وبلاگ

تا به امروز سه نسل مختلف از ارتباطات سیار به طور گسترده ای پیاده سازی شده است. به عبارت دیگر خدمات ارتباطات موبایل دارای 3 مرحله بوده است:
– آنالوگ
– دیجیتال
– چند رسانه ای.
هرکدام از این مراحل، به عنوان نسلی از موبایل شناخته شده است. در اینجا، به بررسی نسل های مختلف آن خواهیم پرداخت:
نسل اول، 1G، نام شبکه سیاری است که آنالوگ یا نیمه آنالوگ (مسیر رادیو آنالوگ اما مسیر سوئیچینگ دیجیتال) است. این شبکه ها در اواسط دهه 1980 ایجاد شدند که نمونه هایی از آنها تلفن موبایل نوردیک (NMT) و سیستم تلفن آمریکائی (AMPS) هستند. این شبکه ها به کاربران سرویس های اولیه ای ارائه کردند که تأکیدشان بر روی صحبت و سرویس های مبتنی بر صحبت بود.

شبکه های 1G فقط در حد و اندازه های کشوری گسترش یافتند و تجهیزات فنی و اصلی آنها بدون اینکه مشخصاتشان منتشر شود، اغلب بین اپراتورهای مخابراتی دولتی و صنایع داخلی مورد توافق قرار گرفتند. با این توصیفات شبکه های 1G با یکدیگر سازگار نبوده و به عنوان

 سرویسی ارزشمند در بالای شبکه ثابت قرار گرفتند. این نسل از تلفن همراه دارای خصوصیات زیر است:

– آنالوگ
– مدارهای سوئیچی
– صداهای ضعیف
– قابلیت پایین
– بدون وجود تدابیر امنیتی.
یکی از نگرانی های اولیه در رابطه با امنیت در تلفن های آنالوگ این بود که سیگنال ها رمزنگاری نمی شدند و بنابراین، در بین راه به راحتی قابل گوش دادن بودند.
از آنجا که نیاز به ارتباطات سیار افزایش یافت، نیاز به یک سیستم ارتباطی سیار با پوشش بیشتر هم افزایش یافت. در نتیجه مشخصات بین المللی به منظور ایجاد سیستم ارتباطی سیار نسل دوم، 2G مورد بررسی قرار گرفت. تأکید 2G برروی سازگاری و شفافیت بین المللی بود، به این معنی که سیستم باید منطقه ای (به طور مثال در محدوده اروپا) یا نیمه جهانی باشد و کاربران سیستم در هر جایی از محدوده تحت پوشش بتوانند به آن دسترسی داشته باشند. از نقطه نظر کاربر انتهائی، شبکه های 2G یک بسته جذاب تر ارائه کردند که در کنار سرویس صحبت بعضی از سرویس های دیتا و یک سری سرویس های مکمل به همراه داشت. با توجه به اینکه در سیستم 2G، استاندارد کردن به صورت منطقه ای انجام گرفت در جهانی کردن آن موفقیت به طور کامل حاصل نشد و لذا چندین سیستم 2G موجود است.
نتیجه این ها سیستمی جهانی برای ارتباطات سیار است که GSM نام دارد. که هم به جهت تجاری موفقیت آمیز است و هم دارای انطباق است به گونه ای که همه انتظارات فنی و تجاری را برآورده کرده است. سرویس جهانی رادیویی بسته ای را می توان مانند سرویس (GSM)، برای دسترسی به اینترنت در نظر گرفت. نسل 2/5، داده ها را با سرعت بالاتری پشتیبانی می کند (171 بیت در ثانیه)، همچنین اتصالات دائمی داده ها را حفظ می نماید، به این صورت که کابران می توانند به طور دائم به اینترنت دسترسی داشته و تنها در زمان دریافت و ارسال داده ها، هزینه مربوط به اتصال به اینترنت دریافت می شود.

قابلیت صنعت نیمه هادی برای فراهم کردن محصولاتی با کاهش مداوم قیمت و در عین حال افزایش کارآیی آنها، علت اصلی موفقیت آن بوده است. این موفقیت نتیجه کاهش ابعاد و به دنبال آن افزایش تعداد افزاره ها در یک تراشه می باشد.
در ابعاد زیر 100 نانومتر پدیده های جدیدی که در ساختارهای بزرگتر وجود نداشتند، رفتار MOSFET ها را تحت تاثیر قرار می دهند. SIA پیش بینی می کند که حداقل ابعاد افزاره ها در سال 2012 در حدود 35nm و 108 ترانزیستور بر سانتیمتر مربع برای فناوری CMOS شود.
کاملاً مشخص است که رفتار این افزاره ها که مدارات آینده با آنها ساخته می شود، با رفتار افزاره های امروزی با ابعاد بزرگتر متفاوت است. در این بین مدل سازی و بررسی خصوصیات این افزاره ها می تواند به بسیاری از بحث ها ی موجود در ارتباط با کوچک سازی بیشتر افزاره ها، پاسخ دهد. یعنی اینکه اگر نتوانیم افزاره ها را مدل سازی کنیم، مسئله کوچک سازی به عنوان سدی پیش روی توسعه ی صنعت نیمه هادی باقی خواهد ماند. هدف اصلی این پایان نامه بررسی و مدل سازی پدیده های محتمل در مورد MOSFET های زیر 100 نانومتر می باشد.
مهمترین هدف مدل سازی بدست آوردن روش های ممکن برای بررسی های عددی مورد نیاز درباره خصوصیات و رفتار افزاره ها می باشد.

در فصل دو ابتدا مختصری در مورد نظریه کلی MOS توضیح داده خواهد شد. سپس در فصل سوم مسئله توضیح داده خواهد شد. سپس در فصل سوم مسئله ID(VG که از نتایج تجربی ساخت افزاره ها ی زیر 100 نانومتر توسط برخی از پژوهشگران بدست آمده است نشان داده خواهد شد. چیزی که مهم است اینست که در آزمایش های تجربی پدیده هایی دیده شد که در MOS های با مقیاس بالاتر دیده نشده بود. یعنی اینکه این پدیده ها را نمی توان با نظریه کلاسیک موجود در مورد MOS یعنی نظریه “نفوذ – رانش” توجیه کرد. به همین علت مجبور هستیم که نظریه های جدیدی را بررسی کنیم تا شاید بتوان نتایج تجربی را به آنها نسبت داد. فصل چهارم به این موضوع می

 پردازد. وجود این نوسانات به عنوان یک پدیده جدید، بسیار جالب توجه بود که انگیزه ی اصلی کار روی این پایان نامه می باشد.

قوی ترین نظریه در مورد نوسانات تناوبی مشاهده شده در مشخصه ID (VG افزاره ها ی زیر 100 نانومتر، نظریه سد کولونی و ترانزیستور تک الکترونی می باشد. سد کولونی برای اولین بار در دهه 1950 و 1960 مشاهده شد. در سال 1975 کولیک و شختر در مورد اثرات شارژ کنندگی سد کولونی توضیحاتی ارائه کردند و پلکان کولونی را در حالت تونل زنی یک الکترون از طریق یک جزیره کروی بین دو اتصال تونلی نامتقارن پیش بینی کردند. شکل نهایی نظریه ترانزیستور تک الکترونی (SEM) در سال 1985 توسط آورین و لیخاریو در مسکو ارائه شد. اولین شکل واقعیٍ این نظریه ها توسط فولتن و دولان در آزمایشگاه های بل در سال 1987 ساخته شد.
در فصل پنجم به طور مفصل با این نظریه آشنا خواهید شد و کاربرد های آنرا بیان می کنیم. در فصل شش یک ترانزیستور تک الکترونی (SET) را شبیه سازی می کنیم. در فصل هفتم آینده نانوالکترونیک را بررسی می کنیم.
موضوع اصلی این پایان نامه پدیده های مزو سکوپیک می باشد که مشخصات و خصوصیات سیستم هایی را معرفی می کند که ابعاد آنها بین مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی است. مزو یک کلمه یونانی به معنای وسط می باشد. در این سیستم ها انتقال الکترون یا بار گسسته الکترونها اهمیت دارد.

در سالهای اخیر، ایده مواد مرکبی که دارای نفوذپذیری الکتریکی و مغناطیسی منفی در فرکانس های معمول هستند بسیار مورد توجه قرار گرفته است. پر واضح است که پاسخ یک سیستم، در حضور میدان الکترومغناطیسی، تا حدود زیادی به وسیله خواص مواد تشکیل دهنده آن محیط مشخص می گردد. در این مجال، تلاش شده است که این ویژگی های به وسیله پارامترهای ماکروسکوپیک، یعنی نفوذپذیری الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی u توصیف شوند.

در حالی که اغلب، یک ماده با چندین مقدار ثابت نفوذپذیری الکتریکی و مغناطیسی (مستقل از فرکانس) توصیف می شود. ولی در حقیقت

 ویژگی های مواد دارای وابستگی فرکانسی می باشند. انواع مختلفی از مدل ها برای توصیف پاسخ فرکانسی مواد وجود دارد. با در نظر گرفتن اینکه در یک محیط میدان الکتریکی غالب است یا میدان مغناطیسی، این مدلها به چندین گروه تقسیم می شوند. اگر میدان مغناطیسی از میدان الکتریکی کوچکتر باشد به گونه ای که سیستم جهت تاثیر میدان الکتریکی قرار گیرد، حساسیت الکتریکی مدل را به سمت نفوذپذیری الکتریکی آن ماده سوق می دهد. حال اگر میدان الکتریکی از میدان مغناطیسی کوچکتر باشد، حساسیت مغناطیسی غالب بوده و نتیجه آن نفوذپذیری مغناطیسی است.

فصل اول به معرفی و تاریخچه تئوری های اصلی در فرامواد اختصاص دارد. در این فصل به تقسیم بندی مواد پرداخته می شود.
در فصل دوم قواعد کلی در مدل ساختارهای EBG ارائه شده است.
در فصل سوم به ساخت، آزمایش و کاربردهای ساختار EBG پرداخته می شود. در این قسمت روش های مختلف ساخت بررسی می شوند.
فصل چهارم بررسی مواد موثر بر EBG را شامل می شود. در این فصل کاربردهای آنتنی این دسته از مواد تحقیق شده است.
در فصل پنجم به کاربردهای آنتن های شامل فرامواد پرداخته می شود.
فصل ششم نیز به بررسی استفاده از فرامواد در خطوط انتقال اختصاص دارد.

:
مواد Electromagnetic bandgap، ساختارهای متناوب هستند كه از دی الكتریك ها، مواد فلزی یا تركیبی از مواد فلزی و دی الكتریكی، تشكیل شده اند. این ساختار ها می توانند از انتشارموج در جهات و فركانس های ویژه جلوگیری نمایند، بنابراین آنها می توانند به عنوان فیلترهای فركانسی و جهتی در نظر گرفته شوند. پیكربندی های گوناگونی از ساختارهای EBG وجود دارند كه می توانند در آنتن های میكرواستریپ مورد استفاده قرار گیرند. این پیكربندی ها به سه طبقه تقسیم می شوند:
– سطوح امپدانس بالا مانند ساختار های EBG دو بعدی كه می توانند به عنوان زیر لایه آنتن های میكرواستریپ به منظور حذف موج سطحی استفاده شوند.
– سطوح مصنوعی مانند هادی های مغناطیسی مصنوعی و سطوح غیرفعال برای طراحی آنتن های low profile.
– آنتن ها با دایركتیوته بالا كه بر اساس ایجاد باند گذر و ضریب شكست صفر در ساختارهای EBG طراحی می شود. در این حالت ساختار EBG به عنوان یك فلیتر فركانسی و جهتی معین با ضریب كیفیت بالا عمل كرده و امواج الكترومغناطیسی را عبور می دهد.

برای برخی منابع تشعشعی مانند آنتن های پچ میكرواستریپ ساختارهای EBG می توانند به صورت فوق لایه پیكربندی شوند هدف اصلی از این پیكربندی افزایش بهره و دایركتیویته آنتن های میكرواستریپ می باشد. آنتن های دایركتیو فشرده با یك نقطه تغذیه، جذابیت بالایی در عمل دارند. با این وجود پترن های تشعشعی آنها توسط موج سطحی تحت تاثیر قرار گرفته و گین پایینی دارند. از سوی دیگر آنتن های آرایه ای بهره و دایركتیویته بالایی دارند اما دارای مكانیسم تغذیه پیچیده و بازده تشعشع محدود به كاربرشان می باشند. بنابراین آنتن با

 بهره و دایركتیویته بالا با ساختارهای فشرده و مكانیسم تغذیه ساده در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. برای رسیدن به این منظور از ساختار های EBG استفاده شده است.

فصل اول
كلیات
1-1) هدف
آنتن های میكرواستریپ مزیت زیادی از جمله low profile، تطبیق پذیری با سطوح صفحه ای و غیرصفحه ای، سادگی وارزانی ساخت با استفاده از تكنولوژی مدار چاپی مدرن، استحكام مكانیكی و تطبیق پذیری زیادی بر حسب فركانس های رزونانس، پلاریزاسیون، پترن و امپدانس دارند. عیب های اصلی آنتن های میكرواستریپ بهره پایین، پهنای باند فركانسی باریك به دلیل پراكندگی تشعشع از پچ آنتن میكرواستریپ و وجود امواج سطحی است.
هدف از این پایان نامه افزایش بهره و دایركتیویته آنتن میكرواستریپ با تغذیه ساده مانند خط كواكسیال می باشد. برای نیل به این هدف، از ساختارهای Electromagnetic bandgap استفاده شده است.
2-1) پیشینه تحقیق
در سال های اخیر مواد EBG و Metamaterial مورد مطالعه و تحقیق بسیار در حوزه مایكروویو و آنتن های مخابراتی، به منظور بهبود پارامتر های آنتن های میكرواستریپ، قرار گرفته اند. در سال 2000 آقای B.Temelkuaran و همكارانش یك منبع تشعشعی منوپل را داخل یك حفره تشدید ساخته شده از كریستال های فوتونیك الكتریكی قرار دادند و یك دایركتیویته بالا بدست آوردند. S.Enoc و همكارانش یك نوع متامتریال را طراحی كردند كه از شش شبكه ورقه مسی و از تكه های فوم به منظور تشعشع جهتی تشكیل یافته است. در آنتن آنها یك منبع تشعشع منوپل مابین شبكه های سوم و چهارم قرار گرفته و نتایج تجربی نشان می دهد دایركتیویته آنتن افزایش یافته است. بعلاوه M.Thevenot و A.R.Wiely و با قرار دادن یك فوق لایه از كریستال های فتونیك (superstrate photonic crystals) بالای یك آنتن پچ متعارف یك تشعشع با دایركتیویته بالا بدست آوردند.

امروزه با پیشرفت روزافزون جامعه و نیاز شدید به انرژی الکتریکی و محدودیت و هزینه بالای تولید آن، صنعت برق را بر آن داشت تا برای صرفه جوئی سرمایه گذاری و کاهش اتلاف انرژی در بخش های مختلف به بررسی دقیق پرداخته است.
به دلایل مختلفی که در ادامه آورده شده است (مهمترین این دلایل، بالا بودن جریان در سیستم های توزیع می باشد)، تلفات انرژی در بخش توزیع بیشتر از سیستم های انتقال انرژی می باشد و براساس بررسی های به عمل آمده مشخص شده است که بیش از 10 الی 15 درصد انرژی تولیدی توسط نیروگاه ها در شبکه های توزیع تلف می شود، بر این اساس و به لحاظ گرایش جهانی به صرفه جویی در مصرف انرژی و ملاحظات زیست محیطی کاهش تلفات در سیستم توزیع انرژی الکتریکی در سنوات اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است.
باید توجه داشت که میزان تلفات انرژی الکتریکی به عوامل متعددی از جمله ساختار و آرایش شبکه، طول و سطح مقطع خطوط، نحوه توزیع بار بین خطوط، ضریب توان و میزان قدرت راکتیو، میزان عدم تعادل بار، کیفیت اتصالات و قطعات و اجزای سیستم و… بستگی دارد.

بدیهی است شناخت درست کیفیت و میزان تاثیر هریک از این عوامل در مقدار تلفات، پیشنیاز هر طرح و اقدام عملی در راستای کاهش تلفات است. مطالعه و ارائه راهکارهای عملی در ارتباط با تجدید آرایش سیستم توزیع، کنترل و جبران توان واکنشی و خازن گذاری، متعادل نمودن بار و… نمونه هایی از تلاش های گسترده با اهدافی نظیر ارتقاء ضریب اطمینان و تداوم سرویس، بهبود کیفیت توان و بالاخص کاهش تلفات می باشد. علیرغم سادگی بحث محاسبه تلفات که در رابطه RI2 تجلی می نماید، به دلیل وابستگی تلفات به عوامل متعدد نظیر آنچه در بالا به آن اشاره شد و نیز عوامل دیگری مثل تغییر مقدار مقاومت تحت تاثیر عوامل جوی، درجه حرارت محیط، تابش خورشید، گرمای ناشی از عبور جریان، تغییر بار و… بررسی و مدلسازی تلفات برای دستیابی به نتایج واقع بینانه کار دشوار و در عین حال مفید و ضروری است. با توجه به همین امر این نکته نیز روش می شود که چرا با وجود اینکه موضوع بررسی، مدلسازی و کاهش تلفات انرژی از اوایل قرن

 گذشته مطرح بوده است، این موضوع همچنان از مباحث علمی و تحقیقی روز به شمار می آید. به دلیل ماهیت متفاوت مصرف و نیز شرایط خاص محیطی در نقاط مختلف شبکه، اکتفا به روابط تئوریک و نیز دستیابی به یک مدل جامع به سادگی میسر نیست و این موضوع در تفاوت چشمگیر بین مقادیر محاسبه شده تلفات با مقادیر اندازه گیری شده آن که بعضا تا میزان صد درصد اختلاف دارد خود را نشان می دهد. بدین لحاظ تکیه بر مدل های موجود و کاربرد آنها برای شبکه های توزیع به ویژه برای خطوطی که دارای ضریب بار پایین هستند و یا در شرایطی خاص بهره برداری می گردند توام با خطای زیاد و موجب نتیجه گیری های نادرست خواهد بود.

بر این اساس به دلیل اهمیت مسئله تلفات در شبکه های توزیع، نتایج بررسی، اندازه گیری و مدلسازی تلفات شبکه توزیع استان با لحاظ کردن ویژگی های خاص خود می تواند علاوه بر ارائه راهکارهای کاهش تلفات، روشنگر و راهگشای پاره ای دیگر از امور از جمله مسئله تجدیدنظر در بارگذاری خواهد بود. علیرغم اهمیت این موضوع در کشور ما تاکنون بررسی دقیق و مستند به نتایج اندازه گیری در حد لازم انجام نگرفته است. آنچه که در حال حاضر از آن به عنوان تلفات نام برده می شود متوسط تلفات انرژی در یک دوره مشخص می باشد و کلیه اجزای شناخته شده و شناخته نشده را در برمی گیرد و در خصوص تفکیک اجزاء تلفات و نقش آنها از شفافیت لازم برخوردار نیست.
سمینار حاضر به هر دو این مقوله های مهم یعنی شناخت اجزای مختلف و ارائه روش های اصولی در راستای کاهش آنها می پردازد.