فهرست مطالب

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال نوزدهم شماره 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/07/18
  • تعداد عناوین: 23
|
  • مجید افصحی*، حسن زمینی، حمیدرضا دلیلی اسکویی صفحات 1-10

    در این مقاله یک آنتن آرایه موجبری با شکاف غیرمورب در دیواره باریک، با روش تحریک جدید توسط عناصر مستطیلی شکل که آیریس نامیده می شوند، ارایه شده است. این روش علاوه بر بهبود مشخصات امپدانسی و تشعشعی نسبت به روش های قبلی، دارای فرایند ساخت راحت تر بوده و همچنین به دلیل استفاده از شکاف های غیرمورب دارای سطح پلاریزاسیون متقاطع پایینی نیز می باشد. در این مقاله بعد از بررسی روش جدید تحریک شکاف ها بصورت تک عنصر، یک آنتن آرایه خطی با 136 عنصر براساس توزیع تیلور جهت کاربردهای مراقبتی در باند S، با استفاده از نرم افزار HFSS طراحی و شبیه سازی گردیده است. در انتها بعد از بهینه سازی، آنتن ساخته شده و مورد تست قرارگرفته است و نتایج حاصله از تست آنتن با نتایج شبیه سازی دارای تطبیق مورد قبولی می باشد.

    کلیدواژگان: آنتن شکافی موجبری، آرایه شکافی موجبری نوع موج رونده، موجبر مستطیلی، جاروب فرکانسی
  • علیرضا دولت آبادی*، حامد معظمی گودرزی صفحات 11-21

    استفاده از طیف فرکانسی موسوم به باند Ka، کاربردهای گسترده‏ای در مخابرات ماهواره‏ای‏ و پیاده ‏سازی رادارهای مختلف دارد. همچنین، بخشی از طیف فرکانسی مورد نیاز در پیاده ‏سازی شبکه‏ های مخابراتی سیار نسل پنجم (5G)، منطبق بر این باند فرکانسی است. از طرفی، بسیاری از کاربردهای ذکر شده، نیازمند دستیابی به پرتو تشعشعی با قابلیت پایش دقیق در محدوده زاویه ‏ای باریک است. تحقق این ویژگی به کمک آنتن ‏هایی دارای پهنای پرتو باریک به‏ دست می ‏آید. آنتن ‏های آرایه ‏ای، در کنار فراهم نمودن بهره مورد نیاز، می ‏توانند فراهم کننده چنین نیازی باشند. قابلیت تنظیم این پرتو باریک در محدوده قابل قبول از جهات مختلف، دیگر ویژگی مطلوب به ‏شمار می ‏آید که آن نیز، با به ‏کارگیری آنتن ‏های آرایه فازی امکان‏ پذیر است. تغییر جهت بیشینه پرتو تشعشعی (لب اصلی) چنین آنتنی را می ‏توان به کمک عناصر فعال تغییر دهنده فاز تغذیه آنتن ‏های سازنده آرایه، مانند دیودهای پین و ادوات فریت، ایجاد نمود. با این حال، به‏ کارگیری شبکه غیرفعال باتلر ماتریس ابزاری ساده ‏تر و ارزان ‏تر برای دست‏ یابی به این هدف به ‏شمار می‏ آید. با افزایش تعداد درگاه ‏های چنین عنصری برای اعمال تغذیه به آنتن ‏های مورد نظر، پهنای پرتو باریک ‏تری تولید می ‏شود. در این مقاله، پس از مروری بر مفاهیم ساختارهای باتلر ماتریس، طرحی ساده از باتلر ماتریس 32×32 در طیف فرکانسی باند Ka بر پایه خطوط مایکرواستریپ معرفی، و نتایج شبیه ‏سازی عملکرد آن ارایه می ‏شود. در پایان، با اعمال موج به دو درگاه ورودی مشخص باتلر ماتریس و اتصال آن به آرایه مایکرواستریپ، پهنای پرتو 3/5 درجه به ‏دست می‏ آید.

    کلیدواژگان: آنتن، آرایه فازی، باتلر ماتریس، رادار، نسل پنجم مخابرات سیار، مایکرواستریپ
  • رضا ابراهیمی، حسین ضمیری جعفریان*، مرتضی خادمی صفحات 23-35

    سیستم چندورودی-چندخروجی انبوه یک تکنولوژی امیدبخش در دستیابی به مزایای متعدد نسل پنجم مخابرات بی سیم از جمله کارایی طیفی و کارایی انرژی بسیار بالا است. چالش عمده جهت بهره وری از مزایای این سیستم، تخمین مناسب کانال است. آلودگی پایلوت باعث خطا در تخمین کانال کاربران می شود و مانعی جدی در استفاده از مزایای سیستم است. با هدف حذف اثر مخرب آلودگی پایلوت و دنبال کردن تغییرات زمانی کانال کاربران (به علت جابجایی) در مدل کانال گوس-مارکف معرفی شده، یک الگوریتم سازگار تخصیص هوشمند دنباله پایلوت در طرف فراسو در مد TDD ارایه شده است. در روش پیشنهادی، مقدار تداخل بین سلولی تحمیلی بر کاربران سلول هدف به عنوان هزینه تخصیص درنظر گرفته شده است. همچنین با استفاده از تکنیک مدل سازی کانال مجازی یک راه حل جایگزین محاسبه هزینه های تخصیص مجازی، معادل با هزینه های تخصیص حقیقی در هر بلوک به صورت سازگار و با پیچیدگی محاسباتی کم ارایه شده است. در انتها، با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری کارایی الگوریتم پیشنهادی سازگار تخصیص دنباله پایلوت مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده، کارایی خوب و همگرایی سریع الگوریتم پیشنهادی را تحت سرعت های متفاوت کاربران نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سیستم MIMO انبوه، سیستم مخابرات بی سیم 5G، آلودگی پایلوت، تخصیص هوشمند دنباله پایلوت، الگوریتم سازگار
  • میثم بیات*، میلاد مرادی، جلیل مظلوم صفحات 37-46

    در این مقاله سه نوع تداخل ، وبر روی سیگنال رادار SAR اعمال گردید. سپس به بررسی کاهش اثر تداخل به وسیله انواع فیلترهای وفقی پرداخته شد. بعد از پیاده سازی انواع فیلترهای وفقی با شرایط یکسان برای کاهش تداخل، عملکرد فیلترهای وفقی با یکدیگر مقایسه گردید. بر اساس نتایج شبیه سازی تصویر خروجی فیلتر کالمن نسبت به سایر فیلترهای موجود از کیفیت بالاتری برخوردار است. در ادامه به ارایه یک الگوریتم پیشنهادی جهت بهبود کاهش تداخل پرداخته شد. دقت کاهش تداخل در الگوریتم پیشنهادی به اندازه 3 دسی بل نسبت به فیلتر کالمن بهبود یافت. این بهبود در ازای افزایش زمان پردازش به دست آمد. سرعت الگوریتم پیشنهادی 55 مرتبه کمتر از فیلتر کالمن است. بنابراین در صورت نیاز به دقت بالا و داشتن سخت افزار قوی برای محاسبات پیچیده، استفاده از الگوریتم پیشنهادی باعث بهبود کاهش تداخل می گردد.

    کلیدواژگان: رادار تصویربرداری، رادار روزنه مصنوعی (SAR)، سیگنال هدف، تداخل، کاهش تداخل، فیلتر وفقی
  • طراحی و ساخت شیفت دهنده های فاز غیر فعال فوق باند پهن فرکانس بالا با ساختار مایکرو استریپی تک لایه
    حبیب الله زلفخانی*، علیرضا شریفی صفحات 47-54

    در این مقاله روشی برای طراحی و پیاده سازی شیفت دهنده  فاز فوق پهن باند در محدوده فرکانسی 6-18 GHz  با پهنای باند نسبی حدود صد درصد  ارایه شده که ساختار آن از خطوط انتقال مایکرو استریپ  همراه با استابهای اتصال کوتاه تشکیل شده است. این ساختار در مقایسه با شیفت دهنده های فاز مرسوم که از خطوط کوپل شده و ساختارهای چند لایه استفاده میکنند، از لحاظ پیاده سازی و ساخت ساده تر بوده و با این روش طراحی و بهینه سازی میتوان میزان شیفت فاز دلخواه را در حالتی که امپدانسهای ورودی و خروجی اختیاری باشند، ایجاد نمود. با روش بهینه سازی کمترین مربع خطا  مقادیر ابعاد مدار بدست می آید.  برای طراحی شیفت دهنده های فاز، یک برنامه کامپیوتری که از مدلهای مداری خطوط مایکرو استریپ و روابط شبکه های مایکروویو استفاده میکند نوشته شده و نتایج آن توسط نرم افزارهای تمام موج الکترومغناطیسی با  در نظر رفتن تاثیر اتصالات T بهبود یافته است. شیفت دهنده فاز 45 درجه درحالتی که امپدانسهای ورودی و خروجی برابر با 50 اهم باشند، طراحی، شبیه سازی و ساخته شد. همچنین شیفت دهنده فاز 90 درجه در حالتی که امپدانسهای ورودی و خروجی  نامساوی و برابر با 50 و 75 اهم باشند طراحی و شبیه سازی شد. بررسی نتایج بدست آمده از شبیه سازی تمام موج و پیاده سازی عملی ساختار در مورد ضرایب انعکاس و انتقال و شیفت فاز، مشخص میکند که اهداف طراحی تا حدود زیادی برآورده شده اند.

    کلیدواژگان: شیفت دهنده فاز تفاضلی، بهینه سازی، طراحی به کمک کامپیوتر، تطبیق امپدانس، مدارات تک لایه
  • محمد راغب، علی کوهستانی*، سید مصطفی صفوی همامی صفحات 55-62

    مخابرات موج میلیمتری بدلیل منابع طیفی فراوان، قادر به پشتیبانی ارتباطات بی سیم با نرخ داده چندین گیگا بیت بر ثانیه می باشد. با این وجود، تلفات شدید مسیر و سمت گرایی بالای آن موجب گردیده تا سیستم های موج میلیمتری نسبت به پدیده انسداد آسیب پذیر باشند. یک راه حل جهت فایق آمدن بر این پدیده، بکارگیری رله است. از آنجایی که رله، نیاز به توان مصرفی دارد و همچنین، برخی تجهیزات موج میلیمتری هزینه بالایی را به سیستم ها تحمیل می کنند، سطوح انعکاس دهنده هوشمند به عنوان یک فناوری جدید کم قیمت جهت غلبه بر مسایل فوق معرفی می گردد. در این مقاله، یک سیستم موج میلیمتری مبتنی بر سطوح انعکاس دهنده هوشمند در نظر می گیریم که در آن یک ایستگاه پایه یا آلیس، پیام های محرمانه خود را به یک کاربر یا باب، در حضور یک شنودگر غیرفعال ارسال می نماید. با هدف افزایش نرخ محرمانه ارگادیک، آلیس از ایده ترکیب سیگنال اطلاعات با نویز مصنوعی استفاده می نماید. در این راستا، بهینه سازی توام توان سیگنال ارسالی با نویز مصنوعی و بکارگیری پرتودهی مناسب در آلیس و ضمنا طراحی شیفت فاز بهینه در سطوح انعکاس دهنده هوشمند ارایه می گردد. همچنین در این مقاله، روابط فرم بسته ای برای تابع توزیع تجمعی کانال های قانونی و شنودی محاسبه می نماییم تا به کمک آنها معیار نرخ محرمانه ارگادیک ارزیابی گردد. نتایج عددی نشان می دهد که اولا طرح پیشنهادی معیار نرخ محرمانه ارگادیک را بهبود می دهد و ثانیا طرح پیشنهادی در مقابل پدیده انسداد در ارتباطات موج میلیمتری، کارایی بهتری را ارایه می دهد.

    کلیدواژگان: سطح انعکاس دهنده هوشمند، پرتودهی توام با نویز مصنوعی، مخابرات موج میلی متری محرمانه
  • حسین مشهدی، لقمان اسدپور* صفحات 63-70

    یک مقسم توان فشرده چند بانده با قابلیت پیکربندی مجدد، تلفات جایگذاری کم و استفاده از دو دیود ورکتور در این مقاله ارایه گردیده است. در این مقاله روش های طراحی همراه با معادلات تجزیه و تحلیل ارایه شده اند. پاسخ های پیکربندی مجدد توسط تنظیم ولتاژ های کنترل دو دیود ورکتور بدست می آیند و منجر به تلفات کم و فشرده شدن مقسم توان می گردند. یکی از دیودها به منظور تنظیم تلفات برگشتی پورت ورودی و دیود دیگری برای تنظیم تلفات برگشتی در پورت خروجی و ایزولاسیون ما بین دو پورت قرار می گیرد. رنج تنظیم فرکانسی از0.8 گیگاهرتز تا 2.1 گیگاهرتز می باشد. با تنظیم ولتاژ بایاس دیودها، مقسم توان می توانددر فرکانسهای 0.8 گیگاهرتز تا 2.1 گیگاهرتز کار کند . به منظور اعتبار بخشیدن به روش پیشنهادی در این مقاله، یک مقسم توان پیکربندی مجدد طراحی، شبیه سازی و ساخت و اندازه گیری گردید. مقسم توان طراحی شده دارای محاسن فشردگی بالا، تلفات جایگذاری کم، ایزولاسیون بهتر ما بین پورت های خروجی، تلفات برگشتی خوب می باشد و دراین طراحی تنها از دو دیود ورکتور استفاده شده است.

    کلیدواژگان: مقسم توان، دیود ورکتور، قابلیت پیکربندی مجدد، ایزولاسیون
  • ابوالفضل بیجاری*، سمیه عباسی اول، حسین علیزاده صفحات 71-82

    در این مقاله یک تقویت کننده توزیع شده ماتریسی 3×2 با خطوط انتقال مخروطی و مصرف توان پایین در فناوری CMOS nm180 معرفی شده است. در این طرح استفاده از ساختار ماتریسی به جهت داشتن مکانیزم ضرب‏ شوندگی و جمع شوندگی جریان سبب افزایش بهره و مصرف توان پایین گردیده است. در طبقه ورودی برای افزایش پهنای‏ باند و عدم نیاز به استفاده از خازن های اضافی در خط انتقال گیت ورودی و خط انتقال مرکزی از یک سلول بهره متوالی با بهره قابل تنظیم استفاده شده است. همچنین، برای بهبود عدد نویز مقاومت انتهایی خط انتقال گیت ورودی با یک شبکه RL پایان یافته است. تقویت‏کننده توزیع شده پیشنهادی در فناوری nm 180 CMOS شرکت TSMC طراحی و توسط نرم‏ افزار کیدنس شبیه‏ سازی شده است. نتایج شبیه ‏سازی تقویت‏کننده توزیع ‏شده پیشنهادی نشان می دهد که با مصرف توان mW 16.25 از یک منبع تغذیه V 1، دارای بهره توان مستقیم (S21)، dB 12، تلف بازگشتی ورودی (S11) و خروجی (S22) کمتر از dB 10-، متوسط نقطه تقاطع مرتبه سوم ورودی (IIP3) برابر dBm 6.11- و متوسط عدد نویز dB 5.5 در بازه فرکانسی وسیع GHz 1 تا GHz 24 است.

    کلیدواژگان: تقویت کننده توزیع شده ماتریسی، خط انتقال مخروطی، کم توان، فراپهن باند
  • حمیدرضا موذن، رقیه کریم زاده بائی*، امیرحسین احمدی صفحات 83-92

    در این مقاله، طراحی و ساخت تقویت کننده مدار مجتمع ترکیبی مایکروویو (HMIC[i]) با توان بیش از 8 وات و بهره سیگنال بزرگ بیش از dB 50 در بازه فرکانسی GHz 2/11-95/10 برای کاربرد در ارتباطات ماهواره ای ارایه می شود. به منظور دست یابی به بازدهی بالا در این تقویت کننده، دو طبقه انتهایی تقویت کننده با استفاده از ترانزیستور های GaN-HEMT، به صورت ماژول های جداگانه با طراحی سفارشی ساخته شده اند. به منظور بررسی تکرارپذیری، 16 ماژول 8 وات ساخته و تست شده اند؛ که تمامی آن ها، توان خروجی 8 وات و بازدهی بیش از 55 درصد را فراهم نمودند. به منظور دست یابی به بهره بیش از dB 50 ، از ICهای آماده به عنوان طبقات بهره استفاده شده است. در نهایت، عملکرد تقویت کننده ساخته شده با استفاده از سیگنال مدوله شده QAM با نرخ MSym/s 10 مورد ارزیابی قرار گرفته و توان متوسط 6 وات با بازدهی بیش از 33% در فرکانس GHz 11 به دست آمده است.

    کلیدواژگان: تقویت کننده توان، مخابرات ماهواره ای، بازدهی توان افزوده، باند X
  • الهام مجدی نسب، ابومسلم جان نثاری* صفحات 93-103

    در این مقاله یک مدل جدید پیش اعوجاجگر دیجیتال برای جبرانسازی همزمان غیرخطینگی تقویت کننده توان و عدم تطبیق های بهره و فاز مدولاتور تربیعی، هم چنین عدم تطبیق های وابسته به فرکانس در فرستنده های تبدیل مستقیم ارایه شده است. این پیش اعوجاجگر بر اساس ساختار مبتنی برکرنل های قطری سری ولترا که مدل ساده شده ای از سری ولترا می باشد طراحی شده است بطوریکه تمام پارامترهای آن خطی می باشند. در نتیجه برای تخمین پارامترهای پیش اعوجاجگر می توانیم از ساختار یادگیری غیرمستقیم استفاده کنیم. بدلیل ناپایداری عددی که ممکن است در مدلسازی غیرخطینگی تقویت کننده توان و خطی سازی آن بوجود بیاید، در این ساختار یک مدل غیرخطی جدید با توابع پایه متعامد بر اساس چند جمله ای ژاکوبی پیشنهاد شده است که علاوه بر کاهش چشم گیر عدد شرطی ماتریس ضرایب پیش اعوجاجگر، به کمتر از50 دسی بل، نسبت توان سیگنال در کانال مجاور، بیش از 17 دسی بل برای سیگنال های ورودی QAM16-LTE و QAM64-LTE و 14 دسی بل برای سیگنال ورودی OFDM کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی در نرم افزار متلب میزان کارایی و تاثیرگذاری این روش را تایید می کند. هم چنین پارامترهای NMSE و EVM برای آنالیز و ارزیابی ساختار پیشنهادی پیش اعوجاجگر معرفی شده است که درمحیط برنامه نویسی متلب و با بکارگیری سیگنال ورودی QAM16-LTE  شبیه سازی شده و به ترتیب مقادیر45- دسی بل برای NMSE و 37- دسی بل برای EVM  به ازای تعداد ضرایب 19 برای پیش اعوجاجگر ژاکوبی بدست آمده است. نمودار مقادیر این پارامترها برای مرتبه های مختلف چندجمله ای پیشنهادی ژاکوبی محاسبه و رسم شده است و نتایج آن در مقایسه با مدل های پرکاربرد چندجمله ای های مرسوم بهبود قابل ملاحظه ای داشته است.

    کلیدواژگان: مدل سازی غیرخطی، تقویت کننده توان، پیش اعوجاجگر دیجیتال، عدم تطبیق مدولاتور تربیعی، چندجمله ای متعامد ژاکوبی، نسبت توان در کانال مجاور ACPR
  • محدثه درواری، مهدی خطیر* صفحات 105-112

    در این مقاله، یک حسگر ضریب شکست (RI) مادون قرمز پلاسمونیک بر اساس ساختار فلز-عایق-فلز (MIM)  با دو نانو میله طلا در لایه بالایی برای سنجش ضریب شکست آنالیت پیشنهاد شده است. مشخصه های حسگر نظیر حساسیت (S)، نصف حداکثر عرض کامل (FWHM) و معیار شایستگی (FOM)  به ترتیب برابر nm/RIU842/736،  40 nm و 421/18 بدست آمده اند. از آنجا که فلزات نمیتوانند مولکول های زیستی را به صورت ایده ال جذب کنند و علاوه بر این ماهیت دو بعدی تحریکات جمعی در گرافن باعث می شود، حبس در گرافن از فلزات قوی تر باشد، یک لایه از گرافن برای افزایش حساسیت در حسگر استفاده می شود. نهایتا حسگر نانو میله طلا با وجود لایه گرافن  بین نانو میله ها و دی الکتریک بررسی شده و مشخصه های حسگر با وجود لایه گرافن با ضخامت 2نانومتر و پتانسیل شیمیایی 7/0الکترون ولت برابرnm/RIU 571/778 S=،46 FWHM=و045/16 FOM= بدست آمده اند.

    کلیدواژگان: حسگر، پلاسمونیک، گرافن، فلز-عایق-فلز، حساسیت
  • زینب ورع، مهدیه مهران* صفحات 113-121

    در این مقاله برای اندازه گیری زاویه حول محور افقی (x)، میکرو سنسور های شیب خازنی مبتنی بر تکنولوژی MEMS طراحی، تحلیل و شبیه سازی شده اند. ساختار هر میکرو سنسور استوانه ای شکل است که خازن های بین انگشتی با الکترودهایی از جنس مس، بر روی یکی از قاعده های آن قرار گرفته اند. الکترودهای خازن های بین انگشتی به صورت یک در میان به ولتاژ های زمین و ترمینال وصل می شوند.  نیمی از حجم استوانه با روغن سیلیکون و نیمه دیگر با هوا پر شده است. با چرخش استوانه حول محور افقی به دلیل ثابت ماندن سطح روغن درون محفظه به علت گرانش، سطح الکترودهایی که درون روغن قرار می گیرند تغییرکرده، در نتیجه مقدار خازن های ساختار و بدنبال آن، خروجی تغییر می یابد. از این تغییرات برای اندازه گیری زاویه استفاده می شود. با یک تحلیل دقیق، تاثیر تغییرات زاویه بر ظرفیت خازن های ساختار و خروجی، مورد بررسی قرار گرفته است، بعلاوه ساختارهای پیشنهادی با کمک نرم افزارCOMSOL Multiphysics شبیه سازی شده اند که نتایج حاصل از شبیه سازی و تحلیل موید یکدیگر می باشند. دو ساختار به ترتیب با حساسیت های fF/deg 44 و  fF/deg88 زاویه را در بازه ° 90- تا °90+ یا °0 تا °180 اندازه گیری می کنند..

    کلیدواژگان: میکرو سنسور خازنی شیب، خازن های بین انگشتی، رنج اندازه گیری، حساسیت، دی الکتریک مایع
  • ویدا اسماعیلی، محمود محصل فقهی*، سید امید شهدی صفحات 123-130

    احساسات درونی افراد مانند خوشحالی، ترس، ناراحتی، اضطراب و... پس از کنترل و سرکوب شدن نیز به مدت کوتاه در چهره پدیدار می شوند. این حالت چهره ی کنترل ناپذیر، حالت آنی است و می تواند حقه و نیرنگ را نشان دهد. بنابراین، شناسایی آن در مراکز روان درمانی، قضایی و انتظامی بسیار کاربردی است. بااین حال، لازم است حرکات سریع و ضعیف ماهیچه های صورت به دقت شناسایی شوند. به همین منظور، ما در این مقاله علاوه بر بزرگنمایی حرکت، شش صفحه در امتداد بعد زمان درنظر گرفتیم تا تغییرات را به خوبی شناسایی کنیم. همچنین، روش های الگوی دودویی محلی یکنواخت در فضای رنگی از شش صفحه متقاطع و هیستوگرام جهت گیری گرادیان روی شش صفحه متقاطع را پیشنهاد کردیم که نتایج مطلوبی در شناسایی حالت آنی تولید کردند. از آنجاییکه این روش ها در شرایط تغییرات نور و روشنایی بهتر عمل می کنند، می توانند در محیط کنترل نشده و واقعی مورد استفاده قرار گیرند. طبق نتایج آزمایش ها، بهترین دقت شناسایی حالت آنی با روش پیشنهادی روی سه پایگاه داده CASME I، CASME II و SMIC-NIR به ترتیب 12/74، 19/86 و 23/66 درصد است که نسبت به روش های مقالات پیشین بهبود یافته است.

    کلیدواژگان: شناسایی حالت آنی، الگوی دودویی محلی یکنواخت در فضای رنگی، هیستوگرام جهت گیری گرادیان
  • نسترن آقائی، غلامرضا اکبری زاده*، عبدالنبی کوثریان صفحات 131-144

    بخش بندی معنایی عمیق تصاویر به عنوان راه حلی یکپارچه در آنالیز تصاویر مبتنی بر طبقه بندی تک تک پیکسل های تصویر بوده و بخصوص در کاربرد هایی مانند شناسایی نشت نفت در آب های آزاد که در آن مرز اشیا و نواحی به طور مشخص قابل تفکیک نیستند، مورد توجه قرار می گیرد. به منظور کنترل هرچه بیشتر آلودگی و مخاطرات زیست محیطی ناشی از نشت نفت، ارایه روش هایی با دقت بیشتر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تصاویر رادار روزنه مصنوعی دراین زمینه بسیار پرکاربرد بوده و با چالش هایی از جمله نویز اسپکل و نیز تشخیص نواحی لکه نفتی و شبه لکه نفتی مواجه هستند. بکارگیری روش های نوین یادگیری عمیق می تواند در کاهش دخالت سلیقه انسانی در تصمیم گیری کمک کند. در این مقاله از روش مخلوط کردن کانال های ویژگی در شبکه های کانولوشنی عمیق، بلوک های آتروس و بخش های رمزگشایی استفاده شده است که علاوه بر کاهش پیچیدگی های محاسباتی، نتایج بخش بندی لکه های نفتی به مراتب بهتر از سایر روش ها می دهد. معماری شبکه ارایه شده مبتنی بر معماری vgg16  می باشد. دقت کلی، صحت، همپوشانی بر واحد، IoU وزن دار و امتیاز BF  به عنوان پارامترهای ارزیابی در نظر گرفته شده اند. در روش ارایه شده، دقت بخش بندی لکه های نفتی و شبه لکه های نفتی به ترتیب به میزان 8/7% و 3/7% نسبت به روش های پیشین بهبود یافته است.

    کلیدواژگان: مخلوط کردن کانال، شافل نت، یادگیری عمیق، بخش بندی معنایی، شناسایی لکه های نفتی، تصاویر رادار روزنه مصنوعی
  • حسین علی غیاثی راد، مهدی علیاری شوره دلی*، فائزه فریور صفحات 145-152

    مقیدسازی الگوریتم گرادیان نزولی باهدف آموزش شبکه عصبی با وزن هایی محدودشده در کاربردهایی نظیر  شفاف سازی شبکه، کاهش حجم شبکه ازنظر ذخیره سازی و افزایش سطح عمومیت پذیری آن موثر است. همچنین می تواند در افزایش سرعت همگرایی، سرعت استنتاج و یافتن جوابی بهینه نیز مناسب باشد. در این نوشتار با استفاده از ترفند کرنل به عنوان روشی برای تحمیل انواع قیود بر الگوریتم آموزش، تعداد 21 قید مختلف با یکدیگر مقایسه شده است که تعداد 16 قید آن با الهام از عدم قطعیت موجود در شبکه های عصبی زیستی برای اولین بار در این مقاله ارایه شده است. مقایسه قید ها بدون هیچ گونه افزایش داده و منظم سازی، صورت گرفته است تا اثر قید ها بر فرآیند بهینه سازی واضح باشد. به منظور ارزیابی، برای هر قید در حل مسایل طبقه بندی MNIST، CIFAR-10 و CIFAR-100 با شبکه های عصبی عمیق مختص آن، 63 آزمایش شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهد هر قید در هر مجموعه داده تاثیر متفاوتی بر فرآیند آموزش دارد و به طور مشخص قیدهای پیشنهادی که از عدم قطعیت حاضر در شبکه های عصبی زیستی الهام گرفته شده است، می تواند بهتر از قیدهای ارایه شده در تحقیقات پیشین باشد و باعث بهبود عملکرد شبکه عصبی عمیق ازنظر دقت طبقه بندی شود.

    کلیدواژگان: شبکه عصبی عمیق، شبکه عصبی زیستی، گرادیان نزولی محدودشده، منظم سازی، روش کرنل، قید
  • ابوالقاسم دائی چیان* صفحات 153-162

    سیستم های اپتیکی یکی از بسترهای پیاده سازی تکنولوژی های کوانتومی و کاواک یکی از اجزای اصلی این سیستم ها می باشد. تخمین حالت نیز به منظور درک رفتار سیستم های کوانتومی و کنترل آن ها از نقش ویژه ای برخوردار است. در این مقاله به استخراج معادلات فیلترینگ کاواک کوانتومی یک طرفه تحت ورودی میدان در حالت خلا پرداخته شده است. بدین منظور، عملگر تعداد به عنوان مشاهده پذیر مناسب برای کاواک انتخاب شده است. سپس روابط تخمین حالت (معادلات اصلی تصادفی) به شرط داشتن مشاهدات بدست آمده از اندازه گیری غیرمستقیم میدان خروجی از کاواک با آشکارساز هموداین و آشکارساز فوتون بطور جداگانه استخراج شده است. همچنین اثر تغییر پارامترهای کاواک روی چگونگی رفتار آن مورد بحث قرارگرفته است. در پایان با شبیه سازی معادلات اصلی تصادفی بدست آمده و مقایسه نتایج با معادله ی اصلی، صحت نتایج تایید شده است.

    کلیدواژگان: کاواک کوانتومی، فیلترینگ کوانتومی، معادله اصلی اتفاقی، تخمین حالت کوانتومی، حالت خلا
  • آیت الله مهبودی، حسین نظام آبادی پور، محدثه سلیمانپورمقدم* صفحات 163-174

    یکی از بحث های اساسی و مهم در مورد ربات متحرک و توده  ربات های متحرک مسیله برنامه ریزی مسیر است. مسیله برنامه ریزی، یافتن مسیری است که ربات را از نقطه شروع به نقطه هدف هدایت می کند. این حرکت باید به گونه ای باشد که ربات با موانع و دیگر ربات ها برخورد نداشته باشد. ضمن این که مسیر طی شده دو شرط ایمن بودن و بهینه بودن را نیز برآورده سازد و با کمترین هزینه به هدف خود برسد. تاکنون کارهای متعددی در زمینه مسیریابی بهینه توده رباتیکی در محیط های دوبعدی انجام شده است. اما در محیط واقعی، مسیر کاملا مسطح نیست و محیط عملیاتی دارای ناهمواری هایی است که در حرکت ربات ها و یافتن مسیر بهینه بدون برخورد با موانع و دیگر ربات های گروه بسیار تاثیرگذار است. برای عملکرد صحیح ربات باید این ناهمواری ها در محاسبات مسیریابی وارد شده و در محیط شبیه سازی در نظر گرفته شود. در این مقاله، مسیله برنامه ریزی مسیر برای توده ربات ها به صورت سه بعدی مدل و به کمک روش فرا ابتکاری جمعیت ذرات بهبودیافته حل خواهد شد. روش پیشنهادی روی مسیله با تعداد ربات های و تنوع محیطی متفاوت آزموده می شود. نتایج آزمایش ها، کارایی روش پیشنهادی را نسبت به الگوریتم جمعیت ذرات از دو جنبه طول مسیر و زمان سفر تایید می کند.

    کلیدواژگان: توده رباتی، برنامه ریزی مسیر، الگوریتم بهینه سازی ذرات، محیط سه بعدی، موانع
  • حمید هوشمند*، محمدمهدی فاتح صفحات 175-189

    در این مقاله رویکردی جدید برای کنترل بازوی ربات با مفاصل انعطاف پذیر بر پایه کنترل کننده پیش بین و راهبرد کنترل ولتاژ در حضور اغتشاشات خارجی ارایه شده است. در این رویکرد از یک بازوی مفصل منعطف دو درجه آزادی جهت مدلسازی، طراحی، تحلیل و شبیه سازی استفاده می شود.  طراحی کنترل کننده یک بار با فیدبک از تمامی حالات سیستم (کنترل کننده اصلی) و بار دیگر تنها با فیدبک موقعیت موتور (کنترل کننده کاهش یافته) انجام می شود که در این صورت برخی از تجهیزات سخت افزاری حذف خواهد شد. کنترل کننده طراحی شده دارای مزیت های روش کنترل پیش بین و راهبرد کنترل ولتاژ بطور همزمان خواهد بود. لذا قانون کنترل علاوه بر سادگی دارای ساختار مفصل مستقل است. همچنین این رویکرد محدودیت های راهبرد کنترل گشتاور از قبیل: حجم محاسبات بالا، در نظر نگرفتن دینامیک الکتریکی محرکه ها و مشکلات پیاده سازی را برطرف می سازد. ویژگی های برجسته رویکرد پیشنهادی عبارتنداز: بهینه سازی برخط سیگنال کنترل ولتاژ، طراحی کنترل کننده پیش بین مبتنی بر راهبرد ولتاژ و کاهش مرتبه کنترل کننده . دیگر مزیت های این رویکرد عبارتند از: سادگی در طراحی و اثبات پایداری، انعطاف پذیری در تنظیم زمان نمونه برداری و افق کنترل پیش بین، لحاظ شدن محدودیت های ورودی و خروجی سیستم در قانون کنترل ولتاژ، دفع اغتشاش خوب و بهبود عملکرد سیستم حلقه بسته. به منظور بررسی عملکرد رویکرد پیشنهادی، تحلیل پایداری سیستم کنترل برای هر دو کنترل کننده اصلی و کاهش یافته براساس روش لیاپانوف انجام شده و شبیه سازی کامپیوتری در مسیله تنظیم و ردیابی سیگنال مرجع همراه با افزایش و کاهش فرکانس آن به منظور بررسی سرعت پاسخگویی و اضافه نمودن اغتشاش خارجی با بکارگیری کنترل کننده اصلی و کاهش یافته انجام خواهد شد. همچنین مزیت ها و محدودیت های رویکرد پیشنهاد شده به لحاظ سخت افزاری و عملکرد کنترل کننده از طریق مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی ها با مقالات دیگر تحلیل می شود و بدین صورت پایداری سیستم حلقه بسته و عملکرد مناسب آن تضمین می گردد.

    کلیدواژگان: بازوی ربات با مفاصل انعطاف پذیر الکتریکی، کنترل مبتنی بر ولتاژ کاهش یافته، روش پیش بین مدل
  • وهاب امینی آذر*، رسول فرحی صفحات 191-200

    روند قدرت بخشیدن به ماهیچه ها جهت رساندن آنها به مقادیر نرمال و معمول (توانبخشی)، یک پروسه زمان بر بوده و نیاز به هزینه و دقت بالایی دارد. ماشین های تمرین دهنده ی بسیاری برای مقاصد توانبخشی وجود دارند. اکثر این ماشین ها به دلایلی، بصورت محدود و ویژه مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، یک روش کنترلی هوشمند برای تبعیت از رفتار اندام سالم ارایه و بر روی یک روبات مسطح 3 درجه آزادی پیاده سازی می شود. سینماتیک معکوس روبات با استفاده از شبکه عصبی حل می شود و پارامترهای کنترلی با استفاده از الگوریتم ژنتیک در طی پروسه توانبخشی بهینه سازی می شوند (استراتژی هوشمند). نرم افزار مطلب برای انجام شبیه سازی ها در یک حالت استاندارد فیزیوتراپی مورد استفاده قرار می گیرد. در پایان نشان داده می شود که روش پیشنهادی در مقایسه با سایر روش های مشابه کم هزینه تر است و با وجود دقت بالا نیاز به صرف انرژی و نیروی کمتری دارد.

    کلیدواژگان: توانبخشی روباتیکی، الگوریتم ژنتیک، شبکه های عصبی، کنترل بهینه، کنترل امپدانس
  • مسعود شفیعی، حمیدرضا احمدزاده*، ایمان خادمی صفحات 201-213

    در این مقاله، مدل فضای حالت Fornasiini-Marchesini توسعه-یافته (MFM) برای کنترل آموزش پذیر تکرارشونده ی سیستم های نامعین دارای تاخیر زمانی معرفی می شود. براساس مدل دوبعدی، مسیله ی طراحی کنترل کننده ی آموزش پذیر تکرارشونده مقاوم به مقاوم به پایدارسازی H_inf مقاوم یک سیستم دوبعدی دارای تاخیر زمانی تبدیل می شود. به منظور پایدارسازی از کنترل کننده ی فیدبک خروجی استفاده شده است که ضرایب مربوط به کنترل کننده از حل یک مسیله ی نامساوی ماتریسی خطی (LMI) به دست می آید. در انتها، دو مثال عددی به منظور مقایسه ی روش پیشنهاد شده با ILC کلاسیک و هم چنین، نشان دادن کارایی آن با استفاده از نرم افزار MATLAB مورد شبیه سازی رایانه ای قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: کنترل آموزش پذیر تکرارشونده، سیستم های دوبعدی(2-D)، مدل MFM تاخیردار، فیدبک دینامیکی خروجی، پایدارسازی H، inf مقاوم، نامساوی ماتریسی خطی
  • سید علیرضا یوسفی، محمدحسین کاظمی* صفحات 215-226

    در این مقاله، به بررسی عملکرد کنترل کننده مدل داخلی بر رفتار چهارپره با بار آویزان پرداخته می شود، که با توجه به ناپایداری های ذاتی خود چهارپره و خطرات و ناپایداری هایی که در اثر نوسانات جرم آویزان ممکن است ایجاد شود،  استفاده از روشی به منظور پایدارسازی و اطمینان از عملکرد ایمن پرنده مهم و ضروری می باشد. کنترل کننده پیشنهادی در این مقاله، کنترل وضعیت و موقعیت چهارپره و حفظ پایداری کلی سیستم در برابر اغتشاشات و همچنین مقاومت در برابر نوسانات بار آویزان را بر عهده دارد. کنترل مدل داخلی یک کنترل کننده مقاوم مبتنی بر مدل است که در روش طراحی آن به صورت مستقیم از مدل نامی سیستم و معکوس تقریبی آن استفاده می شود. در صورت ناسره بودن معکوس مدل نامی، از یک فیلتر نیز در طراحی استفاده می شود. جبران ساز استفاده شده برای کنترل سامانه تنها از یک پارامتر کنترل بهره می برد که دلیل سادگی طراحی این کنترل کننده نیز است. مدل نامی مورد نیاز جهت استفاده در ساختار کنترل کننده مدل داخلی از روش مدل سازی خطی پارامتر متغیر بدست می آید. همچنین  به منظور کاهش نوسانات بار آویزان از تکنیک شکل دهی ورودی استفاده شده است که نتایج شبیه سازی نمایانگر عملکرد مناسب کنترل کننده در حفظ وضعیت و موقعیت چهارپره و کاهش نوسانات بار آویزان در طول پیمایش مسیر می باشد.

    کلیدواژگان: بار آویزان، چهارپره، کنترل مدل داخلی، سیستم خطی پارامتر متغیر، شکل دهی ورودی
  • حجت حسامی پور، ایمان شریفی* صفحات 227-235

    در این مقاله، مسیله پلتون خودروهای سنگین بین شهری در بستر اینترنت اشیاء مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. پلتون در خودروها به معنای آن است که خودروها در گروهایی به رهبری یکی از خودروهای گروه، در کنار یکدیگر و با نظم و ترتیب و جهت گیری مشخص حرکت کنند. پلتون خودروهای سنگین در مسایلی مانند کاهش ترافیک و افزایش ظرفیت جاده ها، کاهش تصادفات و امنیت بیشتر جاده ها و کاهش آلودگی بسیار موثر است. در پلتون خودروها در بستر اینترنت اشیاء به یکدیگر متصل شده و موقعیت خود و سایر اطلاعات لازم برای کنترل پلتون را به اشتراک می گذارند؛ که به این نوع ارتباط میان خودروها ارتباط V2V گفته می شود. همچنین وقتی خودروها از طریق اینترنت اشیاء کنترل می شوند رانندگان می توانند اطلاعاتی مانند وضعیت ترافیک جاده ها و علایم راهنمایی و رانندگی موجود در مسیر را دریافت کنند، که به این نوع ارتباط V2I گفته می شود. اما با توجه به ارتباط بی سیم خودروها در این بستر، امکان حمله سایبری به خودروها و مختل کردند پلتون وجود دارد. لذا باید کنترل کننده در مقابل حملات سایبری مقاوم باشد. چالش دیگر در پلتون وجود موانع از پیش تعیین نشده در مقابل یک یا چند خودرو می باشد که باید پلتون به نحوی طراحی شود تا علاوه بر جلوگیری از برخورد خودرو با مانع، رفتار رهبر گروه نیز دنبال شود. در این پروژه یک کنترل کننده تاب آور جدید  طراحی شده است به طوری که ضمن جلوگیری از حملات سایبری، از برخورد خودروها با موانع متحرک و ثابت نیز جلوگیری می کند. در انتها تیوری پیشنهاد شده برای سیستم پلتون، بر روی دو ربات حقیقی سه چرخ غیر هولونومیک پیاده سازی می شود. همچنین تعدادی خودروی مجازی نیز طراحی شده است و به صورت نرم افزار در حلقه در سیستم پلتون پیاده سازی شده قرار می گیرند. نتایج پیاده سازی مزیت روش پیشنهاد شده را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: کنترل پلتون خودروها، خودروهای متصل به هم، حملات سایبری در خودروها، کنترل کننده اجماع در خودروها، جلوگیری از برخورد خودروها با موانع در پلتون
  • قاسم عمرانی، بابک عبدی، وحید بهنام گل*، قاسم درخشان صفحات 237-246

    موتور های سنکرون مغناطیس دایم از موتورهای پرکاربرد در صنایع مختلف می باشند. کنترل سرعت این موتورها از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده که می تواند با استفاده از یک سیستم کنترل حلقه بسته انجام شود. به دلیل غیرخطی بودن دینامیک این نوع موتورها، در سال های اخیر از کنترل کننده های غیرخطی برای کنترل موتورهای سنکرون مغناطیس دایم استفاده شده است. یک راه حل برای کنترل سیستم های غیرخطی نامعین، استفاده از کنترل کننده غیرخطی مبتنی بر رویتگر است. در این روش تخمین نامعینی با استفاده از یک رویتگر توسعه یافته در اختیار کنترل کننده قرار می گیرد. چالش دیگر در کنترل موتور سنکرون مغناطیس دایم، دو ورودی - دو خروجی بودن سیستم دینامیکی این نوع موتور است. لذا استفاده از تکنیک های کنترل چند متغیره برای طراحی بردار ورودی کنترل مطلوب خواهد بود. در این مقاله از یک روش ترکیبی غیرخطی برداری مبتنی بر رویتگر برای کنترل سیستم دو ورودی- دو خروجی موتور سنکرون مغناطیس دایم استفاده شده است. برای این منظور با استفاده از یک رویتگر توسعه یافته، تابع نامعینی سیستم که شامل گشتاور بار و مشتق آن می شود تخمین زده شده و سپس از روش مد لغزشی هموار چند ورودی - چند خروجی برای طراحی بردار ورودی کنترل استفاده گردیده است. استفاده از روش ترکیبی پیشنهادی مزایای غیرخطی بودن، مقاومت در مقابل نامعینی، همگرایی زمان محدود و طراحی کنترل کننده برداری را به همراه دارد. این ویژگی ها به صورت تحلیلی و همچنین با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: موتور سنکرون مغناطیس دائم، کنترل مد لغزشی چند متغیره، رویتگر اغتشاش، چترینگ
|
  • Majid Afsahi*, Hassan Zamini, Hamidreza Dalili Oskouei Pages 1-10

    In this paper, a novel waveguide array antenna composed of non-inclined slots in the narrow wall of the waveguide, which are excited with rectangular Iris is introduced. This new method in addition to improving impedance and radiation characteristics has an easy production process. Also, because of using non-inclined slots, the antenna has very low cross polarization level. In this paper, in the first step, suitable radiating elements for designing a linear slot array antenna were considered, and then a linear array suitable surveillance radar with 136 elements with Taylor distribution is designed and simulated with HFSS at the frequency of (2.7 - 3.1) GHz. Finally, the antenna has been fabricated and tested. The results of the test and simulation are in good agreement.

    Keywords: slotted waveguide antenna, travelling wave type slotted waveguide array, rectangular waveguide, frequency scanning
  • Alireza Dolatabady*, Hamed Moazami Goodarzi Pages 11-21

    To utilize Ka-band frequency spectrum, has extensive applications in satellite communication and various radars implementation. Also, a portion of the frequency spectra required for implementation of fifth generation mobile telecommunication networks (5G) is laid into this frequency band. On the other hand, many mentioned applications, requires the achievement to radiation beam with precise steering capability in a narrow region of solid angles. This feature is achievable by utilizing the narrow beam-width antennas. Array antennas, besides providing the demanded gain, can fulfill such requirement. Also, the beam-width can be tunable in an acceptable range of different directions. Such a tunability can be realized using the phased array antennas. The capability of change in maximum direction (main lobe) of these antennas is provided using the active phase shifting components as feeding elements of the phased arrays, such as PIN diodes and ferrite devices. However, employing the passive Butler matrix components is considered as simpler and cheaper tool to realize the approach. To use the Butler matrix as feed of the antennas, with more input-output ports, leads to narrower beam-width. In this paper, after a brief review on Butler matrix structures principles, a simple design of 32×32 Butler matrix for Ka-band frequency spectrum is proposed, and the simulation results of its performance are presented. After applying the appropriate waves to two specific input ports and connecting the Butler matrix structure to the microstrip array, the beam-width of 3.5 degrees is obtained.

    Keywords: 5G, Antenna, Butler matrix, Phased array antenna, Microstrip, Radar
  • Reza Ebrahimi, Hossein Zamiri-Jafarian*, Morteza Khademi Pages 23-35

    Massive MIMO system has been introduced as a promising technology in achieving the benefits of the fifth generation of wireless communications, including high spectral and energy efficiencies. Having an accurate channel estimation is the main challenge for the utilization of the benefits of this system. Pilot contamination causes errors in user channel estimation and is a serious obstacle to access the benefits of the Massive MIMO system. In order to eliminate the destructive effect of the pilot contamination and to track the temporal variation of the users’ channels (due to displacement) in the Gauss-Markov channel model, an adaptive smart pilot allocation method in uplink TDD (Time Division Duplex) mode is proposed. Moreover, by using the virtual channel modeling technique, an alternative solution for calculating virtual assignment cost equivalent to the actual allocation cost in each block is presented in an adaptive manner which has low computational complexity. Finally, the performance of the proposed adaptive pilot sequence allocation algorithm is evaluated using computer simulation. Our results demonstrate the good performance and fast convergence of the proposed algorithm under different users' speeds.

    Keywords: Massive MIMO System, 5G wireless communication system, Pilot Contamination, Smart Pilot Sequence Allocation, Adaptive algorithm
  • Meysam Bayat*, Milad Moradi, Jalil Mazloum Pages 37-46

    In this article, three types of interference ,  and  were applied to the SAR radar signal. Then, the suppression of the interference effect was investigated by various adaptive filters. After implementing different types of adaptive filters with the same conditions to suppression interference, the performance of adaptive filters were compared with each other. According to the simulation results, the output of Kalman filter has a higher quality than other existing filters. Then, a proposed algorithm to improve the interference reduction was presented. The accuracy of suppression the interference in the proposed algorithm was improved by 3dB compared to the Kalman filter. This improvement was achieved in return for increased processing time. The proposed algorithm is 55 times faster than the Kalman filter. so, in case of high precision and robust hardware for complex calculations, the use of the proposed algorithm will improve interference suppression.

    Keywords: Imaging Radar, synthetic Aperture Radar, Target Signal, Interference, Interference Reduction, Adaptive Filter
  • Design and Implementation of Ultra-Wideband Passive High Frequency Phase Shifter with Single Layer Microstrip Structure
    Habibollah Zolfkhani*, Alireza Sharifi Pages 47-54

    In this paper, a method is presented for design and realizing ultra-wideband phase shifter in frequencies beyond 10 GHz with about a hundred percent fractional bandwidth. Its structure is composed of microstrip transmission lines and short circuited stubs. Its combination has advantages, from fabrication and realization viewpoint, over conventional structures that utilize coupled transmission lines and multi-layer structures. With this design and optimization method, it is possible to manufacture phase shifters with arbitrary phase shifts as well as arbitrary input and output impedances. The values of circuit dimensions is obtained using the optimization of least mean square combination of error function. To design phase shifters, a computer program is written which utilizes circuit models of microstrip transmission lines and microwave network relations. Its results are then improved using full-wave electromagnetic softwares to consider parasitic effects of T-junctions. 45 degree phase shifter with 50 ohms input-output impedances is designed, simulated and fabricated. Also, the 90 degree phase shifter was designed and simulated in the case that the input and output impedances be unequal, assuming to be 50 and 75 ohms. By investigation of the results of transmission and reflection coefficients and phase shifts obtained from full-wave simulation and practical realization, it is clear that the design goals are highly satisfied.

    Keywords: Differential phase shifters, Optimization, Computer aided design, Impedance matching, Single layer circuits
  • Mohammad Ragheb, Ali Kuhestani*, S. Mostafa Safavi Hemami Pages 55-62

    Millimeter wave communication is able to support wireless communications at data rates of several gigabits per second due to its abundant spectral resources. However, severe path losses and high directionality have made millimeter-wave systems vulnerable to obstruction. One solution to overcome this phenomenon is to use relays. Since the relays require power consumption and, in addition, some millimeter-wave equipment imposes high costs on systems, Intelligent Reflective Surfaces are being introduced as a new low-cost technology to overcome the above issues. In this paper, we consider an intelligent reflective surface-based millimeter wave system in which a base station, i.e., Alice sends its confidential messages to a user, i.e., Bob in the presence of a passive eavesdropper. With the aim of increasing the ergodic secrecy rate, the base station uses the idea of ​​combining information signal with artificial noise. In this regard, optimizing the transmitted signal power with artificial noise and the use of appropriate radiation in Alice and also the design of the optimal phase shift in the Intelligent Reflective Surfaces are presented. In addition, in this paper, we calculate a closed form expression for the cumulative distribution function of the legal and illegal channels to evaluate the ergodic secrecy rate. Numerical results show that, firstly, the proposed design improves the ergodic secrecy rate metric and, secondly, the proposed design offers better performance against the phenomenon of obstruction in millimeter-wave communications.

    Keywords: Intelligent reflecting surface, Joint beamforming, artificial noise, Secure millimeter-wave communications
  • Hossein Mashhadi, Loghman Asadpor* Pages 63-70

    A reconfigurable compact small size multiband meander line power divider with low insertion loss using two varactor diodes is presented in this paper. Design methods along with analysis equations are provided. The reconfigurable responses are realized by tuning the controlling voltages of the two varactor diodes thereby resulting compact size and less loss. One diode is used to tune the return loss of the input port and the other diode is utilized to tune the return loss of the two output ports and the isolation between the two ports. The tuning frequency range is from 0.8 GHz to 1.2 GHz. By tuning the bias voltages of the diodes, power divider can operate in 0.8 GHz to 1.2 GHz frequency bands.  A reconfigurable power divider is designed, fabricated and measured to validate the proposed methods. The power divider has the merits of compactness, low insertion loss, good isolation between two output ports, good return loss, and only two varactor diodes.

    Keywords: Power divider, Varactor Diode, Reconfigurable, Isolation, Meandering
  • Abolfazl Bijari*, Somayeh Abbasi Avval Pages 71-82

    In this paper, a low power 2×3 matrix distributed amplifier (DA) with tapper transmission lines is introduced in 180 nm CMOS technology. The matrix structure is used to provide the mechanisms of multiplication and additive of the current for increasing the gain and reducing the power consumption. In the input stage, a controllable cascade gain cell is used to expand the bandwidth and remove to need the additional capacitors in the input gate and central transmission lines. Moreover, the terminating resistor of the input gate transmission line is replaced with an RL network. The proposed distributed amplifier is designed and simulated using TSMC 0.18 µm CMOS technology in Cadence Spectre-RF over the frequency of 1-30 GHz. Operated at 1 V, the proposed DA consumes 25.16 mW. Simulation results show that the proposed DA achieves a direct power gain (S21) of 12±1 dB with an average NF of 5.75 dB and average IIP3 of -6.11 over the 1–24 GHz band of interest. The input and output return losses are also more than 10 dB.

    Keywords: Matrix distributed amplifier, Tapered transmission line, Low power, Ultra-wideband
  • Hamidreza Moazzen, Roghieh Karimzadeh Baee*, Amirhossin Ahmadi Pages 83-92

    In this paper, the design and fabrication of a hybrid microwave integrated circuit (HMIC) power amplifier (PA) with more than 8 Watts of output power and 50 dB of large signal gain in the frequency range of 10.95-11.20 GHz for satellite communications is presented. In order to have a high-efficiency PA, the last two stages of the PA are custom designed and fabricated using GaN transistors as separate modules. To evaluate the repeatability of the designed PA, 16 samples of the custom-designed PA are fabricated and measured. All of the measured PAs provided 8 Watts of output power with more than 55% of power added efficiency (PAE). To have a gain of more than 50 dB, commercial integrated circuits (ICs) are used as gain stages. Finally, the performance of the fabricated PA is evaluated using a 10 MSym/s QAM signal and 6 Watts of average output power with 33% of efficiency is achieved at 11 GHz.

    Keywords: Power amplifier, Satellite communications, Power added efficiency, X-band
  • Elham Majdi Nasab, Abumoslem Jannesari* Pages 93-103

    In this paper, a new digital pre-distortion model is presented for the joint compensation of power amplifier nonlinearity, gain and phase mismatch of quadrature modulator, and frequency-dependent impairments, in indirect conversion transmitters. This pre-distorter is designed based on the diagonal Volterra kernels, which is a simplified model of the Volterra series, as its parameters are linear. So, we can use the indirect learning structure to estimate the pre-distortion parameters. Due to the numerical instability that may occur in the nonlinear modelling of the power amplifier and its linearization, in this structure, a nonlinear model with basic functions based on the Jacobi polynomial is proposed, which significantly reduces the conditional number of the matrix of pre-distortion coefficients to less than 50 dB. Also, the power of the signal in the adjacent channel decreases by more than 17dB for the 16QAM-LTE and 64QAM-LTE input signals and 14 dB for the OFDM input signal. Simulation results in MATLAB software confirm the efficiency and performance of this model. NMSE and EVM parameters are also introduced to analyze and evaluate the proposed pre-distortion structure, which is simulated in MATLAB for the 16QAM-LTE input signal. The results showed an NMSE value of -45 dB and EVM value of -37 dB for Jacobi DPD with a DPD coefficients number of 19.  The values of these parameters have been calculated and plotted for the various Jacobi polynomial orders, and the results have been significantly improved compared to the conventional memory polynomial model.

    Keywords: Nonlinear modeling, Power amplifier, Digital Pre-distortion, Quadrature modulator mismatch, Orthogonal Jacobi Polynomial, Adjacent channel power ratio(ACPR)
  • Seyede Mohadese Darvari, Mehdi Khatir* Pages 105-112

    In this study, a plasmonic infrared refractive index sensor (RI) based on the Metal-Insulator-Metal (MIM) structure by two gold nanorods in the top layer to measure the analytic refractive index has been proposed. Sensor characteristics such as Sensitivity (S), Full Width at Half Maximum (FWHM) and Figure of Merit (FOM) were calcuted 736.842 nm / RIU, 40 nm and 18.421, respectively.Since the two-dimensional nature of collective provocations in graphene makes plasmon imprisonment in graphen is more powerful than metals and in addition, the  metals does not ideally absorb biological molecules, A graphene layer has been added to increase the sensitivity of the sensor. Finally, the gold nanorod sensor using graphene layer between the nanorods and dielectric was investigated and the characteristics of the sensor with thickness of graphene layer, 2 nm and chemical potential of 0.7 eV have obtained as S = 778.571 nm / RIU, FWHM = 46 and FOM = 16.045.

    Keywords: Sensor, Plasmonic, Graphene, Metal-Insulator-Metal (MIM), Sensitivity
  • Zeinab Vara, Mahdiyeh Mehran* Pages 113-121

    In this paper, capacitive tilt micro sensors based on the MEMS technology are designed, analyzed and simulated. These micro sensors are cylindrical and interdigital capacitors (IDC) of the structure from copper, are located on one of their bases. Electrodes of the IDCs are located on the same plate and connected to the ground or terminal voltage. Half of the cylinder is filled with the silicone oil while there is air in the other half. By rotating the cylinder around the x-axis, as the oil level inside the cylinder remains horizontal due to the gravity, position of the electrode’s surfaces which are located inside the oil changes, so tilt around this axis is measured. Two structures are proposed to measure tilt around the x-axis. In this paper, using detailed analysis, the effect of the angular changes on the structural capacitors and outputs is investigated. Moreover, the proposed structures have been simulated by COMSOL Multiphysics software. The results of simulation and analysis are in good agreement. The measuring range of these structures is -90 ° to 90 ° or 0 ° to 180 °  with the sensitivity of 44 fF/deg and 88 fF/deg for one and two-capacitor structure, respectively.

    Keywords: Tilt capacitive micro-sensors, interdigital capacitor, measuring range, sensitivity, liquid dielectric
  • Vida Esmaeili, Mahmood Mohassel Feghhi*, Seyed Omid Shahdi Pages 123-130

    The happiness, fear, sadness, anxiety, and etc. feelings appear in the face for a short time after controlling and suppressing. This unmanageable expression is micro-expression. It can show trickery and lie. Therefore, its recognition has a wide of applications in tribunal and therapy. However, it is necessary to identify the rapid and weak movements of the facial muscles. To this end, in this paper, we magnify motions and we have considered six planes along the time dimension to identify changes well. We also propose the multi-color uniform local binary pattern from six intersection planes and the histogram of gradient direction from these planes, which produce good results in micro-expression recognition. These methods can be used in a real environment. Because they work better in illumination and light changes. The result of the experiments shows 74.12%, 86.19%, and 66.23% accuracy using the proposed method on CASME I, CASME II, and SMIC-NIR databases, respectively. Thus, our method has promising performance in comparison with the methods of previous researches.

    Keywords: Micro-expression recognition, histogram of gradient direction, multi-color uniform local binary pattern
  • Nastaran Aghaei, Gholamreza Akbarizadeh*, Abdolnabi Kosarian Pages 131-144

    Deep Semantic segmentation of images as an integrated solution for image analysis is based on the classification of individual image pixels, especially in applications such as oil spill detection in the marine areas which have no clear boundaries. To curb pollution and environmental hazards caused by oil spills, it is important to provide more accurate algorithms. Synthetic aperture radar images are widely used in the oil spill detection field. In these images, there are challenges such as speckle noise as well as distinguishing between oil spills and lookalike areas. The application of new machine learning methods can help reduce the involvement of human taste in decision-making. In this paper, the feature channel shuffling method on CNN networks, atrous block, and decoder parts are used and the computational complexity is drastically reduced and also provides much better oil spill segmentation results than other methods. The proposed network architecture is based on the Vgg16 architecture. The overall accuracy, accuracy, intersection over :union:, weighted IoU, and BF score is used as evaluation parameters. In the proposed method, the accuracy of detecting the oil spills and look-alikes was improved by 7.8% and 7.3%, respectively, compared to the previous simulated methods.

    Keywords: Channel shuffle, ShuffleNet, deep learning, semantic segmentation, oil spill detection, synthetic aperture radar images
  • Hosseinali Ghiassirad, Mahdi Aliyari Shoorehdeli*, Faezeh Farivar Pages 145-152

    Imposing a constraint on the gradient descend algorithm for the purpose of neural network training with limited weights has several applications such as network transparency, reducing network volume in terms of storage, increasing the level of generalizability. In addition, it speeds up convergence and finds a more accurate answer. In this paper, using the kernel trick as a method for imposing various constraints on the training algorithm, 21 different constraints have been compared those 16 constraints of which are novel and inspired by the existing uncertainty in biological neural networks. There have been no data augmentation or regularization techniques are used to clearly show the effect of each constraint functions. To solve the classification problem of MNIST, CIFAR-10 and CIFAR-100 datasets for each constraint function, 63 experiments have been done. The results show constraint functions have different impact on solving each dataset and specially our biologically inspired constraints may lead to train a more accurate neural network than the other constraints.

    Keywords: Deep Neural Network, Biological Neural Network, Constrained Gradient Descent, Regularization, Kernel Method, and Constraint
  • Abolghasem Daeichian* Pages 153-162

    One of the platforms for implementing quantum technologies is optical systems where the cavity is a major component. Furthermore, state estimation has a significant role in understanding the behavior and control of quantum systems. This paper concerns derivation of quantum-filtering equations for a one-sided cavity driven by the field in the vacuum state. To this end, the number operator has been selected as an appropriate observable for the cavity. Then, filtering equations, namely stochastic master equation, have been derived considering observations which are measured by monitoring the output field either by Homodyne or photon detector. In addition, the effect of changing cavity parameters has been investigated on its behavior. Finally, the accuracy of the result has been validated by simulating the derived stochastic master equations and comparing with the master equation.

    Keywords: Quantum cavity, Quantum filtering, Stochastic Master Equation, Quantum state estimation, Vacuum state
  • AyatAllah Mehboodi, Hossein Nezamabadi-Pour, Mohadese Soleimanpour-Moghadam* Pages 163-174

    ​One of the most important issues in the field of the mobile swarm robot is the problem of path planning.  The goal of path planning is determining the optimal trajectory of the path for multi-robot in a defined search space that directs the robot from a start point to a destination point. This optimal trajectory should be such that the robot does not encounter obstacles and other robots. It should be mentioned that the optimal trajectory should also meets the requirements of being safe and optimal; moreover the optimal trajectory should be the lowest cost path. So far, numerous literature have been devoted to swarm robotic path planning in two dimension environments. But in the real environment, the path is not quite flat, and the search space has lots of roughness. In this paper, the problem of path planning for a swarm of robots will be solved in a three-dimension (3D) feasible search space using the improved particle swarm optimization method. In the experiments, the proposed method is examined in term of number of robots and different environments. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach in minimizing path length and travel time.

    Keywords: Swarm robots, Path planning, Path length, Particle Swarm Optimization, Three dimensional environment, Obstacles
  • Hamid Hooshmand*, MohammadMehdi Fateh Pages 175-189

    In this paper is proposed a new approach to controlling a flexible-joint robot manipulator based on a predictive controller and voltage control strategy in the presence of external disturbances. In this approach is used a 2DSFJ[1] Robot for modeling, design, analysis, and simulation.  The controller design is done once with feedback from all system states (main controller) and again only with feedback of the motor position (reduced controller), which in this case, some hardware equipment will be eliminated. The designed controller will have the advantages of predictive control method and voltage control strategy at the same time. So, in addition to simplicity, the control law has an independent joint structure. Also this approach resolves the limitations of the torque control strategy, such as the high computational volume, ignoring of the actuators electrical dynamics, and implementation problems. The prominent features of the proposed approach as follow: online optimization of the voltage control signal, design of predictive controller based on voltage strategy and controller order reduction. Other advantages of this approach include: simplicity in design and proof of stability, flexibility in tuning the sampling time and predictive control horizon, consideration of system input and output limitations in the voltage control law, good disturbance rejection, and improved performance of closed-loop system. In order to analyze the performance of the proposed approach, stability analysis of control system for both main and reduced controllers was performed by Lyapunov-based method, and computer simulation in problem of regulation and tracking of the reference signal along with increasing and decreasing its frequency for evaluating the response speed, and adding external disturbance by using the main and reduced controller will be done. Also, the advantages and limitations of the presented approach in terms of hardware and controller performance are analyzed by comparing the results of the simulations with other papers, and thus the stability of the closed-loop system and its proper performance is guaranteed.

    Keywords: Electrically Driven Flexible-Joint Robot Manipulator, Reduced Voltage-based Control, Model Predictive Method
  • Wahab Aminiazar*, Rasoul Farahi Pages 191-200

    The process of empowering muscles in order to make them to a normal and common value is an expensive and prolonged work. There are some commercial exercise machines used for  this purpose called rehabilitation systems. However, these machines have limited use because of some reasons. In this paper, an algorithm and an improved rule are presented for controlling a rehabilitation system of lower limbs which is implemented on a 3-Degree Of Freedom  planar robot. Estimation and optimization of control parameters will be done by artificial neural networks and genetic algorithms, respectively (intelligent strategy). MATLAB Simulink is used for simulations. It shows that proposed algorithm in comparation with other similar methods is a low-cost method and needs to less energy and force with high accuracy.

    Keywords: Rehabilitation robotic, Genetic Algorithm, Neural Network, optimized control, impedance control
  • Masoud Shafiee, Hamidreza Ahmadzadeh*, Iman Khademi Pages 201-213

    In this paper, the 2-D modified Fornasini-Marchesini (MFM) state-space model of iterative learning control for uncertain state-delayed systems is introduced. Based on the 2-D model, the problem of designing a robust iterative learning controller is transformed to robust H_inf  stabilization of a 2-D state-delayed system. Dynamic output feedback controller is applied to stabilize the uncertain 2-D model of the process. Linear matrix inequality (LMI) approach is used to find the coefficients of the controller. Finally, two numerical examples are simulated by MATLAB software to compare the proposed method with the classic ILC method and to show the efficiency of the proposed ILC method.

    Keywords: Iterative learning control, 2-D System, Delayed MFM model, dynamic output feedback, robust H, ∞ stabilization, linear matrix inequality
  • Seyed Alireza Yousefi, MohammadHosein Kazemi* Pages 215-226

    In this paper, the performance of the internal model controller on the behavior of suspended load quadcopter is investigated, where due to the inherent instabilities of the quadcopter and the hazards and instabilities that may be caused by suspended mass oscillation, the use of a method to stabilize and ensure the safe performance of the system is important and necessary. The proposed controller in this paper is responsible for controlling the attitude and position of the quadcopter and maintaining the overall stability of the system as well as the robustness against internal disturbances and suspended load swing. Internal model control is a robust model-based controller that directly uses the nominal system model and its approximate inverse in its synthesis. When the inverse of nominal model is improper, a filter is also used in the design. The compensator, used to control the system, employs only one control parameter. This is the reason of the controller synthesis simplicity as well. The required nominal model, used in internal model controller structure, is obtained via linear parameter varying modeling method. Furthermore, in order to reduce the suspended load oscillation, the input shaping technique is used, where the simulation results show the appropriate performance of the system to maintain attitude and position of the quadcopter and suspended load swing reduction during the path tracking.

    Keywords: Suspended load, quadcopter, internal model control, linear parameter varying system, input shaping
  • Hojat Hesamipour, Iman Sharifi* Pages 227-235

    This paper studies the Platooning of heavy vehicles based on the Internet of Things. In this context, the term “Platoon” means that the cars move in groups together in a certain order and direction, led by one of their teammates. Platooning of heavy vehicles are very effective in reducing the pollution, the traffics and its consequent accidents, while increasing the road capacity. In the Internet of Things, vehicles can connect together over internet and share their position and other data that are necessary to control vehicles in group that is called V2V (Vehicle-to-Vehicle) communication. When vehicles controlled over internet of things, drivers can receive information such as road traffic, and traffic sings which is called V2I (Vehicle-to-Infrastructure) communication. In this paper, a novel resilient controller is designed to prevent cyber-attacks while it is robust against static/moving obstacles inside the group. At the end, the proposed theory is implemented on two real non-holonomic robots with three wheels. Moreover, a number of virtual robots are designed and implemented inside software-in-the-loop system to emulate the Platoon. The results confirmed the superiority of the proposed method.

    Keywords: Platoon vehicle control, Interconnected cars, Cyberattacks in cars, Consensus controllers in cars, Prevent cars from colliding with obstacles in Platoon
  • Ghasem Omrani, Babak Abdi, Vahid Behnamgol*, Ghasem Derakhshan Pages 237-246

    Permanent magnet synchronous motors are widely used motors in various industries. Speed ​​control of these motors is of special importance that can be done using a closed loop control system. Due to the nonlinear dynamics of this type of motor, in recent years, nonlinear controllers have been used to control permanent magnet synchronous motors. One solution for controlling uncertain nonlinear systems is to use an observer-based nonlinear controller. In this method, uncertainty estimation is provided to the controller using an extended state observer. Another challenge in controlling a permanent magnet synchronous motor is the two input- two output of the dynamic system of this type of motor. Therefore using multivariate control techniques will be desirable for the design of the control input vector. In this paper, a combined vector observer-based nonlinear method is used to control the two inputs - two outputs system of a permanent magnet synchronous motor. For this purpose, using an extended observer, the load torque, which is assumed to be uncertain, is estimated, and then the smooth multi-input-multi-output sliding mode method is used to design the control input vector. The proposed hybrid method has the advantages of nonlinear, robustness to uncertainty, finite time convergence, and vector based controller design. These features are demonstrated analytically as well as using computer simulations.

    Keywords: Permanent Magnet Synchronous Motor, Multivariate Sliding Mode Control, Disturbance observer, Chattering