فهرست مطالب

صنایع الکترونیک - سال دهم شماره 1 (پیاپی 37، بهار 1398)

نشریه صنایع الکترونیک
سال دهم شماره 1 (پیاپی 37، بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/03/01
  • تعداد عناوین: 8
|
  • علی علایی صلوات، سعید سعیدی* صفحات 5-18

    در این مقاله، پیشنهاد به کارگیری حلقه قفل فاز نوع سوم در سنتزکننده های فرکانس عدد کسری برای سیستم رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس مطرح می شود. تحلیل حلقه قفل فاز نوع سوم و مقایسه آن با حلقه قفل فاز متداول نوع دوم نشان می دهد که این ساختار تغییرات فرکانس خطی در سیستم رادار موج پیوسته را با دقت بیشتری دنبال می کند و خطای فاز ماندگار در آن، برخلاف حلقه قفل فاز نوع دوم، به طور مستقل از پهنای باند حلقه و یا شیب تغییرات فرکانس خروجی، به صفر می رسد. با توجه به شرایط پایداری، توان مصرفی، نویز فاز خروجی و دقت مورد نیاز برای مدولاسیون فرکانس، روند طراحی سنتزکننده فرکانس مبتنی بر حلقه قفل فاز نوع سوم در این مقاله بیان شده و برمبنای آن، یک سنتزکننده فرکانس عدد کسری به همراه مدولاتور دلتا- سیگما جهت اعمال مدولاسیون مثلثی در فرکانس مرکزی 10 گیگاهرتز با شیب تغییرات فرکانس 2 مگاهرتز بر میکروثانیه طراحی می شود. شبیه سازی مدار طراحی شده در فناوری 0.18 میکرومتر سی ماس، کاهش 34 درصدی خطای فرکانس خروجی را نسبت به طراحی با ساختار حلقه قفل فاز نوع دوم، در توان مصرفی یکسان، نشان می دهد.

    کلیدواژگان: رادار موج پیوسته با مدولاسیون فرکانس، سنتزکننده فرکانس عدد کسری، حلقه قفل فازنوع سوم، فیلترحلقه، مدولاتور دلتا-سیگما
  • نصیرالدین نجات بخش، محسن غفاری میاب*، نادر مکاری صفحات 19-28

    آنتن های با قابلیت پیکربندی مجدد این توانایی را دارند که الگوی تشعشعی خود را بر اساس نیاز تغییر دهند. برای اینکه بتوان از قابلیت پیکربندی مجدد این آنتن ها بهره برد، باید با استفاده از پارامترهای تخمین زده شده ی کانال، بهترین حالت یا الگوی تشعشعی را برای آنتن پیدا کرد. در این مقاله با در نظر گرفتن یک سیستم چند کاربره ی MIMO، با تعریف یک مسئله ی بهینه سازی، تاثیر استفاده از آنتن های پیکربندی مجدد با الگوهای تشعشعی مختلف در افزایش نرخ تبادل اطالاعات مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از الگو-های تشعشعی استاندارد سیستم های MIMO و با فرض استفاده از یک آنتن آرایه ای ایستگاه پایه با المان های با قابلیت پیکربندی مجدد و چند کاربر تک آنتنی، نمودار های ظرفیت متوسط هر کاربر بر حسب سیگنال به نویز و همچنین نمودار ظرفیت متوسط بر حسب تعداد کاربران رسم شده است. بر اساس این نمودارها، ظرفیت متوسط کاربران برای حالت بدون شکل دهی پرتو 40% (به میزان 0.045bps/Hz) و با شکل دهی پرتو MRC 5% (به میزان 0.052 bps/Hz) نسبت به حالتی که آنتن ها قابلیت پیکربندی مجدد نداشته باشند بهتر خواهدبود.

    کلیدواژگان: آنتن های با قابلیت پیکربندی مجدد، MIMO، نسل پنجم شبکه های مخابراتی بی سیم
  • مصطفی قلی زاده، محسن غفاری میاب* صفحات 29-38

    در این مقاله میدان مغناطیسی ناشی از یک منبع جریان خطی تعبیه شده داخل یک استوانه ی دارای نفوذپذیری مغناطیسی (μ) و گذردهی الکتریکی (ε) نزدیک صفر یا به طور اختصاری MENZ، با توجه به کاربرد این ساختار در انتشار همدوس امواج الکترومغناطیسی، مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا روابط تحلیلی میدان مغناطیسی برای هر دو محیط داخل و بیرون استوانه ی MENZ با استفاده از معادلات ماکسول به دست می آید. سپس اثبات می شود که میدان مغناطیسی داخل ناحیه ی MENZ را می توان با استفاده از روش تصویر به دست آورد و بار دیگر رابطه ی به شکل بسته ی میدان مغناطیسی داخل استوانه ی MENZ با استفاده از روش تصویر استخراج می شود. در پایان، این رابطه با نتایج شبیه سازی عددی مبتنی بر روش اجزاء محدود مقایسه می شود تا درستی نتایج عددی محک زده شود. مشاهده می شود که نتایج تحلیلی و عددی با هم تطابق بالایی دارند.

    کلیدواژگان: فرامواد دارای گذردهی الکتریکی نزدیک صفر، فرامواد دارای نفوذپذیری مغناطیسی و گذردهی الکتریکی نزدیک صفر، فرامواد دارای ضریب شکست صفر، منبع جریان خطی ثابت، روش تصویر
  • سید محمد هاشمی*، پیمان حسنی صفحات 39-44

    در سال های اخیر تلاش های بسیاری برای افزایش پهنای باند بدون تغییر اندازه آنتن و در نتیجه با حداقل اندازه آنتن صورت گرفته است. در این مقاله به ارائه آنتن آستینی پهن باند متشکل از خط موجبری هم سطح متصل به استوانه فلزی می پردازیم. برای دست یابی به تطبیق امپدانس مطلوب خط تغذیه هم سطح به صورت غیر یکنواخت طراحی شده است. تاثیر پارامترهای طراحی روی تطبیق امپدانس با چند شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر پهنای باند امپدانسی عریض، پترن همه-جهته، سادگی، هزینه ساخت پایین و ابعاد فشرده، این آنتن را به گزینه ای مناسب برای تعدادی کاربرد نظامی یا برداشت انرژی فرکانس رادیویی خصوصا در باندهای فرکانسی پایین VHF/UHF تبدیل کرده است. در زمینه برداشت انرژی فرکانس رادیویی می توان از آنتن مذکور با ساختار چاپی برای برداشت انرژی در باندهای 900-GSM، 1800-GSM و 2150-UMTS در کنار یکسوساز و شبکه تطبیق استفاده کرد. در این کار آنتن پیشنهادی شبیه سازی شده برای محدوده فرکانسی 185 تا 523 مگاهرتز با کارهای گذشته مقایسه شده است. آنتن پیشنهادی، ساختار فشرده با سایز فیزیکی 021λ/0 "×" 348λ/0 و پهنای باند %5/95 در شرایط VSWR کمتر از 3 دارد.

    کلیدواژگان: پهن باند، سایز فشرده، آنتن آستینی تغذیه شده با خط تغذیه هم سطح، برداشت انرژی فرکانس رادیویی
  • فضل الله ادیب نیا*، سیدصابر بنی هاشمیان، مهدی آقا صرام صفحات 45-60

    تاکنون الگوریتم های جدا از محدوده متعددی جهت تخمین مکان در شبکه های حسگر بی سیم پیشنهاد شده است. در این الگوریتم ها فرض شده است که شبکه عاری از هرگونه خطا و داده غلط و مخرب است. در این مقاله مدلی جهت تحلیل حملات و داده های مخرب در الگوریتم های مکان یابی جدا از محدوده ارائه شده است و سپس به کاربرد آن در ارزیابی و مقایسه الگوریتم های مکان یابی جدا از محدوده مطرح DV-hop، LSVM، NN و ELM پرداخته شده است. داده های مخرب ممکن است توسط گره های لنگر مخرب و یا گره های حسگر تسخیرشده، تولید شوند. مقاومت این الگوریتم ها در برابر حمله تسخیر گره با یکدیگر مقایسه و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که اگرچه DV-hop در شرایط عادی خطای مکان یابی کمتری نسبت به سه الگوریتم دیگر دارد اما در صورت وجود حمله تسخیر گره لنگر و حسگر، به ترتیب، LSVM و ELM دارای خطای مکان یابی کمتری هستند. همچنین در این مقاله، معیار جدیدی جهت بررسی و مقایسه مسئله مرزی در الگوریتم های مکان یابی جدا از محدود، پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی الگوریتم های مکان یابی نشان می دهد که LSVM در مقایسه با دیگر روش های مکان یابی جدا از محدوده، در مسئله مرزی دارای کارآیی بهتری است.

    کلیدواژگان: مکان یابی، شبکه حسگر بی سیم، جدا از محدوده، حمله تسخیر گره، مسئله مرزی
  • مریم رضایی راوری، وحید ستاری نایینی* صفحات 61-72

    کارایی شبکه های روی تراشه تحت تاثیر الگوریتم های مسیریابی می باشد. ازدحام در شبکه با توجه به افزایش زمان تاخیر بسته، تاثیر منفی در کارایی شبکه ی روی تراشه دارد. قابلیت اطمینان دربرابر خرابی هم یکی از اهداف کلیدی در طراحی شبکه های روی تراشه است. برای دستیابی به عملکرد بهتر همراه با تحمل پذیری خطا در شبکه ی روی تراشه دو تابع کلیدی مورد نیاز است: الف) توانایی جلوگیری از مسیرهای متراکم و تعادل حجم ترافیک و ب) توانایی تحمل خطاها و ارائه یک سیستم کارا حتی در صورت وجود مشکل فیزیکی. بدین منظور در این مقاله یک مدل هزینه برای انتخاب مسیری با قابلیت اطمینان بیشتر و تراکم کمتر پیشنهاد شده است. در این مدل، ابتدا از الگوریتم مسیریابی آگاه از ازدحام مبتنی بر روش Q-Learning برای بررسی ازدحام در شبکه استفاده می شود؛ سپس برای درنظرگرفتن قابلیت اطمینان، وضعیت لینک های مجاور بررسی می شود. در نهایت با توجه به اهمیت قابلیت اطمینان به این پارامتر وزن بیشتری اختصاص داده می شود و مسیری با کمترین هزینه برای ارسال بسته ها انتخاب می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی تحت دو الگوی ترافیکی نشان می دهد که عملکرد روش پیشنهادی در حضور لینک های خطا نسبت به الگوریتمی که فقط ازدحام را بررسی می کند بهبود پیدا می کند.

    کلیدواژگان: qlearning، شبکه ی روی تراشه، تحمل پذیر خطا، قابلیت اطمینان، الگوریتم مسیریابی آگاه از ازدحام
  • علیرضا شمسی* صفحات 73-84

    طراحی و پیاده سازی یک مدولاتور دلتا سیگمای متعامد (QDSM)چند استانداردی زمان پیوسته (CT) مرتبه سه پایین گذر (LP) کم مصرف در این مقاله ارائه شده است. مدولاتور پیشنهادی در دو حالت حقیقی و متعامد، گیرنده های مخابراتی با استانداردهای WLAN/WCDMA/GSM را پشتیبانی می کند. در مد GSM به شکل حقیقی و تک بیتی، و در مدهای WLAN/WCDMA، جهت دستیابی به پهنای باند و SNR مورد نیاز این استانداردها، بصورت متعامد و با کوانتایزر چند بیتی کار می کند. این مدولاتور با ساختار پیشخور (FF) طراحی شده است و جهت کاهش مصرف توان، آپ امپهای جمع کننده انتهای فیلتر حلقه آن حذف شده اند. جهت حذف خطای عدم تطابق بین DAC های مسیرهای I و Q ازمبدل آنالوگ به دیجیتال مختلط (C_DAC) استفاده شده است. این مدولاتور در تکنولوژی CMOS 180 نانومتر پیاده سازی شده است. مقادیرSNR بدست آمده برای استانداردهای WLAN/WCDMA/GSM در سطح ترانزیستور بترتیب مقادیر 63/81، 9/75 و 54 دسی بل و ضریب شایستگی (FOM) بترتیب برابر (pj/conv) 63/1، 485/0 و 828/0 محاسبه شده است. این ساختار، در مقایسه با مدولاتورهای دلتا سیگمای مشابه ارائه شده در مقالات، در مدهای عملیاتی WLAN/WCDMA دارای FOM بهتری می باشد.

    کلیدواژگان: مدولاتور دلتا سیگمای متعامد، چند استانداردی، WLAN، WCDMA، GSM، DAC مختلط
|
  • Ali Alaee Salavat, Saeed Saeedi* Pages 5-18

    In this paper, a fractional-N frequency synthesizer based on type-III phase locked loop (PLL) architecture is proposed for frequency modulated continuous wave (FMCW) radar systems. Analysis of the type-III PLL shows that it generates linear frequency ramps more accurately compared with its type-II counterpart and its steady-state phase error is zero, independent of the loop bandwidth and rate of the frequency variation. Considering the stability issues, power consumption, output phase noise and accuracy of the frequency ramp generation, design procedure of the type-III FMCW frequency synthesizer is presented in this paper. Based on this procedure, a fractional-N frequency synthesizer, which generates the triangular frequency sweep by a delta-sigma modulator, is designed at the center frequency of 10 GHz with frequency variation rate of 2 MHz/µs. Simulation results of the circuit, designed in a 0.18µm CMOS technology, illustrates that the frequency error is reduced by about 34% compared to the type-II PLL, designed at the same power consumption.

    Keywords: Frequency modulated continuous wave (FMCW) radar, Fractional-N frequency synthesizer, Type-III phase locked loop (PLL), Loop filter, Delta-sigma modulator
  • Nassiroddin Nejatbakhsh, Mohsen Ghaffari Miab*, Nader Mokari Pages 19-28

    Reconfigurable antennas are capable of having several states of frequency response, polarization or radiation patterns. In order to benefit from this reconfigurability, we should choose the best state of antennas, regarding estimated values for communication channel. The main purpose of this work is to show capacity enhancement of a multi user multiple input multiple output (MU-MIMO) system by means of pattern reconfigurable antennas. Firstly, for a base station antenna array consisting of reconfigurable antenna elements and several single antenna users, an optimization problem is devised to find the best state in which system capacity is maximized. Afterwards, considering a 5×5 antenna array in the base station and 20 single antenna UEs, the achievable rate per UE versus SNR is obtained and plotted for non-reconfigurable to 5-state reconfigurable antenna elements. Based on these results, it is concluded that by means of reconfigurable antennas in the base station array, the achievable rate per user can be increased by 40% (0.045 bps/Hz) without beamforming and 5% (0.052 bps/Hz) with MRC beamforming.

    Keywords: Reconfigurable Antennas, MIMO, 5G Cellular Networks
  • Mostafa Gholizadeh, Mohsen Ghaffari Miab* Pages 29-38

    In this paper, the magnetic field due to a current line source which is embedded inside a permeability (mu)and permittivity (epsilon) near zero or MENZ cylinder which has application in coherent propagation ofelectromagnetic field, has been studied. First, the analytical expressions of magnetic field are obtained forboth outside and inside of MENZ cylinder using wave equation. Then, it is demonstrated that the magneticfield inside the MENZ cylinder can be derived by using image theory. Closed-form expression of magneticfield inside the MENZ cylinder is derived by using the image theory. Finally, since it is for the first timethat the closed-form expression of magnetic field inside the MENZ cylinder for this structure is obtained,the derived formula is used as a benchmark to verify the numerical results of a finite element-basednumerical simulator. It is observed that the analytical and numerical results are in good agreement witheach other.

    Keywords: Epsilon Near Zero Metamaterials, Mu, Zero Index Metamaterials, Constant Current Line Source, Image Theory
  • Seyed Mohammad Hashemi*, Peyman Hasani Pages 39-44

    Bandwidth increment without changing the antenna size and thus with the compact size is one of the most important characteristics in the antenna design which has been taken into consideration during the recent years. In this paper, we present a sleeve antenna with a wide impedance bandwidth that consists of a coplanar waveguide (CPW) line connected to a metallic cylinder. The CPW line has been designed in non-uniform case to achieve the desire impedance matching. The effect of design parameters on impedance bandwidth is considered by some simulations. In addition of wide impedance bandwidth, the omnidirectional pattern, easy and low cast fabrication process and compact dimensions cause this antenna be a good choice for some military or radio frequency energy harvesting applications especially at low VHF/UHF frequency bands. In the field of radio frequency energy harvesting, the antenna with the patch structure can be used for energy harvesting in the GSM-900, GSM-1800 and UMTS-2150 bands along with the rectifier and the matching network. In this work the proposed antenna for frequency range of 185 to 523 MHz is simulated and compared with other previous works. The proposed antenna has a bandwidth of about 95.5% for a VSWR of less than 3 and compact size of "0.348λ"×"0.042λ" .

    Keywords: Wideband, compact size, CPW-fed sleeve antenna, radio frequency energy harvesting
  • Fazlollah Adibnia*, Seyed Saber Banihashemian, Mehdi Agha Sarram Pages 45-60

    Different range-free algorithms are proposed for location estimation in Wireless Sensor Networks. In these algorithms, the network is assumed to have no error and false data. This paper attempts to model an attack and evaluate and analysis the effect of malicious data produced by node compromised attacks in some of the range-free algorithms: DV-hop, LSVM, NN and ELM. The false data may be produced by the malicious anchor nodes or compromised sensor nodes. The resistance of these algorithms against node compromise attacks is compared. The results show that although DV-hop has less localization error compared to the three other algorithms in a normal condition. However, LSVM and ELM, respectively, have less localization error in the case of beacon node compromise and sensor node compromise attacks. Further, in this research work, a new criterion is proposed for studying and comparing border problem issue in the localization algorithms. Using the simulation results from various algorithms outcomes has been used for comparison, where it can be considered that LSVM has better performance in the border problem compared with the other studied algorithms.

    Keywords: Localization, Wireless Sensor Networks, Range-free, Node compromise attack, border problem
  • Maryam Rezaei Ravari, Vahid Sattari Naeini* Pages 61-72

    The efficiency of networks on chip (NoC) is affected by related routing algorithms. Network congestion has a negative impact on the performance of on-chip networks due to the increased packet latency. One of the key objectives design of NoC is reliability against failure. For a NoC to be robust, achieving better performance, and tolerating faults, two key functions need to be investigated: (a) the ability to avoid congested paths and balancing the traffic workloads, and (b) the ability to tolerate faults as well as proceeding to provide system functionality against physical impairment. For this purpose, a cost model for route selection with greater reliability and less congestion has been proposed. In this model, at first a congestion-aware routing algorithm is deployed based on the Q-learning approach to check congested areas in the network, then adjacent links are considered to deal with reliability. Finally, given the importance of the reliability, high weight is assigned to this parameter, and the path with the lowest cost is selected to forward packets. Simulation results show that the proposed approach outperforms state-of-the-art Bi-LCQ algorithm under two traffic patterns.

    Keywords: Q-learning, Reliability, Network-on-Chip, Fault tolerance, Congestion-aware routing algorithm
  • alireza shamsi * Pages 73-84

    In this paper, a continuous-time (CT) third order multi standard low pass (LP) quadrature delta sigma modulator (QDSM) for low-IF receiver is designed. The proposed modulator is capable of supporting WLAN / WCDMA / GSM standards receivers at two real and quadrature mode. The adder Op-Amps at the end of the loop filter are eliminated to reduce the power consumption. This modulator is employed in real mode and single bit quantizer in GSM standard. To achieve the required bandwidth and SNR is worked in multi-bit quadrature mode in WLAN / WCDMA standards. The complex DAC (C_DAC) is designed to eliminate the mismatch between I and Q paths. This modulator is Implemented in 180 nm CMOS technology, and SNRs at transistor level are 54/ 75.9 / 81.63, and FOMs are 0.828 / 0.485 / 1.63 (pj / conv), for WLAN / WCDMA / GSM modes, respectively. The new structure has a better FOM at the WLAN / WCDMA operating modes compared to similar cases.

    Keywords: quadrature delta sigma modulator, multi standard, WLAN, WCDMA, GSM, complex DAC
  • Amir Jafargholi*, Alireza Bagheri Pages 85-89

    In this paper, a new broadband slim rectangular microstrip patch antenna with a narrow ground plane for GPS (1575.42 MHz), Glonass (1600 MHz), GSM (1800 MHz), LTE (1700 MHz), DAB (1452 MHz) and satellite phone (Iridium, 1616-1626.5 MHz; Inmarsat and Ligado, 1525-1646.5 MHz and Thuraya, 1525-1661 MHz) applications is proposed. The antenna is comprised of a slim rectangular patch, a shorting pin, a meander-line structure, and a defected ground plane. Its strip-like shape helps to be easily mounted inside the portable devices. The antenna has a dimension of approximately 0.43λ×0.02λ×0.008λ while achieving a gain and an efficiency of 2.4 dB and 95%, respectively. Using a defected ground plane the antenna impedance bandwidth (|S11|<−6 dB) of 32.6% from 1.44 to 2 GHz is observed. In order to validate simulation results, a prototype of the proposed printed antenna is fabricated and tested. Good agreement between the simulation and measurement results are obtained.

    Keywords: Broadband Antenna, Defected Ground Plane, Slim Antenna, Internal Antenna