست محیط تغییر کند. تغییرات ضریب شکست عامل اصلی ناپایداری مدی در تقویت کننده ها و لیزرهای توان بالای فیبری است، در ناپایداری مدی،  مد پایه با اولین مد مرتبه بالاتر  تداخل کرده که موجب کاهش انرژی مد پایه می شود. در این مقاله تاثیر عوامل مختلف بر آستانه ناپایداری های مدی و انتقال توان از مد پایه به اولین مد مرتبه بالاتر مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: ناپایداری مدی، چگالی آلاینده ها، تغییرات ضریب شکست، تقویت کننده فیبر ایتربیومی
  • شکوفه متوسل، سعید علیائی*، محمود صیفوری صفحات 45-51
    یکی از ویژگی های اصلی سلول خورشیدی پروسکایت، قابلیت جذب بالا در ناحیه مریی است. با این حال می‏توان به جذب پایین آن‏ها در ناحیه فروسرخ که قسمت بزرگی از طیف خورشیدی در این ناحیه است و همچنین سمی بودن ترکیبات پروسکایت اشاره کرد. برای غلبه بر این مشکل نانوذرات فلزی معرفی شده‏اند. در این مقاله با قرار دادن نانوذرات در لایه جاذب پروسکایت به بررسی اثر اندازه، فاصله، موقعیت و ترکیب نانوساختارهای پلاسمونی بر روی جذب نور، جریان نوری، چگالی جریان اتصال کوتاه و بیشینه نرخ تولید در سلول خورشیدی پروسکایت پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از نانوذرات نقره با شعاع nm50 و فاصله nm20، خصوصیات نوری ذکرشده نسبت به حالت مرجع که بدون حضور نانوذرات است، 33/1 برابر افزایش می یابد. همچنین ضخامت‏های مختلف لایه جاذب که رابطه مستقیمی با میزان سمی بودن آن دارد نیز مورد بررسی قرار داده می شود.
    کلیدواژگان: سلول خورشیدی، پروسکایت، نانوذرات فلزی، نرخ تولید، تحلیل FDTD
  • امین فرجزاده قلعه، شهریار کابلی* صفحات 53-63
    دوقطبی کننده پالس بلوملین برای 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. در دوقطبی کننده پالس بلوملین با استفاده از خطوط انتقال و 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. مشکلی که مشاهده می شود این است که ولتاژ خروجی این ترکیب تودرتو نسبت به ولتاژ خروجی مدل مداری آن کیفیت پایین تری دارد. این مقاله در مورد نتایج طراحی و شبیه سازی یک دوقطبی کننده پالسی ولتاژ بالا با ولتاژ kV 300 و عرض پالس nS 2 با امپدانس بار Ω 50 می باشد. این مقاله با بررسی انواع عوامل فیزیکی ساختار تودرتو به بررسی تاثیر آنها بر شکل موج پالس دوقطبی شده می پردازد. نتایج شبیه سازی برای اعتبار سنجی تحلیل های انجام شده ارایه می شوند
    کلیدواژگان: انعکاس امواج، پالس تک قطبی، پالس دوقطبی، خطوط انتقال، مولد پالسی
  • مصطفی گلرخ جوبنی، آرش دهستانی کلاگر*، محمدرضا علیزاده پهلوانی صفحات 65-79

    کوره های قوس الکتریکی از بزرگ ترین بارهای متمرکز، غیرخطی و با رفتار آشوبناک در شبکه های توزیع قدرت می باشند. مدل سازی و شبیه سازی مغناطیسی این بارها کمترین خطا را نسبت به ماهیت و رفتار فیزیکی قوس الکتریکی داشته و در دقت مطالعات، نقش بسزایی دارد. در این مقاله شبیه سازی کوره قوس الکتریکی AC فرکانس پایین، به روش اجزای محدود و با کمک نرم افزار قدرتمند COMSOL Multiphysics، انجام می گیرد. روش اجزای محدود جهت تحلیل های مغناطیسی، حرارتی و دینامیکی روش مرسومی بوده و توانمندی خود را در حوزه های فیزیکی مختلف به اثبات رسانیده است. در شبیه سازی به روش اجزای محدود، مدار الکتریکی مورد استفاده، ابعاد الکترود، شرایط دمایی اولیه و منبع تغذیه ورودی کوره نیز در نظر گرفته می شوند. با استفاده از حل هم زمان معادلات فیزیکی مختلف در نرم افزار COMSOL Multiphysics و بهره گیری از روابط و اصول مگنتوهیدرودینامیک، قانون آمپر، قانون اهم و معادلات ماکسول مدل قوس الکتریکی و نحوه ایجاد پلاسما مطالعه می شوند. سپس با استخراج نتایج و مقایسه با روابط و مطالعات پیشین، پایداری قوس مورد ارزیابی قرار می گیرد. پایداری قوس سبب کاهش هارمونیک های تولیدی و فلیکر ولتاژ تحمیلی به شبکه شده و نیاز به ادوات جبران ساز را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: کوره قوس الکتریکی، پلاسما، پایداری قوس الکتریکی، پلاسمای حرارتی، قوس جریان بالا، قوس دینامیکی
  • امیر بینقی، مجید بقائی نژاد، مرتضی رضایی* صفحات 81-87
    در این مقاله، یک تقویت کننده کم نویز در باند Ka به صورت یکپارچه با استفاده از فناوری µm InGaAs pHEMT 15/0 برای کاربرد در گیرنده های ماهواره ای ارایه می گردد. این تقویت کننده که متشکل از سه طبقه می باشد پس از طراحی و شبیه سازی، جانمایی شده و به صورت تمام موج شبیه سازی شده است. حداکثر عدد نویز تقویت کننده در بازه فرکانسی GHz 32 تا GHz 37 برابر با dB 8/1 و محدوده تغییرات بهره برابر dB 4/0 ± 7/20 به دست آمده است. میزان تلفات بازگشتی در ورودی و خروجی نیز بهتر از dB 16 و نقطه فشردگی بهره dB 1 در خروجی برابر با dBm 13 حاصل شده است. مساحت کل اشغال شده طرح نهایی برابر با mm2 3/1 × 6/1 می باشد. تقویت کننده های طبقات مختلف از نوع سورس مشترک با پیکربندی source degenerated بوده و تلاش شده است تا حد امکان تطبیق امپدانس با استفاده از خط انتقال بجای سلف پیاده سازی شود. پایداری مدار نیز در بازه فرکانسی وسیع تاGHz  45 برآورده شده که برای بهبود آن از یک مقاومت و مدار تشدید موازی در مسیر تغذیه کمک گرفته شده است.
    کلیدواژگان: گیرنده ماهواره، تقویت کننده کم نویز، باند Ka، فناوری GaAs HEMT
  • مهرداد فرودی جهرمی، محمدحسین استوارزاده*، روح الامین زینلی داورانی صفحات 89-96

    از آن جا که درصد بالایی از خطاهای کابل های برق زیرزمینی در محل مفصل این کابل ها روی می دهد، لذا تشخیص محل مفصل در این کابل ها از مهم ترین چالش های شرکت های توزیع برق می باشد. در این مقاله یک روش غیرفعال برای تشخیص محل مفصل در کابل های برق زیرزمینی بر اساس تغییرات میدان های مغناطیسی در بالای محل کابل و در سطح زمین پیشنهاد شده است. برای این منظور در ابتدا میدان های مغناطیسی بالای یک کابل بلند که یک مفصل در وسط آن است، با استفاده از نرم افزار CST شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که هنگام اسکن در امتداد کابل، میدان مغناطیسی در محل مفصل تغییر می یابد که می تواند برای تعیین مکان آن استفاده گردد. جهت اطمینان از عملکرد روش پیشنهادی، شبیه سازی ها برای اتصالات مختلف واقع در اعماق مختلف و در خاک های مختلف انجام شده است. از جمله مزایای روش پیشنهادی عدم نیاز به منبع خارجی و همچنین عدم نیاز به قطع برق جهت یافتن محل مفصل در کابل های برق زیرزمینی می باشد.

    کلیدواژگان: مفصل، کابل سه فاز برق دار، توزیع میدان های مغناطیسی، روش غیرفعال
  • حسین باقری نقنه، صمد تقی پور بروجنی*، عبدالرضا ربیعی صفحات 97-106
    در این مقاله تاثیر مدار رتور بر روی مشخصه های ماشین القایی دو سو-تغذیه بدون جاروبک (BDFIM) بررسی شده است. به این منظور یک مدل دینامیکی برای BDFIM با رتور حلقه-آشیانه ای (nested-loop) تهیه شده است. مدل مذکور بر پایه مدارهای تزویج شده سیم پیچی های استاتور و حلقه های رتور می باشد. با استفاده از روش تابع سیم پیچ، اندوکتانس های خودی و متقابل مدارهای تزویج شده به صورت توابعی از موقعیت رتور و پارامترهای ماشین به دست آمده اند. از این مدل به عنوان یک ابزار سریع جهت پیش بینی عملکرد دینامیکی ماشین  BDFIM استفاده شده است. تایید مدل به وسیله تحلیل جزای محدود (FEA2) انجام شده است. با استفاده از مدل دینامیکی تهیه شده، برخی مشخصه های ماشین BDFIM مانند تلفات اهمی در شرایط بی باری و بارداری و تزویج مغناطیسی بین سیم پیچی های قدرت و کنترل برای دو ساختار مختلف رتور این ماشین (آشیانه با حلقه های  سری و موازی) مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین با استفاده از مدل به دست آمده تاثیر تعداد و دهانه حلقه های رتور بر روی مشخصه های BDFIM مطالعه شده است.
    کلیدواژگان: ماشین القایی دو سو-تغذیه بدون جاروبک، روش تابع سیم پیچی، مدل سازی دینامیکی، تحلیل اجزا محدود، آشیانه با حلقه های سری و موازی
  • رضا غفارپور*، سعید زمانیان صفحات 107-117

    هدف از اجرای طرح های پدافند غیرعامل، کاستن از آسیب پذیری نیروی انسانی و تجهیزات حیاتی و حساس کشور در شرایط بحرانی می باشد. از این رو، رعایت اصول پدافند غیرعامل به منظور  پیشگیری و کاهش مخاطرات ناشی از سوانح طبیعی از جمله صاعقه ضروری و لازم می باشد.  برخورد مستقیم و غیرمستقیم صاعقه به ساختمان ها و انتقال جریان آن از طریق خطوط خدماتی ورودی به آن ها می تواند باعث ایجاد ولتاژ گام و تماس گردد که برای انسان ها، ساختمان ها و محتویات با ارزش آن ها، آسیب زننده و خطرناک می باشد. به طور کلی ولتاژ گام تا شعاع چند متر در اطراف محل اصابت صاعقه، پراکنده می شود و امر موجب برق گرفتگی افرادی می شود که در اطراف آن حضور دارند. از این رو، تحقیق حاضر با هدف به حداقل رساندن آسیب های ناشی از برخورد صاعقه به مراکز حساس در ارتفاع بالا و مناطق صخره ای از منظر پدافند غیرعامل می پردازد. از آنجایی که عموما ایستگاه های مخابراتی و دیتا در نقاط مرتفع کوهستانی و یا در فضاهای باز مستقر هستند، اهمیت حفاظت کارکنان در برابر صاعقه در آنها بسیار با اهمیت می باشد. در این مقاله، بهترین و بهینه ترین روش جهت اجرای سامانه زمین به منظور حداقل سازی ولتاژ گام و تماس سایت های مخابراتی در ارتفاع بالا با کمک نرم افزار قدرتمند CDEGS و مطابق استاندارهای بین المللی ارایه می گردد.

    کلیدواژگان: سامانه زمین، ولتاژ گام، ولتاژ تماس، حفاظت صاعقه، مناطق کوهستانی، سایت های مخابراتی
|
  • Seyed Ehsan Abdollahi *, Sayyed Asghar Gholamian Pages 1-7
    Doubly Fed Induction Generator (DFIG) is one of the important generators that is used in the wind turbine structures. In the past few years, DFIG-based wind turbine systems that have been installed in the onshore and offshore wind farms are greater in number, than any other generator. Since the number of references that present the DFIG designing field are limited and equations and the design process are incompletely reviewed, in this paper the complete design process of a 250kW DFIG is presented. First, the optimal design equations of DFIGs are reviewed and then a model for the study of generator operation is presented. The detailed design of the DFIG is done next, and finally the Finite Element Analysis (FEA) is used to verify the design. The results show the effectiveness of the presented design process for the DFIG.
    Keywords: DFIG, FEA, Generator Design, Wind Turbine, Wind Energy
  • Mostafa Danaeian * Pages 9-15
    In this article a miniaturized ultra-wideband (UWB) bandpass filter (BPF) using the microstrip rectangular ring loaded by two open stubs is presented. The proposed structure consists of two doublet parallel coupling gaps at each side of a microstrip ring. In comparison with some other filters, this structure shows a significantly wider passband due to the introduction of a cross-coupling between the feed lines (input and output) which generates four pairs of transmission poles in the passband. In order to control the transmission poles in the pass band and adjust the transmission poles near the lower and upper edges of the filter, two open stubs have been loaded on the microstrip rectangular ring. Consequently, a compact four poles ultra-wide bandpass filter is designed which exhibits extremely sharp rejection skirts around the target passband. The proposed filter has a passband that covers 3.2 to 10.6 GHz and its measured 3 dB fractional bandwidth is about 107.5%. In order to validate the performance of the proposed technique, the designed UWB band-pass filter is fabricated and experimental verification is provided. A good agreement has been found between the results obtained by simulation and the measurements. Furthermore, rejection level better than 20 dB in upper stopband is extended to around 15 GHz. To our knowledge, the size of the proposed ultra-wideband filter is more compact in comparison with known similar filters.
    Keywords: Ultra-Wideband (UWB), Bandpass Filter (BPF), microstrip rectangular ring, Doublets Parallel Coupling Gaps, open stub, Compact Size
  • SAM MOEINI, J. Bazr Afshan, Abdorreza Torabi * Pages 17-23
    Non-radiative wireless power transfer systems based on magnetic resonant coupling have received the attention of many researchers, due to their high efficiency over distances greater than the diameter of their coils and their mid- range of operations. In this article, the design and implementation of a 4-wireless power transmission system consisting of a power coil (drive loop), a transmitting coil (Tx coil), a receiving coil (Rx coil) and a load coil (load loop) is presented. Power is transmitted when the frequency of the E class amplifier is equal to the self-resonant frequency of the transceiver coils. The purpose of this paper is to achieve the highest efficiency without designing an additional impedance matching system. This condition is achieved by varying the coupling factor between the power coil (load) and the two resonators. The maximum efficiency is 93% at 15 cm and using this method results in efficiency improvements of 56.3% and 35.6% at the distances of 60 cm and 100 cm respectively, compared to the case of the coils being fixed.
    Keywords: Wireless Power Transfer, 4-Coils, Efficiency, Magnetic Resonant Coupling
  • M. Mohammadi *, Javad Ghalibafan Pages 25-31
    In this paper, a novel high pass waveguide filter of the ferrite blade with a tunable rejection band is designed and analyzed. The first band-pass of this filter is obtained in the frequency bands where the proposed structure is in the left-hand region. The reason for the left-hand property is the negative effective permeability of the ferrite, and the effective permittivity of the structure is due to the plasmonic property of the waveguide below the cutoff frequency. Stopband occurs in the frequency bands that have positive permeability while the effective permittivity is still negative. As the effective permittivity of the structure is positive, the proposed structure acts as a regular waveguide with a right-hand nature and acts as a high pass filter. The rejection band of the proposed filter shifts due to the ferrite-adjustable property of the magnetic bias. The use of this method dramatically reduces the complexity of the external control system. To analyze the proposed waveguide filter, we proceed by solving the Maxwell equations and obtaining the distribution of the electric and magnetic fields inside the regions of the structure and applying the boundary conditions, to obtain the characteristic equation and then the dispersion diagram is achieved by the numerical solution. To confirm the analytical solution, the proposed structure is simulated using Ansoft HFSS software and finally, its scattering parameters are investigated.
    Keywords: Waveguide filter, Plasmonic, Ferrite, Metamaterial, unbalanced composite right-left hand
  • Amir Sepahvand, Maryam Karimi *, Kazem Jamshidi Ghaleh Jamshidi Ghaleh, Mahdi Amniat-Talab Amniat Talab, Azin Shohani Pages 33-43

    Different factors such as nonlinear phenomena and mode instability affect the output of the high-power fiber lasers and amplifiers. Since these devices have many applications in the industry, medicine, and military facilities, the study of the various factors’ effects on their output is directly reflected on the design of high-power lasers and amplifiers. In the present paper, the mode instability which is the major limiting factor on the output of high power lasers and amplifiers has been studied, simulated, and investigated. In these high-power devices, the temperature increases due to quantum defects, background loss, and light scattering, which change the refractive index of the fiber material. Variation of the refractive index is the main reason of mode instability in high power fiber lasers and amplifiers. Mode instability causes the coupling of the fundamental mode  to the upper-mode and thus decreases the fundamental mode’s energy. In this paper, different factors that affect the threshold of the mode instability and power transfer from the fundamental mode to the upper mode have been investigated.

    Keywords: Mode instability, Dopant concentration, Refractive index change, Ytterbium doped fiber amplifier
  • Shokofeh Motevasel, Saeed Olyaee *, Seifouri Mahmoud Pages 45-51
    One of the main capabilities of the perovskite solar cell is their high absorbability in the visible range. However, they have low absorption coefficient in the infrared region, which is a large part of the solar spectrum in this area, as well as the toxicity of perovskite compounds. Metal nanoparticles have been introduced to overcome this problem. In this research, we studied the effect of size, distance, position, and composition of plasmonic nanostructures on light absorption, optical current, short-circuit current density, and maximum generation rate in perovskite solar cells. The results revealed that the optical properties mentioned above will be enhanced up to 1.33 times, compared to the reference state in which no nanoparticles are present, by using silver nanoparticles with 50 nm radius and 20 nm distance. In the following, different thicknesses of the absorbent layer were examined, as thickness has a direct relationship with the absorbent layer toxicity
    Keywords: Solar Cell, Perovskite, Metal nanoparticles, Generation rate, FDTD Analysis
  • Amin Farajzadeh, Sh. Kaboli * Pages 53-63
    Blumlein bipolar pulse former is a widely used bipolar pulse generator with good performance. This structure produces a bipolar pulse from a unipolar pulse using the reflection theorem of the waves in transmission lines. Practical considerations in the design process of Blumlein bipolar pulse former is an important issue from the view point of output voltage waveform quality and construction cost. In this paper, a Blumlein bipolar pulse former has been simulated and analyzed to investigate the effect of different physical parameters on the output voltage waveform. The results of simulations can be used to design a bipolar pulse generator with acceptable output voltage waveform.
    Keywords: Bipolar pulse, Transmission lines, Unipolar pulse, Wave reflections
  • Mostafa Golrokh Joubeni, Arash Dehestani Kolagar *, MohammadReza Alizadeh Pahlavani Pages 65-79

    Electric arc furnaces are the largest concentrated, nonlinear and chaotic loads in power distribution networks. Magnetic modeling and simulation of such loads have the least error with respect to the physical nature of the arc and play a significant role in the accuracy of the studies. In this paper, the electromagnetic simulation of a low-frequency AC arc furnace is performed based on finite element method, utilizing the powerful COMSOL Multiphysics software. The finite element method for magnetic, thermal and dynamic analysis is a commonly used method and its capability in various physical fields has been repeatedly proven. In this finite element simulation, the corresponding electrical circuit, the electrode physical dimensions, the initial thermal condition and the furnace power supply system are also considered. By simultaneous solving of different physical equations in COMSOL Multiphysics software and applying the magnetohydrodynamic principles, Ampere's law, Ohm's law, and Maxwell’s equations, the arc model and plasma generation are investigated. Then, by extracting the results and comparing them with previous studies, the stability of the arc is evaluated. A stable arc decreases the harmonic components and also diminishes the voltage flicker severity imposed on the grid and thus, reduces the need for compensator equipment.

    Keywords: Electric Arc furnace, Plasma, Arc stability, Thermal Plasma, High Current Arc, Dynamic Arc
  • Amir Bionghy, Majid Baghaei Nejad, Morteza Rezaee * Pages 81-87
    In this paper, a Ka band low-noise amplifier realized in 0.15μm InGaAs pHEMT technology for satellite applications is presented.  The proposed three stages amplifier is designed and simulated using the equivalent circuit model and its layout is studied by full-wave electromagnetic simulation. Full-wave simulation results in the frequency range of 32GHz to 37GHz show a maximum noise figure of 1.8 dB and gain of 20.7 dB with 0.4 dB ripple. Also, the input and output return loss is better than 16 dB and output 1dB gain compression point is equal to 13 dBm. The total area occupied by the final design is 1.6 × 1.3 mm 2. All three amplifier stages have source-degenerated configuration and to realize the impedance matching network whilst reducing the size of LNA, transmission line is used instead of inductors. A parallel LC tank circuit in series with a resistor in biasing network is used to improve the stability in a wide frequency range up to 45GHz.
    Keywords: Satellite Receiver, Low noise amplifier, Ka Band, GaAs HEMT Technology
  • Mehrdad Foroodi, MohamadHossein Ostovarzadeh *, Roohol Amin Zeinali Davarani Pages 89-96

    Since a high percentage of faults in underground power cables occur at the joint location of these cables, identifying the cable joints location is one of the most important challenges for power distribution companies. In this paper, a passive method to detect the underground electrical cable joints based on the variations of magnetic fields at the ground surface is proposed. For this purpose, the magnetic fields above a long cable containing a joint at the middle were first simulated using CST software. Simulation results showed that when scanning along the cable, the magnetic field changes at the joint position which can be used for finding its location. Simulations were repeated for different joints located at different depths and in different soils. The advantage of the proposed method is that it does not need any external source and causes no interruption of electric power in underground power cables.

    Keywords: joint, Hot cables, Magnetic Fields, Passive method
  • Hosein Bagheri Naghneh, Samad Taghipour Boroujeni *, Abdoreza Rabiee Pages 97-106
    In this paper, the influence of the rotor circuit on the characteristics of the brushless doubly-fed induction machine (BDFIM) is investigated. For this purpose, a dynamic model is provided for the nested-loop BDFIM. The model is based on the coupled circuits of the stator windings and the rotor loops. By using the winding function method, the self- and mutual-inductances of the coupled circuits are obtained as functions of the rotor position and design parameters. This model is used as a fast tool to predict the dynamic performance of the BDFIM and is verified by means of time-stepping Finite Element Analysis (FEA). Using the provided dynamic model, some characteristics of the BDFIM such as the Joule loss and the magnetic coupling between the power and control windings at no-load conditions are studied. Using the developed model, the effect of the number and the arc span of the rotor loops on the no-load characteristic of the BDFIMs is studied.
    Keywords: Brushless doubly-fed induction machine, Coupled circuit model, Dynamic modeling, finite element analysis, No-load
  • Reza Ghaffarpour *, S. Zamanian Pages 107-117

    The purpose of passive defense plans is to reduce the vulnerability of human resources and critical equipment in the country. Therefore, compliance with non-operating defense principles is essential to prevent and reduce the risks of natural disasters such as lightning. Direct and indirect lightning strikes on buildings and transmitting current through incoming service lines can cause step-and-contact voltages that are harmful and dangerous to the humans and, the buildings and their valuable contents. In general, the step voltage is scattered to a radius of several meters around the location of the lightning stroke, causing injury to the people nearby. Therefore, from the passive defense perspective, the present study aims to minimize the damage of lightning strikes on sensitive centers placed at high altitudes and located in rocky areas. Since telecommunications and data stations are generally positioned in highlands or open areas, lightning protection is very important. Observing the compliance with international standards and recommendations in such environments, this paper uses the CDEGS Software to present the best and most optimal way to implement the ground system in order to minimize the step-and-contact voltages of telecommunication sites.

    Keywords: Earthing System, Step Voltage, Touch Voltage, Lightning Protection, Telecommunication Sites