فهرست مطالب

الکترومغناطیس کاربردی - سال یازدهم شماره 2 (پیاپی 27، پاییز و زمستان 1402)

نشریه الکترومغناطیس کاربردی
سال یازدهم شماره 2 (پیاپی 27، پاییز و زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/27
  • تعداد عناوین: 12
|
  • علی رضائی لطیفی* صفحات 1-11
    طیف سنج یا اسپکترومتر اپتیکی ابزاری است که برای جداسازی و تفکیک یک تابش الکترومغناطیسی به مولفه های طول موجی اش مورد استفاده قرار می گیرد و کاربرد متنوعی در علوم و صنایع دارد. در این مقاله یک اسپکترومتر اپتیکی منحصرا در ناحیه طیفی A UV-، که قبلا مورد تحقیق قرار نگرفته است طراحی شده است. برای این طراحی، از توری پراش هولوگرافی با چگالی شیار 3600 خط بر میلی متر و تعدای عدسی با جنس های مختلف مناسب در ناحیه فرابنفش استفاده شده است. برای رسیدن به کنتراست و توان تفکیک بالا باید پرتوهای مربوط به هر طول موج پراشیده شده توسط توری، با دقت بالانی بر روی صفحه آشکارساز کانونی شوند. برای این منظور هشت عدسی از جنس های سلیکا و سلیکای ذوب شده که دارای ضریب انتقال بالایی در ناحیه فرابنفش هستند به کار برده شد. سپس بعد از محاسبات اولیه و تعیین تخمینی شعاع انحنای سطوح، ، جهت رسیدن به نتایج مطلوب، عدسی ها را به فاصله 1 میلی متر از هم قرارداده و با کمک عملوندهای مناسب تعریف شده در ویرایشگر تابع شایسته نرم افزار زیمکس، ضخامت سطوح و شعاع انحنای عدسی ها در چند مرحله بهینه سازی شدند. پس از بهینه سازی، در طول موج مرکزی، تمام نقاط نمودار نقطه ای داخل دیسک ایری واقع شدند و توان تفکیک سامانه تقریبا 30 پیکومتر بدست آمد که در مقایسه با کارهای قبلی محققان در سایر نواحی طیف الکترومغناطیسی، نتیجه بسیار مطلوبی است.
    کلیدواژگان: طیف سنج، توری پراش، فرابنفش نزدیک، توان تفکیک، دیاگرام نقطه ای، دیسک ایری
  • محسن منصورسمائی، عبدالله ملک زاده*، رسول پاشایی صفحات 11-16
    امروزه روش های بسیار متنوعی برای اندازه گیری همزمان دما و کرنش به کمک حسگرهای FBG پیشنهاد شده است که همه آن ها را می توان به دو دسته کلی تقسیم کرد. روش هایی که از دو یا چند FBG یکنواخت یا غیریکنواخت برای اندازه گیری همزمان استفاده می کنند و روش هایی که تنها از یک FBG غیریکنواخت به این منظور بهره می برند. در این مقاله، برخلاف تمام روش هایی که تاکنون مطرح شده، برای اندازه گیری همزمان دما و کرنش تنها استفاده از یک FBG یکنواخت پیشنهاد شده است که کمترین مقدار از بازه ی طیفی منبع پهن باند را اشغال می کند. در این روش از یک ابزار مکانیکی به نام تیر افقی یک سر بسته (طره) برای تبدیل کرنش یکنواخت به کرنش غیریکنواخت در طول FBG استفاده می شود. به کمک این طره علاوه بر طول موج، توان پیک بازتابی از توری براگ نیز به تغییرات کرنش حساس خواهد شد درحالی که این توان بازتابی نسبت به تغییرات دما هیچ واکنشی از خود نشان نمی دهد. درنتیجه،کرنش اعمالی به سازه توسط تغییرات توان پیک بازتابی، و دما توسط جابجایی طول موج بازتابی از توری براگ تعیین می شوند. باتوجه به نتایج شبیه سازی، حساسیت این حسگر نسبت به تغییرات دما pm/°C 21/14 و نسبت به تغییرات کرنشpm/με 68136/0 بدست آمده است.
    کلیدواژگان: اندازه گیری همزمان، توری براگ فیبری، حسگر دما، حسگر فیبر نوری، حسگر کرنش
  • محمد نوروزی، محمدحسین استوارزاده*، سید علی رضوی پاریزی صفحات 17-24
    در این مقاله یک ماتریس باتلر در فناوری موجبر شکافی ریج ارایه می شود. برای این منظور ابتدا به طراحی کوپلر ریبلت در باند موج میلیمتری پرداخته می شود. ضریب تزویج کوپلر ریبلت طراحی شده dB 3 و اختلاف فاز دهانه های خروجی آن 90 درجه هست. همچنین افت برگشتی از دهانه های این کوپلر در بازه فرکانسی GHZ  53  تا  GHz 60  بهتر از dB 10 هست. سپس به طراحی تقاطع و شیفت دهنده فاز 45 درجه در بازه فرکانسی ذکر شده پرداخته می شود به نحوی که سیگنال خروجی تقاطع و شیفت دهنده فاز با هم اختلاف فاز 45 درجه داشته باشند. با اتصال مناسب چهار کوپلر ریبلت، دو شیفت دهنده فاز و یک تقاطع، ساختار ماتریس باتلر طراحی می شود. ماتریس باتلر طراحی شده دارای 4 دهانه ورودی و 4 دهانه خروجی هست. نتایج شبیه سازی ماتریس طراحی شده توسط نرم افزار HFSS نشان می دهد که به ازای تحریک هر دهانه ورودی در بازه فرکانسی GHZ  53  تا  GHz 60  توان به صورت تقریبا مساوی بین 4 دهانه خروجی با نسبت حدودا dB 6- تقسیم می شود و اختلاف فاز خطی بین خروجی های ماتریس وجود دارد که با تغییر تحریک به دهانه دیگر اختلاف فاز بین خروجی ها نیز تغییر می کند. به دلیل ایجاد توزیع دامنه و فاز مطلوب در خروجی های ماتریس باتلر، نتایج شبیه سازی مورد تایید هستند. همچنین مقایسه نتایج با نتایج شبیه سازی شده توسط نرم افزار CST تاییدکننده عملکرد مناسب ماتریس طراحی شده می باشد.
    کلیدواژگان: باتلر، ریبلت، شیفت دهنده فاز، موج میلیمتری، موجبر شکافی
  • مهدی جلالی، توحید اریبی، توحید صدقی*، فردین اروجی صفحات 25-31
    در این مقاله، یک ساختار جدید برای آنتن آرایه ای شکاف دار چند ورودی- چند خروجی با الگوهای تشعشعی سمت گرا برای کاربردهای WLAN(IEEE 802.11ac) و ITU پیشنهاد شده است. با استفاده از دو زیر عنصر، یک عنصر جدید ترکیب شده به دست آمده است. آنتن آرایه ای پیشنهادی دارای مزیت کوچکی ابعاد فیزیکی (8.5λh×8.5λh) است. ضمنا آنتن پیشنهادی نهایی، بدون استفاده از بازتاب دهنده ها و جهت دهنده ها دارای F/B نسبتا خوبی (در حدود 20 دسیبل) است. هشت زیرعنصر برای تشکیل ساختار نهایی استفاده شده اند و چهار عنصر شکاف دار سمت گرا در شکل آرایه ایجاد شده اند تا الگوهای تشعشعی تقریبا عمودی را ایجاد کنند. بنابراین یک آرایه آنتنی چند ورودی-چند خروجی فشرده با ایزولاسیون بالا بین عنصرهای ترکیب شده بدست آمده است. آزمایش های عملی آنتن نتایج شبیه سازی را تایید می کنند.
    کلیدواژگان: آنتن شکاف دار، سیستم چند ورودی-چند خروجی، آنتن سمتگرا، آرایه آنتنی
  • مرتضی فرهید*، حسین بهشتی صفحات 33-41
    در این مقاله، به طراحی، ساخت و تست گشتاوردهنده مغناطیسی سه محوره مجتمع بر برد درایور ماهواره مکعبی مطابق با الزامات نمونه خارجی شرکت ISIS پرداخته می شود. گشتاوردهنده های مغناطیسی بر اساس الزامات مشخص شده ماموریتی، یک میدان مغناطیسی در اطراف ماهواره تولید می کنند که با میدان مغناطیسی کره زمین در تعامل بوده و یک گشتاور در ماهواره تولید کرده و به این ترتیب مومنتم زاویه ای ماهواره قابل تغییر و کنترل خواهد بود. استفاده از این عملگرها در زیر سیستم کنترل وضعیت از مزایایی مانند عدم نیاز به مواد سوختی (مانند تراسترها)، توان مصرفی پایین، عدم وجود قطعات متحرک بهره برده و به ویژه در ماهواره های مکعبی از محبوبیت بالایی برخوردار می باشند. تمرکز فضای طراحی در به حداکثر رساندن ممان دوقطبی مغناطیسی برای یافتن بردار پاسخ شامل تعداد دور، طول و شعاع هسته برای گشتاوردهنده های هسته دار و تعداد دور و ابعاد هسته غیرمغناطیسی برای هسته هوا است. طراحی مشخصات سیم پیچ ها بر اساس روش بهینه سازی تکرارپذیر برنامه ریزی درجه دوم متوالی SQP تحت محدودیت های نابرابری الزاماتی مانند جرم، توان و... با هدف رسیدن به ممان دوقطبی مغناطیسی Am2 2/0 انجام گرفته است. این گشتاوردهنده های مجتمع سه محوره به همراه درایور مربوطه توسط سنسور مغناطیس سنج HMR2300 شرکت Honeywell بعد از انداز گیری میدان مغناطیسی تولیدی با استفاده از رابطه ممان دوقطبی مغناطیسی صحه گذاری گردید. نتایج بدست آمده حاکی از برآورده کردن مشخصات مدنظر نمونه خارجی می باشد.
    کلیدواژگان: ماهواره مکعبی، کنترل وضعیت ماهواره، گشتاوردهنده مغناطیسی، بهینه سازی
  • مهدی زارعپور*، مسعود حسین زاده صفحات 43-54
    هدف اصلی این مقاله، استفاده از فراسطوح برای نامریی سازی اجسام است. برای رسیدن به این هدف، روشی برای تحلیل فراسطوح استوانه ای ارایه شده است. بدین صورت که  با الهام گرفتن از نحوه مدل کردن فراسطوح صفحه ای، روشی مبتنی بر مشخصه گذاری فیزیکی فراسطوح استوانه ای در راستای مدل سازی و استخراج پارامترهای تنسوری آن ها بیان می شود. روش های ارایه شده این مقاله برای تحلیل، مدل سازی و استخراج پارامترهای فراسطوح استوانه ای، برای هر نوع دلخواه از فراسطوح خطی در بازه فرکانسی وسیعی متشکل از امواج رادیویی و مایکروویو تا امواج نوری قابل پیاده سازی هستند. در گام بعدی، فرمولاسیون ارایه شده برای کاهش میزان پراکندگی امواج الکترومغناطیسی از اجسام یا به اصطلاح نامریی کردن آن ها استفاده شده است. روش ارایه شده برای نامریی سازی این امکان را فراهم می سازد تا بتوان با توجه به محدودیت های پیاده سازی عملی، پیکربندی های متفاوتی از فراسطوح را برای تحقق هر نوع نامریی سازی ارایه نمود. به علاوه، فرمولاسیون مذکور در فراهم کردن درک و توصیف فیزیکی نامریی سازی تاثیر به سزایی دارد. برای راستی آزمایی نتایج، فرمولاسیون این مقاله به یک نمونه فراسطح طراحی شده اعمال گردید. نهایتا، به کمک شبیه سازی های تمام موج، پارامترهای تنسوری فراسطح استخراج شده و نامریی سازی مورد نظر تحقق یافته است.
    کلیدواژگان: فراسطوح، تنسور، نامرئی سازی
  • آریز نصرت پور*، خسرو حیدریان صفحات 55-66
    در این مقاله شبیه سازی و تحلیل دروازه منطقی تمام نوری NOT با استفاده از تقویت کننده نوری نیمه هادی بلور فوتونی (PC-SOA) مبتنی بر تداخل سنج ماخ زندری و سازوکار غیرخطی مدوله سازی فاز متقابل انجام گرفته است. توالی پالس نوری ورودی مورداستفاده در طراحی از نوع بازگشت به صفر است. باانرژی قطار پالس ورودی 4fJ و جریان تزریق 1mA، مناسب ترین حالت برای دروازه منطقی NOT با نرخ بیت 80 Gbps به دست آمده است. برای حل معادلات نرخ و انتشار از روش عددی تفاضل محدود استفاده شده است. همچنین در این مقاله برای عملکرد مناسب و بازدهی بهتر دروازه منطقی تمام نوری NOT، پارامترهای اثر الگو ، نسبت خاموشی، بازده تبدیل ، نسبت تضاد، ضریب کیفیت و بازیابی بهره به صورت هم زمان موردبررسی قرارگرفته است. پارامتر مهم دیگری که در بهبود PC-SOA و همچنین مقدار نرخ بیت نقش اساسی دارد، طول عمر حامل است. در انتشارات قبلی ارایه شده این پارامتر در معادلات PC-SOA به صورت مقدار ثابت در نظر گرفته شده است بنابراین می تواند خطای نتایج را تا حدی افزایش دهد. اما در این مقاله، ساختار هر PC-SOA و مواد استفاده شده در آن براساس یک مدل تجربی و معتبر است. درنتیجه، محاسبات طول عمر حامل که وابسته به تغییرات چگالی حامل است با دقت محاسبه می شود. همچنین با توجه به نتایج به دست آمده، PC-SOA عملکرد منطقی بهتری نسبت به SOA معمولی از خود نشان می دهد و به دلیل طول بسیار کمتر از SOA، می تواند کاندیدای بسیار مناسبی برای مدارهای نوری مجتمع باشد.
    کلیدواژگان: تقویت کننده نوری نیمه هادی بلور فوتونی، تداخل سنج ماخ زندر، اثر الگو، بازده تبدیل، نسبت تضاد، ضریب کیفیت و نسبت خاموشی
  • حسین رمضانی اول* صفحات 66-77
    در این مقاله ضمن مرور تحلیلی فرمالیزم لاندایو برای معادلات الکترودینامیکی در حضور میدان گرانشی، نشان می دهیم که روابط ساختاری سه بعدی الکترومغناطیس در این فرمالیزم را با دو روش هم ارز می توان بیان کرد. در ادامه روابط ساختاری برای ناظر چرخان گالیله ای را با هر دو روش بدست آورده و انطباق آن با نتایج قبلی را نشان می دهیم. همچنین روابط ساختاری الکترومغناطیس را برای ناظر چرخان غیرمرکزی ارایه می دهیم. با هدف رفع برخی ابهام ها مخصوصا در مقالات مربوط به این موضوع در حوزه مهندسی برق، نمایش های متفاوت از شکل سه بعدی روابط ساختاری در چارچوب ناظر چرخان گالیله ای با استفاده از فرمالیزم لاندایو با جزییات کامل بیان می شود. همچنین ارتباط بین نمایش های مختلف روابط ساختاری سه بعدی توضیح داده خواهد شد. در پایان با توجه به اهمیت کاربردی و آزمایشگاهی ناظر چرخان غیرمرکزی، روابط ساختاری الکترومغناطیس را برای این ناظرخاص بدست خواهیم آورد.
    کلیدواژگان: روابط ساختاری الکترومغناطیس، فرمالیزم لاندائو، ناظر چرخان غیرمرکزی
  • هادی رحیمیان*، محمد محمدی مسعودی صفحات 79-86
    پالایه های شدت نور دسته جدیدی از پالایه های اپتیکی هستند که با استفاده روزافزون از لیزر در حوزه های مختلف از جمله پزشکی و صنعتی لزوم وجود آن ها حس می شود. سازوکار این پالایه ها بدین گونه است که در صورت افزایش شدت نور از یک آستانه مجاز، فعال شده و مانع از عبور نور شدید و درنتیجه صدمه به ادوات و انسان ها می شوند. در این مقاله نوع جدیدی از این پالایه ها طراحی شده است که بر اساس گرمای ایجاد شده توسط جذب پلاسمونیکی نانوذرات فلزی کار می کند. این گرما با برهم زدن نظم قرارگیری مولکول های بلور مایع عملکرد آن را تنظیم می کند. علاوه بر این، از طریق شبیه سازی طیف جذب نانوذرات مختلف فلزی برای رسیدن به ماده مناسب در هر طول موج بررسی شده است. میزان افزایش دمای القا شده به سیستم ناشی از جذب نانوذرات شبیه سازی شده و بر اساس روابط موجود، اطمینان حاصل شده که این افزایش دما می تواند منجر به چرخش مولکول های بلور مایع و درنتیجه پالایش نور شدید ورودی شود.
    کلیدواژگان: ترموپلاسمونیک، دامنه زمانی تفاضل محدود، پالایه شدت نور، بلور مایع، لومریکال
  • ناصر یوسف زاده*، یعقوب قانع قره باغ، محمد خلج امیرحسینی، علی حسنی صفحات 87-97
    در این مقاله اصول نظری و طراحی و شبیه سازی تغییردهنده فازی توان بالابر مبنای تزویج گر دورگه 90 درجه آمده است. از ویژگی های خاص این نوع تغییردهنده، ظرفیت حمل توان بالا، خطی بودن تغییرات فاز نسبت به فرکانس، تامین محدوده کامل 360 درجه تغییر فاز، عرض کم ساختار، تلفات برگشتی بیشتر از dB25 در پهنای باند MHz400 در فرکانس مرکزیGHz2/10، و انحراف فاز کمتر از 5/0 درجه در پهنای باند، می باشد که در کاربردهای آرایه های آنتنی توان بالا باقابلیت اسکن پرتو، می تواند استفاده شود. مبنای تغییر فاز تغییردهنده فاز طراحی شده، بر اساس تغییر طول مسیر الکتریکی سیگنال، از طریق حرکت پیستون های تعبیه شده در داخل ساختار، هست.دو نوع ساختار تزویج گر دورگه 90 درجه، صفحه E و صفحه H، موردبررسی قرارگرفته و نتایج دو ساختار باهم مقایسه شده اند. نشان داده می شود که تزویج گر از نوع صفحه H، کارایی بهتری ازنظر پهنای باند و نیز عرض کم ساختار، نسبت به تزویج گر نوع E دارد.
    کلیدواژگان: شیفت دهنده فاز، تزویجگر هایبرید 90 درجه، اسکن پرتو، تلفات برگشتی
  • رامین علی پور سرابی* صفحات 99-116
    خطاهای مکانیکی از شایع ترین خطاهای مربوط به ماشین های الکتریکی است. در این بین خطاهای ناهم محوری عمده ترین سهم خطاهای مکانیکی را دارند. ریزالورها به عنوان یک ماشین الکتریکی می توانند تحت تاثیر خطاهای ناهم محوری خود یا موتور الکتریکی متصل به خود قرار گیرند. وجود خطاهای ناهم محوری در ریزالورها که می تواند ناشی از چرخش ماشین در سرعت بحرانی، نصب نا درست رتور و استاتور، ایرادات تراشکاری هسته، و ساییدگی و خوردگی بیرینگ ها باشد، منجر به افزایش خطای تخمین موقعیت می شود. خطای تخمین موقعیت در نهایت باعث افزایش نوسانات گشتاور، کاهش بازده، از دست دادن کنترل ایده آل موتور الکتریکی، و اختلال در پروسه اتوماسیون می شود. لذا ارایه شاخص هایی برای شناسایی بروز خطای ناهم محوری در ریزالور می تواند یک راهکار پیشگیرانه برای جلوگیری از بروز مشکلات منتجه از خطای ناهم محوری باشد. بر این اساس در این مقاله با تمرکز بر روی خطای ناهم محوری ناشی از کج شدگی محور معادلات توصیف کننده رلوکتانس فاصله هوایی، چگالی شار مغناطیسی، و اندوکتانس متقابل به روش تابع سیم پیچی اصلاح شده ارایه خواهد شد. با استفاده از روابط توصیف کننده ولتاژ خروجی، طیف هارمونیکی ولتاژ خروجی در حالت خطای استاتیکی و دینامیکی با حالت بدون خطا مقایسه خواهد شد و شاخصی برای شناسایی خطای ناهم محوری - استاتیکی و دینامیکی- ارایه می شود.
    کلیدواژگان: ریزالور، خطای ناهم محوری، تابع سیم پیچی، پرمیانس، خطای تخمین موقعیت، شار محوری
  • علی ریاحی*، فرزاد بشیری، حامد مرادی صفحات 103-117

    در این مقاله، طراحی و ساخت حسگر فیبرنوری فابری- پرو با لایه ای از مواد پلیمری پلی یورتان، پی وی سی نرم و پی وی سی سخت با ضخامت های یکسان 300 میکرومتر و طول کاواک 1/0 میلی متر برای اندازه گیری فشار گاز معرفی شده و تاثیر این سه ماده پلیمری بر حساسیت حسگری فشار گاز مورد بررسی قرار گرفته است. حسگرهای فوق در دمای ثابت آزمایشگاهی تست شده و با یکدیگر مقایسه شده اند. برای انجام تست های فشار گاز از دو گاز اکسیژن و نیتروژن در بازه فشاری 10 تا 50 میلی بار استفاده شده است. حسگر با لایه پلی یورتان برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 438/0 و 392/0 نانومتر بر میلی بار، حسگر با لایه پی وی سی نرم برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 311/0 و 224/0 نانومتر بر میلی بار و حسگر با لایه پی وی سی سخت برای گاز اکسیژن و نیتروژن به ترتیب دارای حساسیت 298/0 و 186/0 نانومتر بر میلی بار می باشند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که حسگر ساخته شده با لایه نشانی پلی یورتان حساسیت بیشتری نسبت به حسگرهای ساخته شده برای هر دو گاز دارد.

    کلیدواژگان: فیبرنوری، حسگر فیبرنوری، حسگر فابری- پرو، فشار گاز، مواد پلیمری
|
  • Ali Rezaei-Latifi * Pages 1-11
    An optical spectrometer is a tool used to separate an electromagnetic radiation into its wavelength components and has a variety of applications in science and industry. In this paper, an optical spectrometer in the UV-A spectral region, which has not been investigated before, is designed. For this design, a holographic diffraction grating with a groove density of 3600 lines/mm and a number of lenses with different materials suitable for the ultraviolet region are used. To achieve high contrast and resolution, the beams of each wavelength scattered by the grating must be carefully focused on the detector screen. For this purpose, eight lenses made of silica and fused silica, which have a high transfer coefficient in the ultraviolet region, were used. Then, after the initial calculations and determining the estimated radius of curvature of the surfaces, in order to achieve the desired results, the lenses were placed at a distance of 1 mm from each other and by using appropriate operands defined in the merit function editor of Zemax software, the thickness of the surfaces and the radius of curvature of the lenses was optimized in several stages . After optimization, at the central wavelength, all points of the spot diagram were located inside the Airy disk and the resolution of approximately 30 pm was obtained, which is a very good result compared to the previous works of researchers in other areas of the electromagnetic spectrum.
    Keywords: Spectrometer, Diffraction grating, UV-A, resolution, Spot diagram, Airy disk
  • Mohsen Mansoursamaei, Abdollah Malakzadeh *, Rasoul Pashaei Pages 11-16
    Today, a wide variety of methods have been proposed to measure temperature and strain at the same time with the help of FBG sensors, all of which can be divided into two general categories. Methods that use two or more uniform or non-uniform FBGs for the measurement, and methods that use only one non-uniform FBG for this purpose. In this paper, unlike all the methods proposed so far, for the measurement of temperature and strain at the same time, the use of only one uniform FBG is proposed, which will occupy the least amount of spectral range of the broadband source. In this method, a mechanical tool called a cantilever is used to convert uniform strain to non-uniform strain during FBG. With this method, the peak power of reflection spectrum of the Bragg grating will be sensitive to changes in the applied strain to the grating while not reacting to temperature changes. As a result, the strain will be determined by changes in reflection peak power and temperature by changes in reflection Bragg wavelength. According to the simulation results, the sensitivity of this sensor to the temperature is 14.21 / pm/℃ and to the strain was 0.68136 pm/με.
    Keywords: measurement at the same time, Fiber Bragg Grating, Temperature Sensor, Optical Fiber Sensor, Strain Sensor
  • Mohammad Norozi, Mohamad Hossein Ostovarzadeh *, Seyed Ali Razavi Parizi Pages 17-24
    This paper presents a Butler matrix in Ridge Gap Waveguide (RGW)technology. For this purpose, we first design the riblet coupler in the millimeter wave band. The riblet coupler is designed with a coupling coefficient of 3 dB and a phase difference of 90 degrees at the outputs. Also, the return loss of all ports of this coupler in the frequency range of 53-60 GHz is better than 10 dB. Then we design a crossover and 45-degree phase shifter in the mentioned frequency range. By integrating four ribelt couplers, two phase shifters and a crossover, the Butler matrix structure is formed. The designed Butler matrix has 4 input and 4 output ports. The simulasion results of the designed matrix obtained by HFSS software show that for excitation of each input port in the frequency range of 53-60 GHz, the power is divided approximately equal between 4 output ports with a ratio of about -6 dB. But there is a linear phase difference between the matrix output ports, which also the phase of output ports change as the excitation port changes to other port. The simulation results are valid due to the desired amplitude and phase distribution at the matrix outputs. Also, comparing the results with those obtained by CST software confirms the proper performance of the designed matrix..
    Keywords: Butler, Riblet, phase shifter, Millimeter wave, Gap Waveguide
  • Mahdi Jalali, Tohid Aribi, Tohid Sedghi *, Fardin Oruji Pages 25-31
    In this article, a novel geometry for the multiple input multiple output (MIMO) array slot antenna with directive radiation patterns for WLAN (IEEE 802.11ac) & ITU applications is proposed. By using a two sub-element topology, a combined novel element is obtained. The proposed MIMO array slot antenna illustrates beneficences in terms of small size with physical dimensions of 8.5λh×8.5λh and relatively high front-to-back ratio without using reflectors and directors with approximately 20dB F/B. Therefore, a compact MIMO antenna array with high isolation among those the combined elements are obtained. The practicality of the proposed MIMO is validated by Simulated and measured results.
    Keywords: Slot antenna, directive antenna, Antenna Array, MIMO system
  • Morteza Farhid *, Hosein Beheshti Pages 33-41
    In this paper, the design, fabrication and testing of an integrated three-axis magnetic torque on the cube satellite driver range in accordance with the requirements of ISIS's external sample. Based on the specified mission requirements, magnetic torque generators generate a magnetic field around the satellite that interacts with the Earth's magnetic field and produces a torque on the satellite, so that the satellite's angular momentum can be changed and controlled. The use of these actuators in the status control system has advantages such as no need for fuel (such as thrusters), low power consumption, lack of moving parts and is especially popular in cubic satellites. The focus of the design space is on maximizing the magnetic dipole moment to find the response vector, including the number of turns, the length and radius of the core, and the number of turns and dimensions of the non-magnetic nucleus for the air core. The design of the windings based on the optimization method of sequential quadratic SQP programming under the constraints of inequality requirements such as mass, power, etc. has been done with the aim of achieving a magnetic dipole moment of 0.2 Am2. This three-axis integrated torques with their integrated drivers were calibrated by Honeywell's HMR2300 magnetometer sensor after measuring the generated magnetic field using a magnetic dipole moment relationship. The results show that the specifications of the designed sample are met.
    Keywords: cubesats, ADS subsystem, magnetorquer, Optimization
  • Mehdi Zarepour *, Masoud Hoseinzadeh Pages 43-54
    The main purpose of this article is to use metasurfaces to make objects invisible. The process is that, after examining how to analyze the electromagnetic plan metasurface of the plate, a method for the analysis of cylindrical metasurfaces is presented. Then, inspired by the modeling of plan metasurfaces, a method based on the physical characterization of cylindrical metasurfaces in order to model and extract their tensor parameters is expressed. The methods presented in this paper for analyzing, modeling and extracting the parameters of cylindrical metasurfaces can be implemented for any desired type of linear metasurfaces in a wide frequency range consisting of radio and microwave waves to light waves. In the next step, the proposed formulation is used to reduce the scattering of electromagnetic waves from objects or so-called invisibility. The proposed method for invisibility makes it possible to provide different configurations of metasurfaces to achieve any type of invisibility according to the limitations of practical implementation. In addition, the formulation is effective in providing a physical understanding and description of invisibility. To test the results, the formulation of this paper was applied to a designed metasurface sample. Finally, with the help of full-wave simulations, the metasurface tensor parameters are extracted and the desired invisibility is realized.
    Keywords: Metasourface, tensor, Invisibility
  • Arez Nosratpour *, Khosro Heydarian Pages 55-66
    In this paper, the simulation and analysis of the all-optical NOT logic gate using photonic crystal semiconductor optical amplifier (PC-SOA) based on Mach-Zehnder interferometer and nonlinear cross-phase modulation (XPM) mechanism is performed. The input light pulse sequence used in the design is RZ (Return to Zero). With 4fJ input pulse train energy and 1mA injection current, the most suitable mode for NOT logic gate with 80Gbps bit rate is obtained. The finite difference method (FDM) is used to solve the rate and propagation equations. Also, in this paper for proper performance and better efficiency of the all-optical NOT logic gate, pattern effect(PE) parameters, conversion efficiency (CE), extinction ratio (ER), contrast ratio(CR), quality factor(QF), and gain recovery are simultaneously examined. Another important parameter that plays a vital role in improving PC-SOA as well as the bit rate value is the carrier lifetime. In previous publications, this parameter has been considered as a constant value in PC-SOA equations. Therefore, it can increase the error of the results to some extent. But in this paper, the structure of each PC-SOA and the materials used in it are based on an experimental and valid model. As a result, the carrier lifetime calculations that depend on the carrier density changes are accurately calculated. Also, according to the obtained results, PC-SOA shows a better logical performance than conventional SOA, and due to its much shorter length than SOA, it can be a very suitable candidate for integrated optical circuits.
    Keywords: Photonic crystal semiconductor optical amplifier, all-optical NOT logic gate, Mach-Zehnder interferometer, pattern effect, Quality Factor, contrast ratio, conversion efficiency, and extinction ratio
  • Hosein Ramezani-Aval * Pages 66-77
    In this article, while analytically reviewing the Landau formalism for electrodynamic equations in the presence of a gravitational field, we show that the three-dimensional electromagnetic constitutive relations in this formalism can be expressed by two equivalent methods. Then we obtain the constitutive relations for the Galilean rotating observer with both methods and show its compatibility with the previous results. We also present the electromagnetic constitutive relations for an eccentric rotating observer. To solve some ambiguities, especially in the articles related to this topic in the field of electrical engineering, different representations of the three-dimensional form of constitutive relations in the Galilean rotating observer’s frame are expressed in full detail. Also, the connection between different representations of three-dimensional constitutive relations will be explained. In the end, considering the practical and experimental importance of the eccentric rotating observer, we will obtain the electromagnetic constitutive relations for this particular observer.
    Keywords: Electromagnetic constitutive relations, Landau formalism, Eccentric rotating observer
  • Hadi Rahimian *, Mohammad Mohammadimasoudi Pages 79-86
    Light intensity filters are a new class of optical filters that are needed with the increasing use of lasers in various fields, including medicine and industry. The mechanism of these filters is such that if the light intensity increases beyond a permissible threshold, it is activated and prevents the passage of intense light, which cause casualties in devices and humans. In this report, a new type of these filters is designed based on the heat generated by plasmonic absorption of metal nanoparticles and the use of this heat to disrupt the order of liquid crystal molecules. In addition, the absorption spectra of different metal nanoparticles have been simulated to achieve the appropriate material at each wavelength. Also, the increase in temperature induced in the substrate due to the absorption of nanoparticles is simulated and based on the existing equations, it is ensured that this temperature increase can lead to the rotation of liquid crystal molecules and thus filter the intense incoming light. .
    Keywords: FDTD, Light intensity filter, Liquid crystal, Lumerical, Thermoplasmonics
  • Naser Yousefzadeh *, Yaqob Qaneh Qarehbagh, Mohammad Khalaj Amirhossini, Ali Hasani Pages 87-97
    In this article the theoretical principles and design and simulation of high power phase shifter based on 90 degree hybrid coupler are given. One of the special features of this type of shifter is high power handling, linearity of phase changes with respect to frequency, provision of a full range of 360 degrees of phase change,, tow structure width, return loss greater than 25 dB and phase deviation less than 0.5 degrees in the bandwidth 400 MHz in 10.2GHz centeral frequency, which can be used in applications of high power antenna arrays with beam scanning capability. The basis for changing the phase of the designed phase shifter is based on changing the length of the electrical path of the signal, through the movement of pistons embedded inside the structure.Two types of 90 degree hybrid coupler structures, E and H plane, have been investigated and the results of the two structures have been compared. It is shown that the H plane coupler has a better efficiency than the E type coupler
    Keywords: phase shifter, 90 degree hybrid coupler, beam scan, Return Loss, scatering parameters
  • Ramin Alipour-Sarabi * Pages 99-116
    Mechanical errors are one of the most common errors related to electric machines. Among them, eccentricities have the major share of mechanical errors. Resolvers, as an electric machine, can be affected by eccentricities or the electric motor connected to it. The existence of eccentricities in the resolvers, which can be caused by the rotation of the machine at critical speed, incorrect installation of the rotor and stator, core turning defects, and wear and corrosion of the bearings, leads to an increase in the position estimation error. The position estimation error will eventually increase the torque fluctuations, reduce the efficiency, lose the ideal control of the electric motor, and disrupt the automation process. Therefore, providing indicators to detect the occurrence of eccentricity in the resolver can be a preventive solution. Based on this, in this article, focusing on the inclined eccentricity, the equations describing air gap reluctance, magnetic flux density, and mutual inductance will be presented using the modified winding function method. By using the relationships describing the output voltage, the harmonic spectrum of the output voltage in the static and dynamic eccentricities will be compared with the healthy mode, and an index will be provided to identify static and dynamic mechanical error.
    Keywords: Resolver, Eccentricity, Winding Function Method, Permeance, Estimated Position Error, Axial Flux
  • Ali Riahi *, Farzad Bashiri, Hamed Moradi Pages 103-117

    In this paper, design and fabrication of Fabry-Perot optical fiber sensors with a coating of polyurethane, Soft PVC and Rigid PVC with the same thickness of 300 μm and a cavity length of 0.1 mm was introduced for the pressure gas and the effect of these three polymeric materials on the sensitivity of gas pressure sensors was investigated. The above sensors have been tested at a constant laboratory temperature and have been compared with each other. To perform gas pressure tests, two gases of oxygen and nitrogen in the pressure range of 10 to 50mbar have been used. The sensitivity of the sensor with the coated polyurethane for oxygen and nitrogen gas is 0.438 and 0.392 nm/bar, respectively, the sensor coated with soft PVC has the sensitivity of 0.311 and 0.224 nm/bar, for oxygen and nitrogen gas respectively, and the sensors with rigid PVC coated for oxygen and nitrogen gas has the sensitivities of 0.298 and 0.186 nm/mm, respectively. The results show that the sensor made with polyurethane coating is more sensitive than the other sensors.

    Keywords: Optical Fiber, Optical Fiber Sensor, Fabry-Perot sensor, Gas Pressure, Polymeric Materials