توسط محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر؛ گیرنده آرايه فازی با قابلیت تنظیم ديجیتال در باند فرکانسی ۶۰ گیگاهرتز طراحی شد
| تاریخ ارسال: 1400/3/8 |
محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به طراحی گیرنده آرایه فازی با توان مصرفی پایین و قابلیت تنظیم دیجیتال در باند فرکانسی ۶۰ گیگاهرتز شدند؛ با استفاده از آن میتوان دادههایی با حجم بالا را انتقال داد. این پروژه تحقیقاتی در قالب یک رساله دکترا در آزمایشگاه طراحی مدارهای مجتمع دانشکده مهندسی برق و تحت سرپرستی دکتر محمد یاوری انجام شده است.
به گزارش روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دکتر مجید یعقوبی زنجانی فارغ التحصیل دوره دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر و از همکاران این طرح «طراحی گیرنده آرایه فازی با توان مصرفی پایین و قابلیت تنظیم دیجیتال در باند فرکانسی ۶۰ گیگاهرتز» گفت: برای ارتباطات بی سیم، استانداردها و پروتکلهای مختلفی تعریف شده است که معروفترین آن وایفای است که تقریبا تمام تلفنهای هوشمند، تبلتها و رایانههای شخصی این ویژگی را دارند.
وی افزود: وای فای دارای سرعت محدودی است و برای کاربردهای داده حجیم امکان استفاده وجود ندارد؛ به عنوان مثال امکان ارسال بیسیم یک فیلم کیفیت بالا (Full HD) از طریق تلفن همراه و یا لب تاپ به تلویزیون و مشاهده همزمان آن وجود ندارد.
وی ادامه داد: برای همین منظور یک استاندارد جدیدتر با سرعت بسیار بالاتردر مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) تعریف شده است تا نیاز به انتقال داده با سرعت بالا و حجم بالا برطرف شود؛ اسم این استاندارد وای گیگ (WiGig) است.
وی با بیان اینکه فرکانس کاری وای گیگ در محدوده فرکانس ۶۰ گیگاهرتز و موج میلیمتری بوده و دارای پهنای باند زیادی است، بیان کرد: در حالی که وای فای در محدوده فرکانسی ۴/۲ گیگاهرتز و پهنای باند کم است.
به گفته دکتر یعقوبی، مشکلی اصلی فرکانس ۶۰ گیگاهرتز پایین بودن توان ارسالی و یا دریافتی است که برای حل این مشکل از چند فرستنده و گیرنده استفاده میشود که به این روش آرایه فازی میگویند.
وی اضافه کرد: افزایش فرستنده و گیرندهها باعث افزایش توان مصرفی میشود که این به معنای خالی شدن سریع باتری تلفن همراه و یا لبتاپ است؛ در نتیجه ما برای حل این مشکل تصمیم گرفتیم تا یک تراشه گیرنده آرایه فازی کم مصرف طراحی کنیم تا قابلیت بکار گیری در تلفنهای هوشمند و لبتاپها را داشته باشد.
وی گفت: به طور کلی در زمینه میکروالکترونیک و به ویژه طراحی تراشه (مدارات مجتمع) ابتدا روشها و ایدههای قبلی مورد مطالعه قرار میگیرد، مشکلات و چالشها مشخص میشوند. سپس با توجه به چالشها تکنولوژی مورد نیاز ساخت تراشه انتخاب میشود (که در اینجا تکنولوژی ۶۵ نانومتر سیماس است).
به گفته وی، پس از آن با توجه به مدلها و دادههایی که شرکت ارائهدهنده تکنولوژی در اختیار ما قرار داده شروع به طراحی مدارها و پیاده سازی ایدهها میکنیم. پس از طراحی نیاز به شبیه سازیهای خیلی زیاد و پیچیده میباشد تا صحت طراحی مشخص شود. از آن جایی که هزینه ساخت تراشه بسیار بالا میباشد این شبیه سازی ها بسیار حیاتی هستند. پس از دست یابی به مشخصات مورد نیاز، طرح تراشه به شرکت ساخت تراشه ارسال میگردد و پس از ساخته شدن، تراشه مورد آزمایش قرار میگیرد تا با نتایج شبیه سازی مقایسه شود.
وی تاکید کرد: اگر نتایج قابل قبول باشد، در افزارههای هدف مورد استفاده قرار میگیرد، در غیر این صورت نیاز به اصلاح تراشه وجود دارد و دوباره مراحل قبل تکرار میگردد.
این محقق افزود: این تراشه با کمی تغییرات قابل استفاده در تلفنهای هوشمند، تبلتها و رایانههای شخصی میباشد. به طور کلی در صنعت الکترونیک فرکانس بالا قابل استفاده است.
وی با اشاره به ویژگی های طرح گفت: ویژگی اصلی این گیرنده استفاده از تغییر فاز تلفیقی در مسیر رادیویی و نوسانساز است که برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفته است. این ویژگی منجر به کاهش توان مصرفی گیرنده به میزان قابل توجهی شده است.
وی افزود: از دیگر ویژگیهای این تراشه میتوان به بهره توانی بالا، حساسیت بالا، رزولوشون زیاد فاز و بهره و قابلیت تنظیم دیجیتالی اشاره کرد.
دکتریعقوبی با بیان اینکه این طرح نمونه خارجی دارد، گفت: برخی از شرکتهای بزرگ تلفنهای هوشمند به ساخت این نمونه دست پیدا کردهاند و البته اگر نمونه دانشگاهی در نظر بگیریم دانشگاه های رتبه برتر دنیا نیز همچین نمونههایی را ساختهاند. ولی در داخل کشور و دانشگاه امیرکبیر این اولین نمونه طراحی و ساخته شده است.
وی با اشاره به مزیت های رقابتی طرح گفت: از مزیتهای اصلی طرح می توان به کم مصرف بودن و کوچک بودن تراشه (۹۳/۰ میلیمترمربع) اشاره کرد. در زمینه ساخت تراشه کوچک بودن مساحت تراشه به شدت اهمیت دارد زیرا هزینههای ساخت را کاهش میدهد و برای تولید انبوه بسیار مناسب خواهد بود.
وی با اشاره به کاربردهای پروژه گفت: نتیجه این پروژه، تلفن همراه هوشمند، تبلت، رایانههای شخصی، تلویزیون هوشمند و به طور کلی هر وسیلهی دارای وای فای را پشتیبانی میکند.
گفتنی است این طرح با استاد راهنمایی دکتر محمد یاوری و دکتر حسن غفوری فرد از اعضای هیئت علمی دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی امیرکبیر و با مشاوره دکتر شهریار میرعباسی (دانشگاه UBC کانادا) و همکاری مهندس میلاد حقی کاشانی (دانشجو دکتری دانشگاه تورنتو کانادا و دانشآموخته دوره کارشناسی دانشگاه صنعتی امیرکبیر) انجام شده است. نتایج اصلی این طرح تحقیقاتی در مجله IEEE TCAS-I در نوامبر سال ۲۰۲۰ چاپ شده است.
تصاویر را در ادامه ملاحظه نمائید:
تصویر تراشه ساخته شده گیرنده آرایه فازی در تکنولوژی ۶۵ نانومتر سی ماس
تصویر تراشه ساخته شده تقویت کننده کم نویز به صورت مجزا در تکنولوژی ۶۵ نانومتر سی ماس
تصاویری از محیط تست تراشهها در دانشگاه واترلو کانادا