فهرست مطالب

صنایع الکترونیک - سال دوازدهم شماره 3 (پیاپی 47، پاییز 1400)

نشریه صنایع الکترونیک
سال دوازدهم شماره 3 (پیاپی 47، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سید حسین علوی لواسانی*، علی مدی صفحات 5-10

    در این مقاله طراحی همزمان بلوکهای تقویت کننده کم نویز (LNA) به همراه محدودکننده توان (limiter) به روش تطبیق امپدانس نویز بمنظور حداقل نمودن عدد نویز ورودی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا روش طراحی بلوک تقویت کننده کم نویز برای حداقل نویز و بهره توان 15 dBm در فرکانس مرکزی، بلوک محدودکننده توان برای تحمل توان ورودی 5 وات (37 dBm)، روش تطبیق دو بلوک بمنظور رسیدن به حداقل عدد نویز و حداکثر توان انتقالی از محدودکننده توان به تقویت کننده کم نویز به تفصیل ارایه شده و نتایج با حالتی که تطبیق امپدانس 50 اهم بین تقویت کننده کم نویز و محدودکننده توان برقرار باشد، مقایسه شده است. همچنین در خروجی سیستم از یک فیلتر میانگذر بمنظور حذف سیگنالهای ناخواسته خارج از پهنای باند و جلوگیری از ایجاد نویز در بلوکهای بعدی استفاده شده است. روش مذکور در طراحی و ساخت تقویت کننده کم نویز به همراه محدودکننده توان با پروسه 0.25 AlGaAs/InGaAs pHEMT برای باند فرکانسی 8.5-9.5GHz با فرکانس مرکزی 9GHz و تضعیف 25dB در خارج از محدوده 1GHz از محدوده فرکانس کاری مدار بکارگرفته شده و نتایج شبیه سازی شده و اندازه گیری شده نمونه ساخته شده آن نمایش داده شده است.

    کلیدواژگان: تقویت کننده کم نویز، محدودکننده توان، فیلتر میان گذر، GaAs pHEMT، عدد نویز
  • محمدحسین مدنی*، پوریا قلی پور، سجاد پورسجادی صفحات 11-18

    استراتژی توزیع کانال در پروتکل های کنترل دسترسی به رسانه (MAC) جهت جلوگیری از تصادم یک چالش در شبکه های اقتضایی به حساب می آید. با استفاده از دو رویکرد متفاوت، پروتکل های دسترسی چندگانه حس حامل بدون تصادم (CSMA/CA) و چرخش نشانه بی سیم (WTRP) نقش مهمی در مدیریت زیرلایه MAC ایفا می کنند. این پروتکل ها در انواع مختلفی از شبکه همچون شبکه اینترنت اشیا (IoT) تا لینک های تاکتیکی فرکانس HF مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، الگوریتم های عملیاتی این دو پروتکل مورد بحث قرارگرفته و با شبیه سازی توسط شبیه ساز NS-3 مقایسه شده اند. این دو پروتکل ارزیابی می شوند و پروتکل بهینه بر مبنای تاخیر و نرخ گذردهی که تحت تاثیر بار شبکه متاثر از تعداد بسته و گره ها است انتخاب می شود. نتایج نشان می دهند که در شبکه های با ترافیک کم حجم که گذردهی ضمانت می شود، عملکرد CSMA/CS از لحاظ تاخیر بهتر از WTRP است. هر چند که در شبکه های با بار پر حجم گذردهی WTRP بیشتر می باشد.

    کلیدواژگان: پروتکل MAC، حس حامل، Token Ring، WTRP، NS-3
  • رمضان هاونگی*، نیما رجبی صفحات 19-30

    میز شبیه ساز لرزه یکی از ابزارهای موثر برای تحلیل رفتار سازه ها در برابر ورودی زلزله است. مهمترین بخش این میز سیستم کنترلی آن است که پروفیل های جابجایی، سرعت و شتاب یک زلزله واقعی را با استفاده از داده های سنسورهای انکودر و شتاب سنج، ردیابی می کند. با وجود این، عدم قطعیت هایی مانند تغییر اینرسی میز به لحاظ نصب سازه های مختلف بر روی آن، دینامیک های مدل نشده و نویز سنسورهای میز باعث کاهش دقت سیستم کنترلی می شود. برای حل این مشکلات، در این مقاله، عملکرد میز لرزه با ترکیب خروجی سنسورها بوسیله فیلترهای تطبیقی تکاملی EKF و UKF و دو کنترلر PID سری بهبود داده شده است. در روش پیشنهادی، از فیلترهای تطبیقی تکاملی EKF و UKF برای کاهش عدم قطعیت ها، نویز سنسورها و تخمین پارامترهای میز استفاده شده است. کنترلر های PID سری از سرعت خطی تخمین زده شده توسط فیلترها به منظور پایدار سازی، ردیابی ورودی مرجع و حذف اغتشاشات بیرونی میز استفاده می کنند. عملکرد روش پیشنهادی در محیط شبیه سازی و تست آزمایشگاهی ارزیابی شده است. نتایج نشان دهنده موثر بودن روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: میز شبیه ساز لرزه، فیلترتطبیقی تکاملی، فیلتر کالمن، کنترلر PID
  • جواد یاوند حسنی*، کیوان غلامی صفحات 31-40

    در این مقاله یک مخلوط کننده پایین آورنده فراپهن باند فوق کم توان CMOS ارایه شده است. به منظور کاهش ولتاژ و توان مصرفی از ساختار تزریق به بدنه برای کاهش تعداد طبفات پشته مورد استفاده قرار گرفته است. با بکار گیری از ترانزیستورهای کانال p در هسته مخلوط کننده می توان نویز زیاد مخلوط کننده های تزریق به بدنه را بهبود بخشید. به هدف افزایش بهره تبدیل در طبقه IF از بافر افزاینده ترارسانایی استفاده شده است. همچنین برای کمتر کردن توان مصرفی، ترانزیستورها در ناحیه وارونگی ضعیف بایاس شده اند. مخلوط کننده پیشنهادی در فناوری um TSMC RF-CMOS 0.18 طراحی شده است. برای ارزیابی کارایی مخلوط کننده پیشنهادی شبیه سازی و پساجانمایی صورت گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی پساجانمایی نشان می دهد که مخلوط کننده ارایه شده بهره تبدیل بیشینه dB 8.6، عدد نویز کمینه dB15.3، IIP3 بیشینه dBm 1 و جداسازی دریچه به دریچه بهتر از dB43 با توان سیگنال LO متوسط dBm2 ارایه می دهد. توان مصرفی کل این مخلوط کننده µW250 در باند فرکانسی GHz11-3 بدست آمده است.

    کلیدواژگان: مخلوط کننده فراپهن باند، مخلوط کننده فوق کم توان، تزریق به بدنه، وارونگی ضعیف، افزاینده ترارسانایی
  • محمدحسین رفان*، مهرنوش کمرزرین صفحات 41-56

    پایش وضعیت و عیب یابی توربین بادی، موجب افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن آن می شود. یکی از رایج ترین انواع توربین بادی، نوع DFIG با مبدل پشت به پشت است. نرخ عیب مدار باز سوییچ IGBT مبدل، در مقایسه با نرخ کل خطا در توربین بادی قابل توجه است. مدار باز شدن IGBT مبدل توربین بادی، موجب نقصان در جریان خروجی مبدل و در نتیجه کاهش عملکرد تولید توان توربین بادی خواهد شد. به منظور کنترل تحمل پذیر خطا در مبدل پشت به پشت نیاز به روشی دقیق و سریع در تشخیص عیب مدار باز است. در این مقاله عیب مدار باز گیت IGBT مبدل پشت به پشت توربین بادی مبتنی بر DFIG، با استفاده از یک روش جدید با تمرکز بر افزایش سرعت و دقت، آشکارسازی و مکان یابی می شود. روش پیشنهادی ارزان قیمت بوده و برای آشکارسازی و تعیین مکان عیب، به سنسور و سخت افزار اضافه نیاز ندارد. تشخیص عیب بر اساس استراتژی فیوژن در سطح ویژگی است. برای ارزیابی ساختار پیشنهادی از یک بستر شبیه سازی مبتنی بر داده های واقعی توربین بادی 5/2 مگاوات شرکت مپنا استفاده می شود. شبیه سازی ها، موثر و مقاوم بودن روش پیشنهادی را در تشخیص عیوب تنها و چندگانه ی همزمان و غیر همزمان، در یک ساق یا ساق های متفاوت مبدل سمت شبکه و سمت روتور نشان دادند. روش ارایه شده در مقایسه با سایر روش ها سریع و پیاده سازی آن آسان است.

    کلیدواژگان: مدار باز، IGBT، مبدل پشت به پشت، DFIG، فیوژن
  • مصطفی دانائیان* صفحات 57-68

    در این مقاله، فیلترهای جدید باند باریک میان نگذر و میان گذر فشرده مایکروویوی با استفاده از یک ساختار چپگرد-راستگرد جدید برای کاربردهای WLAN ارایه شده است. به منظور طراحی فیلترهای باند باریک میان نگذر و میان گذر پیشنهادی، از سلول واحدی که سلول واحد z شکل نامیده می شود، استفاده شده است. با قرار گرفتن سلول واحد z شکل در کنار خط انتقال ریزنواری ، یک باند باریک میان نگذر در فرکانس GHz7/5 رخ خواهد داد. در حالی که اگر از یک خازن اینتردیجیتال بین دو خط انتقال ریزنواری و در زیر سلول واحد z شکل استفاده شود، یک باند باریک میان گذر در فرکانس GHz7/5 رخ خواهد داد. با استفاده از ساختارهای چپگرد-راستگرد پیشنهادی، فیلترهای باند باریک میان نگذر و میان گذر یک طبقه و دو طبقه ارایه شده اند که ابعاد فیلترهای پیشنهاد شده یک طبقه برابر gλ 17/0 × gλ 40/0 و ابعاد فیلترهای پیشنهاد شده دو طبقه برابر gλ 35/0 × gλ 40/0 است. به منظور اعتبار بخشی به روش طراحی فیلترها، ساختار پیشنهادی فیلتر میان گذر دو طبقه 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. فیلترهای پیشنهادی دارای خصوصیاتی همچون ابعاد بسیار کوچک، تلفات نسبتا کم و طراحی آسان می باشند. از طرف دیگر، به دلیل یک لایه بودن ساختارهای ارایه شده، ساخت آن ها آسان و با کمترین هزینه انجام خواهد شد.

    کلیدواژگان: ساختارهای فراماده، میان گذر باند باریک، سلول واحد z شکل، ساختارهای چپگرد-راستگرد، ابعاد کوچک
|
  • Seyed Hossein Alavi Lavasani *, Ali Medi Pages 5-10

    In this paper, the co-design of integrated low noise amplifier (LNA) and limiter with noise matching of matching network between Low noise amplifier and limiter for minimizing system noise figure is presented. The design procedure of low noise amplifier for minimum noise figure and 15 dBm power gain at center frequency and limiter block for 5 watt (37dBm) input power handling and optimization of matching network to reach minimum noise figure and maximum power transmission from limiter to low noise amplifier is discussed in detail and the result is compared with same blocks but by considering 50 ohm matching network between limiter and Low noise amplifier. Also band-pass filter is used in system output to filtering the out of band unwanted signals and prevent noise to be produced in next blocks. The mentioned method have been used for design and implementation of integrated circuit of limiter and low noise amplifier based on 0.25 AlGaAs/InGaAs pHEMT technology and 25dB signal filtering of 1 GHz out of band. Finally the simulation and measured data is demonstrated.

    Keywords: Low Noise Amplifier, limiter, passfilter, GaAs pHEMT, Noise figure
  • Mohammad Hossein Madani *, Pooriya Gholipoor, Sajad Poursajadi Pages 11-18

    Channel sharing strategy through Media Access Control (MAC) protocols for avoiding collision is a challenging issue in Ad hoc networks. Deploying two distinct approaches, Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA) and Wireless Token Ring Protocol (WTRP) play pivotal roles in MAC sublayer management. These protocols have been used in a variety of networks ranging from Internet of Things (IoT) to low rate tactical links in High Frequency (HF) band. In this paper, we investigate the operational algorithms of CSMA/CA and WTRP protocols and compare them via simulation in NS-3 simulator. The two protocols are evaluated and the appropriate protocol in terms of delay and throughput is chosen for networks with varying load, which is affected by node and packet number. Our results show that in networks with light load where high throughput is warrantied, CSMA/CA outperforms WTRP in terms of delay. However, algorithm of WTRP leads to higher throughput in networks with heavy traffic.

    Keywords: MAC protocol, Carrier sense, Token Ring, WTRP, NS-3
  • Ramazan Havangi *, Nima Rajabi Pages 19-30

    Shaking simulation table is one of effective tools for analysis of the structures' behavior against earthquake input. The most important part of this table is a control system that tracks displacement profile, velocity and acceleration of a real earthquake using encoder and accelerometer sensors. However, some uncertainties, such as changing inertia of the table regarding installation of different structures on it, the dynamics that are not modeled, and the table sensors' noise cause decrease in precision of the control system. To solve these problems, in this paper the performance of this simulated table is improved by combining the output of sensors using an evolutionary adaptive filters EKF and UKF and two series PID controllers. In the proposed method, evolutionary adaptive filters EKF and UKF is used to decrease uncertainties and sensors' noise and also for estimation of the table parameters. PID controllers use the linear velocity estimated by the filters to stabilize, track the reference input, and remove the external disturbances of the table. The performance of the proposed method is evaluated in a simulated environment and laboratory test. The result shows the effectiveness of the proposed method.

    Keywords: Shaking simulation table, Kalman filter, evolutionary Adaptive Kalman filter, PID controller
  • جواد یاوند حسنی *, Keivan Gholami Pages 31-40

    This paper presents a new ultra low power CMOS Ultra Wide Band (UWB) mixer. To reduce the supply voltage and the power consumption, the bulk injection technique is used. Adopting PMOS transistors in the mixer core enhances the noise due to bulk injection topology. On the other hand, to increase the conversion gain, we use a gm-boosting buffer in the IF stage of our design. To achieve an ultra-low power circuit, the transistors in the mixer core are biased in weak inversion region. The proposed circuit is designed and simulated in TSMC 0.18um CMOS technology. Then, the layout is designed and the post-layout simulations are performed using the foundry design kit. The post-layout simulation results revels maximum conversion gain of 10.9 dB, minimum noise figure of 13.9 dB and IIP3 if 4 dBm, with 2dBm LO power, in 3~11 GHz band. The port to port isolation is better than 43 dB. The total power consumption is 214 uW with 1V supply.

    Keywords: UWB mixer, Ultra Low Power, Bulk injection, Weak Inversion, Gm-boosting
  • Mehrnoosh Kamarzarrin Pages 41-56

    Condition Monitoring (CM) and Fault Detection of wind turbines will increase the reliability and availability of the turbine. One of the most common types of wind turbines is the DFIG type with a back-to-back converter. The IGBT open-circuit fault rate of the converter is significant compared to the total fault rate in the wind turbine. The IGBT open-circuit fault of the wind turbine converter will cause a defect in the current output of the converter, resulting in reduced wind turbine output performance. In order to fault-tolerant control in back-to-back converters, an accurate and fast method of open-circuit fault detection is required. In this paper, the IGBT open-circuit fault for DFIG wind turbine back-to-back converter using a new method detected and isolated focusing on increasing speed and accuracy. The proposed method is Low cost and it does not require extra sensors and hardware to detection and isolation of the fault. The fault diagnostic method is based on Feature-Level fusion. To evaluate the proposed structure, a simulation setup based on real data of a 2.5 MW turbine is used. Simulations result showed the effectiveness and robustness of the proposed method in the detection of single and multiple simultaneous and non-simultaneous faults in a different LEG or single LEG of the grid side and rotor side converter.

    Keywords: Open-Circuit, IGBT, Back to Back Converter, DFIG, Fusion
  • Mostafa Danaeian * Pages 57-68

    In this paper, a novel microwave narrow notch-band and band-pass filters using composite right-left handed (CRLH) structure for WLAN application are proposed. The proposed filters have been designed by using a unit-cell which is called z-shaped unit-cell. By using the z-shaped unit-cell near the microstrip line, a narrow notch-band at 5.7 GHz has been occurred while by utilizing a series interdigital capacitor, a narrow band-pass filter at 5.7 GHz has been occurred. According to the Metamaterial concept, the proposed one- and two-stage narrow notch-band and band-pass filters have been designed and simulated. The equivalent circuit model and full-wave simulation results of the proposed band-pass filters are developed. To validate the design concept, the designed two-stage band-pass filter has been fabricated and tested. Experimental verification is provided and a good agreement has been found between the simulation and measurement. The proposed filters have many advantages in terms of compact size, high selectivity, low insertion loss, and easy integration with other planar technologies. The total size of the proposed one- and two-stage filters are 0.40 λg × 0.17 λg and 0.40 λg × 0.35 λg respectively.

    Keywords: metamaterial, Narrow Band-pass Filter, Composite Right-Left Handed (CRLH), Z-shaped unit-cell, Microstrip Transmission Line, Compact Size