فهرست مطالب
عنوان			صفحه
چکیده		1
مقدمه		2
فصل اول: آشنایی با متدهای کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب
بخش اول:
پیاده سازی قانون کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب به سیتمهایی نظیر Arneodo		12
بخش دوم:
طراحی و پیاده سازی کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون سیتم آشوب Chen		19
بخش سوم:
شناسایی پارامتر و کنترل سیستمUnified Chaotic با دیدگاه کنترل تطبیقی		24
بخش چهارم:
کنترل تطبیقی ویکسان سازی سیستمunifiedباسویچ منتاوب پیوسته تأخیردار		33
بخش پنجم:
طراحی و پیاده سازی کنترلر تطبیقی خالص برای سنکرونیزاسیون سیستم لرنز		39
فصل دوم: آشنایی با کاربردهای سنکرونیزاسیون تطبیقی آشوب
بخش اول
کاربرد سنکرونیزاسیون تطبیقی آشوب در سیستم انتقال بار		46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		صفحه
-1 چکیده		46
-2 پدیده سنکرونیزاسیون آشوب دو سیستم		47
-2-1 مدلسازی و فرموله کردن سیستم		47
-2-2سنکرونیزاسیون تطبیقی زیر سیستمهای Master & Slav		50
-2-2-2سنکرونیزاسیون عبارت غیر خطی		52
-2-3 سنکرونیزاسیون با فیدبک تطبیقی		54
-2-4 بررسی پاسخ زمان گذرا برای سنکرونیزاسیون سیستمهای آشوب یک بعدی		56
-2-5 سنکرونیزاسیون دو سیستم مستقل		59

بخش دوم

کاربرد یکسان سازی تطبیقی آشوب در سیستم معروف به Loudspeaker

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-1 چکیده	62
-2 مدلسازی سیستم	62
-3 سنکرونیزاسیون در سیستم آشوبناك .Drive_ Responseبا متد کنترل تطبیقی	64
-4 شناسایی (تخمین) پارامترها ا روش کنترل تطبیقی	70
بخش سوم
کاربرد یکسان سازی آشوب در افزایش ضریب امنیت مخابره پیام
-1 چکیده	77
-2 پیاده سازی بخش تبادل اطلاعات با سیستم لرنز	78
بخش چهارم
کاربرد Chaos Synchronization در کنترل لغزشی و تغییر ساختاری پارامتر
-1 چکیده	84

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		صفحه
-2 -2طراحی Sliding Surface وقانون کنترلی مربوط به آن		87
-3مثال: سنکرونیزاسیون دومدار Chua با تغییرات پارامتریک		90
بخش پنجم
کاربرد سنکرونیزاسیون آشوب در عملکرد لیزرهای نیمه هادی تأخیردار کوپل شده
-1 چکیده		94
-2 سیستمهای LS		94
-3 کوپلینگ و سنکرونیزاسیون تطبیقی		96
فصل سوم:
طراحی و پیاده سازی کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب در افزایش ضریب امنیتی مخابره اطلاعات
-1 مقدمه ای بر امنیت ارتباطات و سنکرونیزاسیون تطبیقی سیستمهای Chaotic		103
Chaotic Masking		105
Chaotic Switching [chaotic shift keying (CSK)		105
Chaotic Modulation		106
-2 انتخاب طرح امنیتی		107
بخش اول :مدار VLSI		108
-2-1 سنکرونیزاسیون تطبیقی دو مدار یکسان Chua		113
-Iنگاهی اجمالی به مدار Chua		113
-IIطراحی تطبیقی		114
تئوری طراحی قانون کنترل		117
-IIIنتایج شبیه سازی		122
-2-2 طراحی و پیاده سازی سنکرونیزاسیون تطبیقی سیستمهای آشوب Lu		124
-Iسنکرونیزاسیون تطبیقی سیستم Lu		126

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		صفحه
II -نتایج شبیه سازی		128
تأثیر نویز		130
بخش پایانی: Recovering و بازیافت سیگنال اصلی		133
فصل چهارم
اهداف		139
جمع بندی و نتیجه		140
منابع		142

فهرست شکلها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		صفحه
	فصل اول
بخش اول:
شکل:1-1-1 کنترل سیستم لرنزبه نقطه ثابت		16
شکل:2-1-1 کنترل سیستم Lu به نقطه ثابت		16
شکل:3-1-1 کنترل سیستم چن به نقطه ثابت		16
شکل:4-1-1 کنترل سیستم Arneodo به نقطه ثابت		17
شکل:5-1-1 کنترل سیستم لرنز به نقطه ثابت x		18
شکل:6-1-1 کنترل سیستم چن به نقطه ثابت x		18
بخش دوم:
شکل:1-1-2 رفتار آشوبناك سیستم چن		19
شکل:2-1-2 میل کردن خطا به سمت صفر		22
شکل:3-1-2 تغییرات پارامترها		22
شکل4-1-2 خطای سنکرونیزاسیون		23
شکل:5-1-2 تغییرات پارامترها		23
بخش سوم:
شکل 1-1-3و2و:3کنترل حالتهای آشوبناك سیستم Unifiedبه نقطه تعادل		31
شکل :4-1-3 کنترل دومین حالت سیستم Unified به مسیر پریودیکSin wt		32
بخش چهارم:
شکل :1-1-4رفتار آشوبناك سیستم باw1= w2= w3= w4=1		34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان			صفحه
شکل :2-1-4رفتار آشوبناك سیستم باw1= w2= w3= w4=4		34
شکل3-1-4و4و5و:6 حالت خروجیy~z سیستم 5و خطای خروجی r(t)		37-36
بخش پنجم:
شکل:1-1-5 دینامیک خطا برای سیستم لرنز کنترل شده		43
شکل :2-1-5تغییرات پارامتربا مقدار اولیه صفر		43
	فصل دوم
شکل:1-2-1دیاگرام شماتیک سیستم انتقال بار		46
شکل:2-2-1 طیف سه مولفه لیاپانف		49
شکل3-2-1و:4 پرتره فاز حالتهای سیستم و پاسخ زمانی خطا		51
شکل :5-2-1 طیف لیاپانف سیستم برای A(x1-x2)		52
شکل6-2-1و:7 پرتره فاز حالتهای سیستم و پاسخ زمانی خطا		53
شکل :8-2-1 طیف لیاپانف سیستم برای A(x1-x2)		54
شکل:9-2-1سنکرونیزاسیون سیستمها از طریق فیدبک تطبیقی		55

شکل :10-2-1ترسیم مقادیر مختلف فاصله اقلیدسی دو سیستم برای ضریب کوپلینگ متفاوت 57

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل:11-2-1 پرتره فاز حالتهای سیستم و پاسخ زمانی خطا			59
	Ω
شکل12-2-1و:13 ترسیم	1,2	بر محور ω t	61،60
	ω
	t
شکل :1-2-2دیاگرام شماتیک سیستم LS			62
شکل :2-2-2 دیاگرام دوشاخگی حالتها برای A بین 38و44			63
شکل :3-2-2 طیف مولفه های لیاپانف برای A بین 38و44			64
شکل4-2-2و…و:7پاسخ زمانی حالتهای drive &response system x1 ,…, x4			66-68
شکل 8-2-2و…و:11پاسخ زمانی Error 1,…,4			68-70
شکل 12-2-2و:13 گراف نتیجه شناسایی پارامترα44,α 22			73و74

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	عنوان			صفحه
شکل14-2-2و…و:17پاسخ زمانی Error 1,…,4			74-76
شکل:1-2-3دیاگرام شماتیک سنکرونیزاسیون آشوب وسیستم انتقال اطلاعات			79
شکل :2-2-3 سنکرونیزاسیون بین x1,x3			81
شکل :3-2-3 اعمال سنکرونیزاسیون به سیستم انتقال اطلاعات			82
شکل :(4-2-3a-d) سنکرونیزاسیون دو مدار Chua با تغییرات پارامتر			92-93
شکل :1-2-5 شماتیک نصب آزمایشی لیزر های نیمه هادی کوپل شده			95
شکل :2-2-5 سری زمانی دو لیزر			96
شکل:3-2-5 زوم 9 ns روی سری زمانی شکل 2			97
شکل:4-2-5 سری زمانی برای دو SL کوپل شده یکسان			99
شکل:5-2-5 طیف rf مربوط به laggard, leader			100
		فصل سوم
شکل:1-3 دیاگرام ساختاری آشکار سازی و پنهان سازی			104
شکل :2-3بلوك دیاگرام ساختاری قسمت رمز نگار مدار VLSI			108
شکل : :3-3 نقاط تعادل و پهنای باند مدار VLSI			109
شکل:4-3 مولد زیر سیستمهای سنکرون شده بین رمزنگار و رمزگشا			110
شکل :5-3 بخش مدولاتور سیگنال			111
شکل:6-3فیلتر غیرخطی و مبدل A2D			112
شکل:7-3ساختار مدار Chua			114
شکل:8-3نواحی جذب مدار Chua			115
شکل:9-3خروجیx آشوب سیستم			115
شکل:10-3پاسخ زمانی خطای سنکرونیزاسیون			122
شکل:11-3تغییرات پارامتر با مقادیر اولیهk0=3,k0=1			123

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		صفحه
شکل:12-3 سنکرونیزاسیون حالتهای x1,x2 سیستم Master & Slave		123
شکل :13-3 جذب کننده های آشوب سیستم Lu		125
شکل:14-3خروجی آشوب سیستم		125
شکل:15-3 دیاگرام دو شاخگی سیستم		126
شکل:16-3 پاسخهای زمانی خطای سنکرونیزاسیون		128
شکل:17-3 تطبیق حالتهای سیستم Master & Slave		129
شکل:18-3بلوك دیاگرام ساختاری فیلتر تطبیقیLMSطراحی شده		131
شکل:19-3 نویز+سیگنال،سیگنال و خطای بین آنها بعد از فیلترینگ		132
شکل:20-3 بازیافت پیام(طرح امنیتی( 1		134
شکل:21-3 بازیافت پیام(طرح امنیتی(2		135
شکل:22-3 بازیافت پیام(طرح امنیتی(3		136

چکیده :
روشهای نوین رمزگذاری((Codingاطلاعات و کاربرد آنها در مخابره امن((Secure Communicationامروزه اهمیت فراوانی یافته و توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است.در این میان روشی ارجح است که دارای کیفیت مناسبی بوده و امنیت بالاتری را برای سیستم ایجاد نماید.یکی از روشهایی که در چند دهه اخیر برای این منظور پیشنهاد شده و مورد بررسی تجزیه و تحلیل قرارگرفته است،بهره گیری از سیستمهای آشوبگون و روشهای کنترلی این سیستمها به خصوص کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب برای رمزنگاری اطلاعات میباشد؛در این روش با استفاده از خصوصیات منحصر بفردی که پدیده ها و سیستمهای آشوبناك دارند-مانند حساست بالا به شرایط اولیه و تغییرات پارامترها-میتوان امنیت خوب و قابل قبولی رادر مخابره اطلاعات فراهم نمود.

هدف از این پروژه طراحی و پیاده سازی کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب و بهره گیری از آن در افزایش ضریب

امنیتی مخابره و انتقال اطلاعات بوده است که از سیستمهای آشوب چوا((Chuaو لو((Lu برای رمزنگاری اطلاعات و از

روش سویچینگ بین نواحی جذب آشوب–CSKبرای پنهان سازی و انتقال اطلاعات استفاده شده است.

همانطور که گفته شد و خواهیم دید از دو سیستم برای تولید آشوب استفاده شده که یکی ازآنها(فرستنده)اطلاعات را رمزگذاری کرده و سیستم دیگر(گیرنده)براساس سنکرون بودن دو سیستم،اطلاعات را بازیابی می کند.همچنین مدارهایی برای تبدیل سیگنال پیام به سیگنالهای آشوب و همجنین مدارهایی برای بازیافت سیگنال ماسک شده انتقالی معرفی می گردد.

کلمات کلیدی:

آشوب-سنکرونیزاسیون و کنترل تطبیقی-مدار چوا و سیستم آشوب لو-رمزنگاری و امنیت مخابره اطلاعات-طرح CSK
مقدمه:

در این پروژه در ابتدا برای آشنایی هر چه بیشتر با مطالب موجود،سعی بر ارائه تعاریف پایه و مفاهیم عمومی در زمینه

آشوب و کنترل و سنکرونیزاسیون تطبیقی سیستمهایChaotic گردید. مثل تعریف دینامیک غیرخطی آشوب و تعریف مربوط به روشهای سنکرونیزاسیون که در ادامه نیز اشارهای بسیار مختصر به آن می شود.

از مهمترین شناسه های سیستم آشوب می توان به موارد زیر اشاره کرد:[2]

1. حساسیت بسیار بالا به شرایط اولیه

 

2. حساسیت بسیار بالا به تغییر پارامترهای سیستم

 

3. تأثیر فیدبک خروجی بر ادامه فعالیتهای سیستم

با آغاز بحث آشوب در سیستمهای غیرخطی و کنترل آن، روشها و نظریات و تئوریهای کنترلی گوناگونی اعم از خطی و غیر خطی در این زمینه پیشنهاد و ارائه گردید؛ نظیر:

• کنترل فیدبک خطی[1]

 

یک مطلب دیگر :

• کنترل فیدبک با تأخیر زمانی36]،[34

 

• کنترل بازگشتی یا 16]Back Stepping Control،[17

 

• متغیرهای لغزشی [20]

و….
یکی از مباحث مطرح شده در زمینه فوق، مبحث کنترل تطبیقی و یکسان سازی سیستمهای آشوب[3]است که کماکان مسائل زیادی را برای طرح و تحقیق و ارائه در خود جای داده است.

تحقیقات و بررسیهای بسیاری در زمینه کنترل تطبیقی و یکسان سازی سیستمهای دینامیکی آشوب صورت گرفت

و نتایج مطلوبی حاصل گردید که در اغلب آنها “روش کنترل تطبیقی،”تئوری پایداری لیاپانف”،”طراحی تخمینگر

پارامترهای مجهول” و … نقش محوری را بر عهده داشتند.36]،[34

…,Chen,Ch.Hua,Pikovsky,Fradkov,Coworker ازجمله محققانی بوده اند که تلاشهای بسیاری در زمینه تجزیه و تحلیل موضوع مورد اشاره انجام دادند که نتایج بررسیهای برخی از این محققین ارائه و روشهای بکار گرفته شده توسط هر کدام که گاه باهم شباهتها و تفاوتهایی داشتند با یکدیگر مقایسه گردید.از این موارد می توان نمونه های زیر را نام برد:

• پیاده سازی قانون کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون آشوب به سیتمهایی نظیر 25]Arneodo،[18

 

• طراحی و پیاده سازی کنترل تطبیقی و سنکرونیزاسیون سیتم آشوب )Chenکلیه پارامترها نامعین)6]،[3

 

• شناسایی پارامتر و کنترل سیستم Unified Chaotic با دیدگاه کنترل تطبیقی[13]

 

• اعمال روش قانون کنترل تطبیقی سنکرونیزاسیون سیستمunified با سویچ متناوب پیوسته تأخیردار[30]

 

• طراحی و پیاده سازی کنترل کننده تطبیقی خالص برای سنکرونیزاسیون سیستم لرنز[35]

در تمام این موارد نتایج شبیه سازی ارائه شده، مهر تأییدی بر اجرای موفق طراحیها بود.

بعد از آشنایی مقدماتی در واقع تعریف مسأله در زمینه سنکرونیزاسون تطبیقی آشوب بصورت زیر مطرح گردید:

با توجه به اینکه سنکرونیزاسیون تطبیقی آشوب به معنای طراحی قانون کنترل بر اساس روش تطبیقی با هدف یکسان و

همانند سازی دو سیستم آشوب یکسان(که اغلب با نامهای Drive & Response Systemsو یا Master & Slave

Systems معرفی می شوند) با شرایط اولیه مختلف یا یکسان سازی دو سیستم آشوب با دینامیک مختلف می باشد:

“چگونه قانون کنترل U براساس روش کنترل تطبیقی با هدف سنکرونیزاسیون سیستمهای آشوب گونه -که در حقیقت یکسان سازی سیستمهای غیرخطی آشوب با مدل نامعین(با پارامترهای مجهول) با دینامیک یکسان و شرایط
.
اولیه مختلف یا با ساختار دینامیکی متفاوت و به فرم کلی x(t) = A.x(t) + f (x) در ناحیه پایداری آنهامی باشد-

این مزایا باعث گردیده که کاربرد این نوع آنتن در رنج فرکانس 100MHz  –  50GH z

گسترش یابد .

اما این آنتنها دارای محدودیت های اساسی نیز می باشند که از مهمترین آن می توان به

پهنای باند باریک آن اشاره کرد . این پهنای باند به فاصله بین المان تشعشع کننده و صفحه زمین

وابسته است . هر چه فاصله کمتر باشد پهنای باند نیز کمتر خواهد بود .

توان تشعشعی آنتن مایکرواستریپ ارتباطی به ضخامت لایه عایق ندارد و مستقل از آن می

باشد . یکی دیگر از محدودیت های مهم این نوع آنتنها تلفات خطوط تغذیه است . شبکه تغذیه این

نوع آنتنها معمولاً همراه با المان تشعشع کننده بر روی لایه عایق چاپ می شوند . که باعث افزایش

تلفات توان می گردد .

انتقال و تلف شدن توان به علت وجود امواج سطحی در لایه عایق از یک خط به خط دیگر

یکی از محدودیت ها و عیوب آنتن مایکرو استریپ می باشد .

به طور کلی می توان معایب آنتن مایکرو استریپ را به صورت زیر خلاصه کرد :

-1 محدودیت و داشتن حداکثر گین قابل دسترس از آنتن در حدود 20dB

 

-2 پهنای باند باریک

-3 بین خط تغذیه و تشعشع کننده ، ایزولاسیون کمی وجود دارد .

-4 توان خروجی پایین .

-5 تلفات بالا که در نتیجه باعث کاهش گین می شود .

-6 تحریک شدن امواج سطحی .

کلیات

هدف :

با توجه به مزایای آنتنهای مایکرو استریپ که در مورد آنها بحث شد از قبیل حجم کم

سادگی ساخت قیمت پایین کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع نظامی و تجاری پیدا کرده است از

این رو در سالیان اخیر تحقیقات بسیار زیادی در ساخت انواع مختلف آنتنهای مایکرو استریپ

صورت گرفته است و در حال حاضر شاهد تنوع بسیار زیادی از نظر ساختمان و نوع کاربرد آن

یک مطلب دیگر :

هستیم .

یکی از کاربردهای آنتن مایکرو استریپ که مورد علاقه دانشمندان واقع گردیده ارسال

امواج مایکرو ویو با پلاریزاسیون دایروی است که مطالعات وسیعی جهت حصول این امر بر روی

پچهای دایروی و مربعی صورت پذیرفته و مقالات زیادی در این زمینه موجود می باشد. متاسفانه

مقالات بسیار اندکی برای ایجاد پلاریزاسیون دایروی با پچ مثلثی در مجلات معتبر دنیا می توان

یافت .

با توجه به این که مشخصه پچهای مثلثی تقریبا شبیه به پچهای مربعی بوده و اندازه آن

کوچکتر از پچهای مربعی است در اینجا سعی شده رفتار این پچ جهت تولید پلاریزاسیون دایروی

با یک استاب باند عریض بر روی یکی از اضلاع و تنها با استفاده از یک نقطه برای تغذیه مطالعه

شود.

پیشینه تحقیق :

همانطور که در بالا ذکر گردید تحقیقات بسیار معدودی بر روی پچهای مثلثی یک سو

تغذیه برای ایجاد پلاریزاسیون دایروی انجام گرفته است. اولین مطالعات برای این منظور توسط

آقای Suzuki ارائه شده است . [8 ] وی توانسته است با تغییر اندکی بر روی اندازه دو ضلع از مثلث

متساوی الاضلاع و تعیین نقطه مناسب برای تغذیه آنتن امواج با پلاریزاسیون دایروی تولید کند.

تحقیقات بعدی توسط Jui-Han-Lu و همکارانش صورت گرفته است.  آنها برای تولید

پلاریزاسیون دایروی ایجاد شکاف بر روی یکی از اضلاع مثلث و یا سطح داخلی پچ و نیز با افزودن

استاب باند باریک و با ایجاد اغتشاش ( perturbation) را مورد مطالعه قرار داده اند.

روش کار و تحقیق :

در این تحقیق یکاستاب باند عریض جایگزین استاب باریک ارائه شده توسط Jui-Han-

Lu در مقاله [1] گردیده و سپس تاثیر استاب جدید بر روی نسبت محوری , نقطه تطبیق و سایر

مشخصه های آنتن مایکرو استریپ بررسی شده است .

روشهای مختلفی برای بررسی آنتنهای مایکرو استریپ و بدست آوردن مشخصه های آنها

60……………………………………………………………………………………………………… HMC753LP4E

61……………………………………………………………………………………………………….. HMC772LC4

فصل پنجم : نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………… 63

منابع و ماخذ…………………………………………………………………………………………………………………… 65

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………. 65

فهرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………………….. 66

سایتهای اطلاع رسانی……………………………………………………………………………………………………….. 67

چکیده انگلیسی……………………………………………………………………………………………………………….. 68

فهرست شکلها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		شماره صفحه
شکل -1 باند فراپهن در مقایسه با باند باریک …………………………………………………………………………………………….			7
شکل -2 مدولاسیون فرکانسی باند باریک ………………………………………………………………………………………………….			7
شکل -3 طیف توان باند باریک ……………………………………………………………………………………………………………………			8
شکل -4 مونوپالس کدشده زمانی در فراپهن باند ……………………………………………………………………………………….			8
شکل	-5 طیف توان فراپهن باند ………………………………………………………………………………………………………………..		8 .
شکل	– 6  بلوك دیاگرام یک فرستنده فراپهن باند پایه ……………………………………………………………………………		9
شکل	–7  بلوك دیاگرام یک گیرنده باند فرا پهن پایه ……………………………………………………………………………..		9
شکل	-8  ساختار داخلی correlator فراپهن باند ………………………………………………………………………………		10
شکل	– 9 تطبیق ساده در یک تقویت کننده کم نویز ……………………………………………………………………………		10
شکل	– 10	مقایسه پاسخ تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ایده آل بـا یـک تقویـت کننـده بـا فیـدبک
سری-موازی		………………………………………………………………………………………………………………………………………………	12
شکل	– 11  روش اول تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ………………………………………………………………………		13
شکل	-12  روش دوم تقویت کننده کم نویز فراپهن باند ……………………………………………………………………….		13
شکل	-13 ساختار SiGe شماتیک UWB LNA مطرح شده ……………………………………………………………..		16
شکل	-14 نمودار بهره بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر …………………………………………………. SiGe		17
شکل	-15 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار مبتنی بر ………………………………………….. SiGe		17
شکل	-16 ساختار .1 توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع ……………………………………………………		19
شکل	-17 نمودار بهره و افت خروجی بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………1		19
شکل	-18 نمودار عدد نویز بر حسب فرکانس در ساختار ………………………………………………………. 1		20
شکل	-19 ساختار .2 شماتیک کسکد با کسکید گیت مشترك دو طبقه ، ………. UWB LNA		22

فهرست شکلها

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

عنوان		شماره صفحه
شکل	-20 نمودار بهره ساختار 2 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………		23
شکل	-21نمودار نویز ساختار 2 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………..		23
شکل	-22 ساختار .3 شماتیک ساده شده …………………………………………..CMOS UWB LNA		25
شکل	-23 نمودار بهره و نویز برای ساختار 3 بر حسب فرکانس …………………………………………………		25
شکل	-24 ساختار .4 شماتیک کامل ………………..3.1 – 10.6 GHz CMOS UWB LNA		27
شکل	-25 نمودار بهره ساختار .4بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….		28
شکل	-26 نمودار نویز ساختار 4 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………….		28
شکل	-27 ساختار .5 شماتیک LNA کنترل شده با بهره سویچ ……………………………………………….		30
شکل	-28 نمودار پارامترهای S ساختار 5 بر حسب فرکانس ……………………………………………………..		31
شکل	-29  نمودار نویز ساختار 5 بر حسب فرکانس …………………………………………………………………..		31
شکل	-30	ساختار .6 شماتیک کامل …………………..3 .1-10.6 GHz CMOS UWB LNA	33
شکل	-31 نمودار بهره و نویز ساختار 6 بر حسب فرکانس …………………………………………………………		34
شکل	-32	ساختار LNA .7 مطرح شده …………………………………………………………………………………..	36
شکل	-33 نمودار بهره و ضریب انعکاس ورودی بر حسب فرکانس …………………………………………….		36
شکل	-34نمودار نویز ساختار 7 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………..		37
شکل	-35	ساختار.8 شماتیک LNA (فیلتر فاق متصل به پورت …………………………………………………..(X	39
شکل	–36  ساختار فیلتر فاق ………………………………………………………………………………………………………………….		39
شکل	-37 نمودار نویز ساختار 8 بر حسب فرکانس ……………………………………………………………………………….		40

فهرست شکلها

عنوان                                                                                                              شماره صفحه

شکل -38 نمودار بهره ساختار 8 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 40

شکل -39 ساختار .9 شماتیک مدار UWB LNA کسکد………………………………………………….. 42

شکل -40 نمودار نویز ساختار 9 بر حسب فرکانس…………………………………………………………… 42

 

شکل -41 نمودار پارامترهای S ساختار 9 بر حسب فرکانس……………………………………………….. 43

شکل -42 ساختار .10 نمونه آزمایشی 44……………………………………………………….. UWB LNA

شکل -43 نمودار پارامترهای S بر حسب فرکانس برای ساختار 45………………………………………. .10

شکل -44 نمودار نویز اندازه گیری شده و نویز شبیه سازی شده حاصل از ساختار 45………………. 10

شکل -45 ساختار LNA .11 دوباره استفاده شده 47………………………………………………….. UWB

شکل -46 نمودار بهره ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 47

شکل -47 نمودار نویز ساختار 11 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 48

شکل -48 ساختار LNA .12 مطرح شده برای خنثی سازی نویز در باند وسیع……………………….. 49

شکل -49 نمودار نویزساختار 12 بر حسب فرکانس …………………………………………………………. 50

شکل -50 نمودار بهره و تلفات بازگشتی ساختار 12 بر حسب فرکانس………………………………….. 50

شکل -51  ساختار.13 شکل ساده شده 52……………………………………………………………… . LNA

شکل -52 نمودار نویز ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 52

شکل -53 نمودار بهره ساختار 13 بر حسب فرکانس…………………………………………………………. 53

شکل -54  نمودار بهره ATF31434 بر حسب فرکانس…………………………………………………….. 58

شکل -55 نمودار عدد نویز ATF34143 بر حسب فرکانس………………………………………………… 58

فهرست شکلها

عنوان                                                                   شماره صفحه

شکل 60…………………………………………………………………………………….. HMC753LP4E-57

شکل 61………………………………………………………………………………………. HMC772LC4– 58

فهرست جدول ها

عنوان                                                                      شماره صفحه

جدول -1 مقادیر المانهای ساختار 20……………………………………………………………………………… 1

جدول -2 پارامترهای ساختار1، توپولوژی مدار حذف نویز LNA در باند وسیع 21….. …………………………..

جدول -3 پارامترهای ساختار .2 کسکد با کسکید گیت مشترك دو طبقه ، 24…………. UWB LNA

جدول -4 پارامترهای ساختار3، توپولوژی26………………………………………………………………… DAs

جدول -5 پارامترهای ساختار 29……………………………………………………………………… OFDM .4

جدول -6 پارامترهای ساختار 32…………………………………………………………………………………… 5

جدول -7 پارامترهای ساختار 34…………………………………………………………………………………… 6

جدول -8 پارامترهای ساختار LNA.7 با ترنسفورمر 37……………………………………. …………………………..

جدول -9 پارامترهای ساختار LNA.8 با 41…………………………………………………….. notch filter

جدول -10 پارامترهای ساختار 43…………………………………………………………………………………. 9

جدول -11 پارامترهای ساختار 46……………………………………………………………………………….. 10

جدول -12 پارامترهای ساختار 48……………………………………………………………………………….. 11

جدول -13 پارامترهای ساختار LNA.12 با حذف نویز 51……………………………….. …………………………..

جدول -14 پارامترهای ساختار 53……………………………………………………………………………….. 13

جدول -15 مقایسه ساختارهای CMOS بررسی شده 55………………………………… …………………………..

جدول -16  مشخصات قطعه 60…………………………………………………………….. HMC-ALH444

جدول-17 مشخصات قطعه 60……………………………………………………………… HMC753LP4E

جدول-18 مشخصات قطعه 61…………………………………………………………………. HMC772LC4

چکیده :

در این گزارش ما ابتدا به معرفی و شناخت UWB و بررسـی تفاوتهـای آن بـا بانـد باریـک (  narrow

(band میپردازیم. سپس ساختار کلی گیرنده و فرستنده را بطور خلاصه آورده ایم . در ادامـه بـه مـرور

چند ساختار تقویت کننده کم نویز ، که در این گزارش تکنولوژی CMOS مد نظر است می پردازیم.

در انتهای بررسی 13 ساختار CMOS ، آنها را در یک جدول با مشخصات بهره ، عدد نویز ، پهنـای بانـد کار و تکنیک مورد استفاده کنار هم قرار دادیم تا یک دید کلی بر روی فعالیت های انجام شده تـا کنـون بدست آوریم.

در دو فصل آخر این گزارش لیستی از ترانزیستور های موجود در بازار و شرکتهای تولید کننده های آنهـا را تهیه کرده ایم. در پایان نتیجه گیری و پیشنهاد آمده است.

مقدمه:

 

یک مطلب دیگر :

اخیرا کاربرد وسیع باند فرا پهن، نظر گروه کثیری از دانشمندان را به طراحی یک مدار واحد با خصوصیات عالی جلب کرده است. گسترش سریع تکنولوژیهای دیجیتال و نیمههادی عاملی برای اسـتفاده وسـیع از طیفهای پهن و عریض شده است . روشهای مختلفی از مدولاسیون و حاملهای بانـد پهـن ارایـه شـده است .
انتخاب سیگنال باند فرا پهن و مدولاسیون آن، به قابلیت استفاده ، سادگی و هزینه کم بـرای یـک کانـال بدون سیم ارتباطی شامل همه مراحل پردازش سیگنال ، بستگی دارد. کانال ممکن است محدودیت هـای دیگری را هنگام عبور سیگنال به ما تحمیل کند.

اساسا هر سیستم باند فراپهن از قسمتهای زیر تشکیل شده است.

• فرستنده: در حال حاضر حجم گستردهای از پردازش اطلاعات به صورت دیجیتالی صورت می-گیرد که در آن از پالسهایی با دو سطح بالا و پایین استفاده میشود. یک مولد سیگنال با توان پایین اطلاعات دیجیتال را به پالسهای متوالی تبدیل میکند یا به اصطلاح مدوله میکند. برای این منظور از مدولاسیونهای مختلفی از جمله مدولاسیون مکان پالس و مدولاسیون دامنه پالس و … استفاده میشود. سپس سیگنال حاصل به مولد/تقویت کننده سیگنال توان بالای خروجی میرود. در بعضی فرستندههای باند فرا پهن از مولد توان بالا استفاده میشود بدین معنی که سیگنال پالسی ایجاد شده توسط بخش توان پایین با روشن و خاموش کردن ترانزیستورهای مولد مشابه همین پالسها را با توان بسیار بالا در خروجی ایجاد میکند. در بعضی فرستندههای دیگر نیز ممکن است مشابه سیستمهای رایج باند باریک از همان تقویت کنندههای توان بالا برای تقویت سیگنال پالسی استفاده شود.

 

• آنتن (گیرنده/فرستنده): آنتن در فرستنده در حقیقت پذیرای پالسهای بسیار باریک فرستنده میباشد بدین معنی که یک جریان لحظهای بسیار زیاد به آنتن فرستاده میشود. در گیرنده آنتن

مانند بقیه سیستمهای باند باریک عمل میکند. ضمنا آنتن ممکن است باعث افت انتشار و

اعوجاج نیز شود.

• گیرنده: در ابتدا گیرنده سیستم باند فراپهن مانند سایر سیستمهای باند باریک با پهنای باند فراپهن سیگنال پالس دریافت شده به وسیله آنتن را توسط تقویتکننده کم نویز و فیلتر تقویت و فیلتر کرده و سپس آن را دمدوله و اطلاعات ارسال شده را استخراج میکند.

بعضی فاکتورها مثل تنظیم فرکانس و امکان تداخل میان سیستمهای باند فرا پهـن و سسـیتمهـای بانـد باریک دیگر باید به خوبی مد نظر قرار گیرند. واضح اسـت کـه اسـتفاده از حامـل هـارمونیکی سیسـتم را

پیچیده تر میکند. به واسطه افزایش سرعت حالتهای گذرای High-Low میتوان حالتهـای گـذرای

کوتاه را مستقیماً در فضا پراکنده کرد . و حامل هارمونیکی را حذف کرد . اما بعضی کارها از جمله شکل-

دهی و بحثهای مربوط به توان ضروری است .

طبق گزارش FCC باند فرکانسی 3.1-10.6GHz به UWB اختصاص یافته است. تکنولوژی باند فرا پهن فرصت خوبی را برای نرخ اطلاعات خیلی بالا برای خطوط ارتباطی گیگا بایت ، با سرویس بی سـیم ارایـه

می دهد.مقررات FCC ، چگالی طیفی توان مـاکزیمم را دربانـد 3.1-10.6GHz ، روی -41.3 dBm/MHz

محدود می کند.

در گیرنده ی UWB ، تقویت کننده کم نویز توسط یک یا چند طبقه گـین بدسـت مـی آیـد. بنـابر ایـن نمایش نویز گیرنده به عدد نویز و بهره توان تقویت کننده کم نویز بستگی دارد.

در گیرنده UWB ، بر خلاف عملکرد در باند باریک ، تقویت کننده کم نویز یک بلـوك بحرانـی اسـت کـه

سیگنال های ضعیف را از کل باند UWB می گیرد و آنها را با نسبت سیگنال به نـویز خـوب تقویـت مـی کند. بعلاوه بهره توان بالا و یکنواخت ، تطبیق امپدانس ورودی و عدد نویز مناسب در کل بانـد فرکانسـی

UWB مورد نیاز است.

تاریخچه :

ریشه پیدایش تکنولوژی باند فراپهن به سالهای 1960 بر میگردد . زمانی کـه کارهـایی در زمینـه الکترومغناطیس بعد زمانی انجام میشد . البته در عمل ریشه باند فراپهن به سالهای 1890 زمانی

که مارکنی از جرقه برای انتقال اطلاعات استفاده کرد، بر میگردد. باند فراپهن ابتدا برای کـاربرد-

های نظامی به کار برده شد و کاربرد اولیه آن در رادارها بود .

3.6.1 بررسی مدار میکسر پیشنهادی…………………………………………………………………………………. 32
3.6.2 نتایج به دست آمده…………………………………………………………………………………………….. 32

3.7 ساختار هفتم:[7]میکسر تا شدهی آینهای CMOS پهن باند کم توان 35 ………………………. UWB

3.7.1 بررسی مدار میکسر……………………………………………………………………………………………… 35
3.7.2 نتایج به دست آمده از میکسر پیشنهادی……………………………………………………………………… 36

3.8 ساختار هشتم:[8] میکسر سوئیچ کننده-تاشده پهن باند با توان کمLO برای گیرندهی 37 .. UWB

3.8.1 بررسی مدار میکسر پیشنهادی…………………………………………………………………………………. 38

3.8.2 نتایج حاصله از میکسر………………………………………………………………………………………….. 39
3.9 ساختار نهم:[9]میکسر ولتاژ پایین، خطی بالا در تکنولوژیCMOS برای گیرندهی 40………… UWB

3.9.1 بررسی مدار میکسر……………………………………………………………………………………………… 41
3.9.2 نتایج به دست آمده از مدار میکسر…………………………………………………………………………….. 42

3.10   ساختار دهم:[10] میکسر پایینآورنده، تاشدهی بدون سلف کم ولتاژ در تکنولوژی 65NM

CMOS برای کاربردهای 44…………………………………………………………………………………….. UWB
3.10.1 بررسی مدار میکسر پیشنهادی………………………………………………………………………………. 44
3.10.2 بررسی نتایج حاصله………………………………………………………………………………………….. 45

.. 3. 11 ساختار یازدهم :[11] یک میکسر UWB کم نویز در تکنولوژی CMOS با استفاده از تکنیک بایاس

سوئیچ شده……………………………………………………………………………………………………………. 46
3.11.1 بررسی مدار میکسر پیشنهادی………………………………………………………………………………. 47
3.11.2 بررسی مدار میکسر پیشنهادی………………………………………………………………………………. 48

.4 فصل چهارم نتیجهگیری و پیشنهادات…………………………………………………………………. 50

4.1 میکسر سلول گیلبرت…………………………………………………………………………………………. 51

4.2 بررسی روشهای مطرح شده…………………………………………………………………………………… 51
4.3 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………. 53

فهرست منابع لاتین………………………………………………………………………………………………. 54

چکیده انگلیسی:………………………………………………………………………………………………………. 55

فهرست جدول ها

شماره
عنوان
صفحه

جدول -1 نتایج به دست آمده از ساختار 20…………………………………………………………… [1]

جدول -2 نتایج به دست آمده از ساختار 23…………………………………………………………… [2]

جدول -3 نتایج به دست آمده از ساختار 26…………………………………………………………… [3]

جدول -4 نتایج به دست آمده از ساختار 29…………………………………………………………… [4]

جدول -5 نتایج به دست آمده از ساختار 31…………………………………………………………… [5]

جدول -6 نتایج به دست آمده از ساختار 34…………………………………………………………… [6]

جدول -7 نتایج به دست آمده از ساختار 37…………………………………………………………… [7]

جدول -8 نتایج به دست آمده از ساختار 40…………………………………………………………… [8]

جدول -9 نتایج به دست آمده از ساختار 43…………………………………………………………… [9]

جدول -10 نتایج به دست آمده از ساختار 46………………………………………………………. [10]

جدول -11 نتایج به دست آمده از ساختار 49………………………………………………………. [11]

فهرست شکلها

شماره
عنوان
صفحه

شکل -1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس 6……………. …………………………..

شکل -2 ماسک طیف شمای 8…………………………………………………………………. DS-UWB

شکل -3 ساختار گیرنده سوپر هترودین…………………………………………………………………… 10

شکل -4 میکسر به عنوان یک عنصر سه دهانه………………………………………………………….. 11

شکل -5 میکسر به عنوان یک ضرب کننده…………………………………………………………….. . 13

شکل-6 میکسر با ساختار تکی………………………………………………………………………………. 14

شکل -7میکسر ساختار متوازن تکی……………………………………………………………………….. 15

شکل -8ساختار میکسر……………………………………………………………………………………….. 17

شکل -9 منبع جریان امپدانس بالا استفاده شده برای تزریق بار…………………………………….. 18

شکل -10 مدار تطبیق UWB برای سیگنال ورودی 18……………………………………………. RF

شکل -11 مدار تغذیهی 19……………………………………………………………………………….. LO

شکل -12 بهرهی توان میکسر شامل طبقهی بافر……………………………………………………….. 19

شکل -13 تلف بازگشت ورودی 20………………………………………………………………………. RF

شکل -14 مدار میکسر پیشنهادی………………………………………………………………………….. 22

شکل -15 بهره تبدیل و ایزولاسیون پورت به پورت برحسب فرکانس………………………………. 22

شکل -16 توان خروجی IF برحسب توان 23…………………………………………………………. RF

شکل DSB NF -17 برحسب فرکانس 23……………………………………………………………. LO

شکل -18 شماتیک LNA و میکسر ادغام شده پیشنهادی…………………………………………… 24

شکل S11 -19 شبیه سازی شده………………………………………………………………………….. 25

شکل -20 بهره تبدیل توان شبیه سازی شده بر حسب فرکانس 25………………………………. RF

شکل SSB NF -21 شبیه سازی شده برحسب فرکانس 25………………………………………. RF

شکل -22 بلوك دیاگرام گیرنده 26…………………………………………………………………. UWB

شکل -23 دیاگرام شماتیک میکسر پایین آورنده……………………………………………………….. 27

شکل -24 دیاگرام شماتیک تقویت کننده بعد از میکسر………………………………………………. 27

شکل -25 بهره تبدیل اندازه گیری شده باند پایین و بالا میکسر…………………………………….. 28

شکل IIP3 -26 اندازه گیری شده میکسر……………………………………………………………….. 28

شکل NF -27 اندازهگیری شده در هر دو باند میکسر………………………………………………… 28

شکل -28 شماتیک مدار میکسر پیشنهادی………………………………………………………………. 30

شکل -29 بهره تبدیل اندازه گیری شده برحسب فرکانس 30……………………………………… RF

شکل OIP3 -30 اندازه گیری شده بر حسب فرکانس 31………………………………………….. RF

شکل -31 شماتیک مدار میکسر UWB جدید…………………………………………………………. 32

شکل -32 بهره تبدیل میکسر پیشنهادی…………………………………………………………………. 33

شکل -33 نتایج اندازه گیری آزمایش دو تن برای 33……………………………………………… IIP3

شکل -34 دامنه ضریب انعکاس ورودی در پورت 34…………………………………………………. RF

شکل NF -35 اندازه گیری شده مدار میکسر توزیع شده دو طبقه پیشنهادی…………………. .. 34

شکل -36 شماتیک میکسر پهن باند.((a بالن ورودی/طبقه (b).gm سوئیچ و تقویت کننده آینه

جریان.((c بالن خروجی.((d شبکه تطبیق 35 ……………………………………………………………… LO

شکل -37 بهره تبدیل و NF اندازه گیری شده…………………………………………………………. 36

شکل P1dB -38 ورودی و IIP3 اندازه گیری شده میکسر پیشنهادی……………………………. 37

شکل -39 طیف تخصیص یافته به مخابرات 37…………………………………………………… UWB

شکل -40 شمای میکسر سوئیچ کننده تا شده CMOS پهن باند.((a سوئیچ و طبقه خروجی.((b

طبقه رسانایی متقابل………………………………………………………………………………………………… 38

شکل -41 شبکه R-L برای عملکرد پهن باند. (a) شماتیک مدار (b) مدل سیگنال کوچک….. 39

شکل -42 تلف بازگشت ورودی……………………………………………………………………………… 39

شکل -43 بهره تبدیل اندازه گیری شده………………………………………………………………….. 39

شکل P1dB -44 ورودی و IIP3 اندازه گیری شده میکسر پیشنهادی……………………………. 40

شکل -46 مدارات طبقه رسانایی متقابل………………………………………………………………….. 42

شکل -47 نتیجه S11 اندازه گیری شده…………………………………………………………………. 42

شکل -48 بهره تبدیل اندازه گیری شده………………………………………………………………….. 43

شکل -49 نتیجه اندازهگیری 43……………………………………………………………………….. IIP3

شکل -50 شماتیک مدار سادهشده میکسر تاشده پیشنهادی………………………………………. .. 45

شکل -51 بهره تبدیل اندازه گیری شده، P1dB ورودی و IIP3 با توان LO برابر 45….. 1dBm

شکل NF -52 اندازهگیری شده (a) نویز سفید در IF=50MHz و (b) نویز فلیکر برای فرکانس

های متفاوت 46…………………………………………………………………………………………………….. LO

شکل -53 توپولوژی میکسر CMOS، UWB پیشنهادی با استفاده از بایاس سوئیچ شده……. 47

 

شکل DSB NF -54 شبیه سازی شده در باند 48……………………………… (6.600-6.846 ) 7

شکل DSB NF -55 شبیه سازی شده برای فرکانس 4MHz :IF برای چهار توپولوژی متفاوت

48…………………………………………………………………………………………………….. …………………………..

شکل -56 بهره تبدیل شبیه سازی شده………………………………………………………………….. 49

شکل -57 توپولوژی میکسر نوع گیلبرت متداول………………………………………………………… 51

چکیده:

امروزه بهکار بردن میکسرهای فرکانس بالا در سیستم های ارتباطاتی بدون سیم، دارای اهمیت خاصی میباشد. اجرای میکسرهای پایین آورنده¹ در گیرندهها به لحاظ وجود نویز و تضعیف در سیگنال دریافتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. ساختارهای متفاوت مخلوط کنندههای فرکانسی (میکسرها) که در سالهای اخیر برای کاربرد در سیستمهای فرا پهن باند (UWB) با رنج فرکانسی 3.1~10.6GHz ، معرفی شدهاند، بررسی گردیده. تمرکز ما در اینجا بر روی ساختارهای مبتنی بر تکنولوژی CMOS میباشد. در این ساختارها سعی بر بهبود پارامترهای مورد نیاز برای سیستمهای

UWB میباشد، هر یک از این روشها مزایا و معایبی دارند که به آنها نیز توجه گردیده است. با توجه به نیاز میتوان از هریک از این ساختارها برای اجرای بلوك میکسر در گیرندهها (و یا فرستندههای) مخابرات پهن باند استفاده کرد.

مقدمه:

مخابرات UWB برای اولین بار در دههی 1960 معرفی شد و برای رادار، حسگر، مخابرات نظامی و کاربردهای زیست شناسی در 20 سال بعد از آن به کار رفت. در سال 2002، FCC¹ رنج فرکانسی 3.1~10.6GHz را برای کاربردهای UWB باز کرد و توان انتقال آنرا به -41.3dBm محدود کرد، بدین معنا که سیستم های UWB روی فراهم کردن: توان کم، قیمت کم و عملکرد باند وسیع در مساحت کوتاه تمرکز کردند. در مقایسه با کاربردهای باند باریک طراحی المانها در سیستمهای UWB
بسیار متفاوت و چالشساز است.

یکی از المانهای مهم در گیرندههای UWB میکسرها هستند. میکسرها برای تبادل اطلاعات بین تعداد زیادی کانال مشابه UWB RF و از طریق آنتنها نقش کلیدی دارند. میکسر، در واقع یک مبدل فرکانس است که در مدارات مخابراتی وظیفه تبدیل(ویا ترکیب) سیگنال از یک فرکانس به فرکانس(های) دیگر را به عهده دارد. اهمیت این عملکرد هم به وضوح در تهیه و تامین فرکانسهای کاری مناسب با پایداری و نویز مطلوب است. میکسر میبایستی: (1 بهرهی تبدیل بالا، که اثرات نویز در طبقات بعدی را کاهش دهد. NF (2 کوچک، که LNA را از داشتن یک بهرهی بالا راحت کند. (3

خطی بودن بالا، که رنج دینامیک گیرنده را بهبود ببخشد و سطوح اینترمدولاسیون² را کاهش دهد. هر کارایی بایستی توسط مصالحه در طراحی میکسر بهدست آید. میکسر سلول گیلبرت با برخی تغییرات در ساختار آن نتایج قابل قبولی برای کاربرد در سیستمهای UWB به دست میدهد.

مقصود ما در این سمینار بررسی ساختارهای مناسب میکسر جهت استفاده در سیستمهای فراپهن باند UWB با استفاده از تکنولوژی CMOS است. برای این منظور ابتدا سیستم های UWB در فصل اول بررسی میگردند. سپس در فصل دوم میکسرهای گوناگون مورد بحث قرار گرفته و کاراییهای آنها مقایسه می شود. در فصل سوم یازده مقالهایی در این زمینه را که در سالهای اخیر طبع رسیده است تک تک بررسی کرده و در انتها در فصل چهارم نتایج به دست آمده و مزایا و معایب هر روش بیان میگردد.

.1 فصل اول

سیستمهای فرا پهن باند (UWB)

1.1   تاریخچه

در طول دهههای اخیر پیشرفت سریع ارتباطات باعث ایجاد تقاضا برای قطعات بهتر و ارزانتر و همچنین تکنولوژیهای پیشرفتهتر شده است. افزایش تقاضا برای انتقال سریع و افزایش نرخ اطلاعات در عین مصرف کم توان تاثیرات شگرفی را بر تکنولوژی ارتباطات ایجاد کرده است. در هر دو بخش مخابرات بیسیم وسیمی این گرایش منجر به استفادهی هرچه بیشتر از مدولاسیونهایی با استفادهی بهینهتر از طیف فرکانسی ویا افزایش پهنای کانالها گشته است. این روشها به همراه روش های مهندسی برای کاهش توان، به منظور تولید تراشههای ارزان و با مصرف توان کم در صنعت استفاده می شود.

افزایش وگسترش استانداردها نه تنها باعث شده که سیستمها با طیفهای شلوغتری از لحاظ فرکانسی روبرو باشند بلکه باعث شده است تا سیستمها به سوی چند استاندارده بودن سوق داده شده و قابلیت انطباق با استانداردهای مختلف را داشته باشند. در حقیقت این پیشرفت تکنولوزی منجر به طراحی و تولید دستگاههایی شده است که قابلیت کارکرد در باندهای وسیعتری را داشته باشند، مانند تکنولوژی فرا پهن باند . (UWB)

تکنولوژی فرا پهن باند (UWB) به شیوهی کاملاً متفاوتی از سایر تکنولوژی ها از باند فرکانسی استفاده میکند. این سیستمها از پالسهای باریک و پردازش سیگنال در حوزهی زمانی برای انتقال اطلاعات استفاده میکنند، بدین صورت سیستم های فرا پهن باند (UWB) قادرند در بازهی زمانی مشخص اطلاعات بیشتری را نسبت به سیستمهای قدیمیتر منتقل کنند زیرا حجم انتقال اطلاعات در سیستمهای مخابراتی به صورت مستقیم با پهنای باند تخصیص یافته و لگاریتم (Signal to SNR Noise Ratio) متناسب است.

میتوان گفت که اولین سیستم بیسیم که توسط گاگلیرمو مارکونی در سال 1987 نمایش داده شد، خصوصیات رادیوی فراپهنباند را دارد. اولین فرستندههای جرقهای مارکونی فضای زیادی از طیف را از فرکانسهای بسیار پایین تا فرکانسهای بالا را اشغال می کردند. همچنین این سیستمها به طور غیراتوماتیک از پردازش زمان استفاده مینمودند. چون کد مورس توسط اپراتورهای انسانی ارسال و دریافت می شد .

پایه و اساس سیستمهای نوین فراپهنباند در دهه 80 توسط راس و با کار انجام شده در مرکز تحقیقاتی Sperry بنیان گذاشته شد. تأکید بر استفاده از UWB به عنوان یک ابزار تحلیلی برای کشف خصوصیات شبکههای مایکروویو و خصوصیات ذاتی مواد بود. این تکنیکها به طور منطقی گسترش یافتند تا تحلیل و تولید تجربی المان های آنتن را انجام دهند. موفقیتهای اولیه باعث تولید سیستمی خانگی شد تا خصوصیات پاسخ ضربه اهداف یا موانع را اندازهگیری کند.

این رویکرد استفاده از رادارهای کوتاهبرد، نیاز به محفظه بدون انعکاس برای مطالعه اهداف رادار را برطرف کرد، زیرا انعکاسهای ناخواسته از دیوارها و سقفها را میتوان با تکنیک های گیت زمانی حذف کرد. استفاده از UWB، و تکنیکهای پردازش حوزه زمان آن، نیاز بزرگی را در اوایل دوره ظهور

یک مطلب دیگر :

کامپیوتر برطرف کرد. مدارهای منطقی پرسرعت، در حد نانو ثانیه در اواخر دهه 60 و اوایل دهه 70،

دستیابی به سرعتهای بالاتر را ممکن ساخت. ولی لازم بود که حجم زیادی از اطلاعات میان پردازنده اصلی کامپیوتر و تجهیزات ورودی و خروجی متعدد منتقل شود. این مشکل با تکنیک های پردازش حوزه زمان و ارسال چندین سیگنال روی خط ارتباطی حل شد. تکنیک فوق توسط راس و همکارانش اختراع و به ثبت رسید. این اختراع عاملی کلیدی در مخابرات UWB گردید. از این مرحله تا ایجاد مخابرات بیسیم UWB راه زیادی نیست.

پیشرفتهای دیگر در دههی 70 باعث پیدایش اصول لازم برای توصیف و تولید کامل رشته الکترومغناطیس حوزه زمان شد. در دهههای 80 و 90، الکترومغناطیس حوزه زمان به مخابرات بیسیم و به خصوص مخابرات راه نزدیک و محیط های چند مسیره و متراکم اعمال میشد. شاتز این کاربری را با جزئیات بیان کرده و مزایا و معایب آن را شناخته است. او نشان داد که میتوان تعداد زیادی از این سیستمها را در یک مکان به کار انداخت و سیگنالهای پهنباند به مراتب بیشتر از سیگنالهای باریکباند نسبت به آثار مخرب چندمسیری مصونیت دارند.

یکی از کاربردهای بالقوه مخابرات UWB ارائه خدمات به کاربرهای متعدد در محیطهای چندمسیره است، ولی چالش سیستم، همزیستی آن در طیف رادیویی شلوغ فعلی است. مزایای این سیستم ممکن است بر معایب آن نچربد، و شاید دیگر روشهای بی سیم در محیطهای چند مسیره و متراکم به خوبی روش فوق کار کنند. دیگر کاربرد مهم روش فوق در حسگرها است، مثلا رادارهای تفکیک بالا و کوتاهبرد. این کاربرد نیاز بسیار کمتری به پردازش سیگنال دارد و مدارهای الکترونیکی بسیار سادهتری نیز دارد ولی به اندازهی دیگر سیستمهای پیچیده مخابراتی جلب توجه نکرده است.

یکی از اولین کاربردهای آن، رادارهای نفوذ در زمین بود. در سال 1974، موری، یک رادار به نام خود ثبت کرد که به دلیل استفاده از باند بسیار پهنی از فرکانسها، میتوانست حدود یک تا چند متر در زمین نفوذ کند. این امتیاز بعدها باعث یک موفقیت تجاری شد.

UWB  1.2 در قوانین FCC¹

در سال 2002، FCC رنج فرکانسی 3.1~10.6Ghz را برای کاربردهای UWB باز کرد و در اولین گام FCC توان خروجی سیستمهای UWB را به -41.3dBm/MHz محدود کرد، این محدودیت این امکان را برای سیستم های UWB ایجاد میکند که بدون اینکه توان سیگنال خروجی آنها توسط سیستمهای باند باریک مجاور احساس شود از پهنای باند وسیعی برای انتقال اطلاعات خود استفاده کنند. محدودیتهایی که برای توان انتشار این سیستمها ایجاد شد ، عمدتاً محدودیتهایی بودند که برای حفاظت از سیستم GPS و سایر سیستمهای دولتی که در باند فرکانسی 690_MHZ~1610_MHz

کار میکنند مطرح شده بود. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است این ماسک توان همچنین

برای سایر سیستمهای دولتی که عملکرد آنها در فاصلهی 3.1_GHz~10.6_GHz یعنی باندی که برای کاربرد داخلی UWB تعریف شده است نیز کاربرد دارد.

شکل -1 طرح ماسک توان برای سیستم UWB بر حسب فرکانس

بنا به تعریف FCC پهنای -10dB یک سیگنال UWB بزرگتر از %25 فر کانس مرکزی یا بزرگتر

از 1.5_GHz میباشد. سیستمهای فرا پهن باند با عرض باند بیش از 7_GHz در بازه فرکانسی 3.1_GHz~10.6_GHz با سطح توان مجاز -41.3_dBm/MHz فعالیت میکنند. هر کانال رادیویی در این سیستمها بسته به فرکانس مرکزی خود میتواند عرض باندی بیش از 500MHz داشته باشد. طرح

انتقال OFDM¹ به عنوان اولین کاندیدا برای UWB در مارچ 2003 در جلسهی گروهی IEEE 802.15.3a مطرح شد.

روش دیگری که برای انتقال مطرح شده استفاده از ارسالهای پالس بسیار کوتاه به همراه مدولاسیون قطبی است. مهمترین دلایل استفاده از استاندارد IEEE 802. 15.3a برای انتقال طرح چند بانده² به شرح زیر است:

(1 انعطاف پذیری طیفی: استفاده از طرح چند بانده این امکان را برای سیستمها فراهم میکند که بتوانند به صورت همزمان با سیستمهای قدیمیتر کار کنند در حالیکه تخصیص یک باند پیوسته با استانداردهای قدیمی ممکن است محدودیتهای زیادی ایجاد کند.

(2 انرژی جمع آوری شده در هر بازه فرکانسی با افزایش پهنای باند افزایش می یابد، در نتیجه ترجیح بر کاهش تعداد این بازههای فرکانسی است.

(3 پهنای باند کم در گیرنده ها به کاهش مصرف توان میکسر و نیاز به خطی بودن آن کمک می کند.

(4 یک ساختار تماًما دیجیتال برای پردازش سیگنال نسبت به یک ساختار تک بانده در همان باند فرکانسی قابل دسترستر میباشد.

(5 شکل دهی آسانتر پالسها در فرستنده: ترکیب پالسهای طولانیتر در فرستندهها به سادگی انجام میشود، همچنین میزان اعوجاج سیگنالها به هنگام عبور از تراشهها کاهش محسوسی مییابد.
دو طرح کلی در یک سیستم انتقال چند بانده موجود است: طرح پالسی وطرح .MBOA¹

گروه کاری IEEE 802. 15.3a در حال حاضر بر روی گسترش استانداردهای مربوط به UWB

برای تخصیص و استفاده از باند وسیع فرکانسی آن کار میکند. از دو روش گفته شده در بالا طرح چند بانده MBOA از مدولاسیون تقسیم فرکانسی قائم² در باند فرکانسی با پهنای باند 528_MHz برای انتقال اطلاعات استفاده میکند. با وجود اینکه این روش، راه حل مناسبی برای حل مشکل تداخلات چند مسیره است اما از طرف دیگر احتیاج به سیستمهای پیچیدهتر با میزان خطی بودن بیشتر و یا یک سیستم کدینگ دارد.

Skip to main content کاربر: payannameh-dl26 پیام‌ها وبلاگ‌های من یادداشت جدیدhttps://tjki.blogsky.com یادداشت شما “ارشد درباره طراحی و تحلیل یک مخلوط کنندهی متعادل در باند فرکانسی خیلی وسیع …پخش آزمایشی‌ شبکه «تماشا» شروع شد” با موفقیت منتشر شد. یادداشت جدید مدیریت یادداشت‌ها نظرات نمای وبلاگ تنظیمات پیوندها آمار برنامه‌های جانبی حریم خصوصی کاربران قوانین و مقررات گزارش تخلف تماس با ماکلیه حقوق محفوظ است ۱۳۹۹ بلاگ اسکای