وبلاگ

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.

:
با پیشرفت سریع در فناوری ساخت افزاره های نیمه هادی، چگالی تراشه ها و سرعت آنها افزایش یافته است. کنترل توان مصرفی در افزاره های قابل حمل مسئله ای اساسی است. توان مصرفی بالا طول عمر باتری موجود در این افزاره ها را کاهش می دهد. کاهش توان تلفاتی حتی برای افزاره های غیرقابل حمل، نیز مهم می باشد زیرا افزایش توان تلفاتی منجر به افزایش چگالی بسته بندی و هزینه های خنک سازی می شود.
افزاره های الکترونیکی قابل حمل به علت پیچیدگی ساختار، بیش از یک تک تراشه VLSI را به خود اختصاص می دهند. بیشتر توان تلفاتی در یک افزاره الکترونیکی قابل حمل، شامل مولفه های غیر دیجیتال است. تکنیک های موثر برای کاهش توان تلفاتی در چنین سامانه هایی که مربوط به قطع یا کاهش مولفه های نشتی است مدیریت توان دینامیک خوانده می شود. در سامانه های قدیمی ممکن است چندین طرح

 مدیریت توان دینامیک استفاده شود که یکی کردن آنها کار دشواری است و ممکن است نیاز به تکرار خیلی از طرح ها و اشکال زدایی داشته باشد. توان تلفاتی IC مولفه های مختلفی دارد و به نوع عملکرد مدار وابسته است.

اولا، کلیدزنی یا مولفه توان دینامیک در طول مد فعال عملکرد، غالب می شوند. ثانیا، دو منبع نشت اولیه وجود دارد: نشت فعال و نشت حالت انتظار. نشت حالت انتظار ممکن است با تغییر با یاس بدنه یا قطع متناوب توان کوچکتر از نشت فعال شود.
کاهش ولتاژ (VDD) شاید موثرترین روش ذخیره توان به علت وابستگی مربعی توان فعال مدار دیجیتال به منبع ولتاژ باشد. متاسفانه، کاهش VDD، سرعت افزاره را کاهش می دهد زیرا ولتاژ راه انداز گیت، VGS- , VT کاهش می یابد. برای مقابله با این مشکل، یک بهینه سازی روی VDD انجام شده و کمترین کاهش VDD برای اغناع کردن احتیاجات سرعتی مدار به کار گرفته می شود. کاهش منابع ولتاژ، در هر تولید تکنولوژی به کاهش توان تلفاتی دینامیک مدارهای منطقی CMOS کمک می کند. کاهش منابع ولتاژ، تأخیر گیت ها را افزایش می دهد مگر اینکه ولتاژ آستانه ترانزیستورها نیز کاهش یابد که این نیز موجب افزایش جریان نشتی ترانزیستورها می شود. در نتیجه کاهش VDD تلفات توان دینامیک را کاهش می دهد ولی تلفات توان استاتیک را زیاد می کند. بنابراین یک مصالحه واضح بین نشت حالت خاموش (توان استاتیک) و توان فعال (توان دینامیک) برای کاربردهای مشخص وجود دارد، که منجر به دقت در انتخاب VT و VDD می شود. مجتمع سازی افزاره منجر به ترکیب بسیاری از وظایف روی یک تراشه می شود، بنابراین فهم نقطه بهینه و قابل کاربرد VT و VDD برای همه بلوک های مداری روی یک تراشه سخت و مشکل می باشد. در نتیجه، تکنیک های طراحی، می توانند با بلوک های مداری تغییر کنند.

:
جهت افزایش دقت طبقه بندی در تصاویر سنجش از دور، دو نوع از الگوریتمها توسعه یافته اند. نوع اول از الگوریتمها، سعی در بالا بردن دقت طبقه بندی، با افزایش پیچیدگی طبقه بندی كننده میكنند، در حالیكه در نوع دوم، سعی می كنند دقت طبقه بندی را با ناحیه بندی تصویر و سپس استفاده از طبقه بندی كننده های ساده افزایش دهند.
یكی از ملزومات توسعه هر فناوری از جمله فناوری چندطیفی، اقتصادی بودن آن میباشد. به بیان دیگر اطلاعات مطلوب باید با حداقل هزینه در اختیار مصرف كنندگان قرار گیرد، اما این امر با تعیین دقیق وضعیت در تضاد است. به عنوان مثال، برای تعیین مناطق سالم و دچار آفت نوع خاصی از غله در یك مزرعه كشاورزی به مساحت چندین هزار هكتار، دقت مكانی بالا لازم است. تحقق چنین امری نیازمند هزینه زیادی است كه مصرف كننده باید آن را بپردازد . بنابراین، روشهای اقتصادی تر دیگری كه نیاز به دقت مكانی بالا نداشته باشد، موردنیاز بوده و در این راستا از اطلاعات مكانی (از قبیل شكل، ارتباط با مناطق همسایه یا مجاور و بافت) موجود در شیء كه منبع مهمی برای طبقه بندی تصویر به شمار می آید، برای مقایسه و طبقه بندی استفاده میشود. حتی اگر مصرف كننده از تصاویر با دقت مكانی بالا استفاده كند، معمولاً با افت دقت طبقه بندی مواجه میشود. چرا كه دقت طبقه بندی وابسته به قدرت شناخت شكل و رنگ و بافت در كنار ویژگیهای طیفی دیگر توسط ماشین است. در واقع، نبود ویژگیهای مكانی منجر به خطاهای متعددی می شود. عدم استفاده از ویژگیهای مكانی در كنار ویژگیهای طیفی در روشهای شناخت الگو، منجر به عدم شناخت موثر، در انواع گوناگون پوشش زمین با خواص طیفی مشابه

 یا طبقه بندی پوشش های مشابه با پاسخهای طیفی متفاوت و در نتیجه با افت دقت طبقه بندی میشود. این مسئله در بخش 4-1 به تفضیل مورد بررسی قرار گرفته است.

ناحیه بندی تصویر را می توان به عنوان فرایند تقسیم تصویر به نواحی همگون بدون اشتراك به گونه ای كه هیچ دو ناحیه مجاوری شرط ادغام با یكدیگر را ارضاء نكنند و تمامی پیكسلهای مشابه، توسط نواحی، با شرط مورد نظر پوشش داده شوند، تعریف نمود. اكثر روشهای ناحیه بندی مانند آشكارسازهای لبه، شكل شناسی ریاضی، تحلیل بافت، خالص سازی طیف، شبكه های عصبی، شبكه های بیز، منطق فازی و روشهای چند مقیاسی چون پیرامید، موجك و فركتال، توپولوژی واضحی از شیء تولید نمیكنند. از طرف دیگر، در تصاویر سنجش از دور، موقعیت هایی با دقت پایین و بالا تواماً رخ میدهند (هرگاه یك شیء از تعداد زیادی از پیكسلهای منحصر بفرد در عوض اشیاء تشكیل شود، آن شیء را با دقت بالا مینامند و اگر یك تك پیكسل از تعداد زیادی از اشیاء كوچك تر تشكیل شود، آن شیء را با دقت پایین می نامند) به عنوان مثال، تصویر پوشش گیاهی جنگل با دقت  1متر را در نظر میگیریم. اگر تاج هر درخت 10 متر قطر داشته باشد، هر تاج به عنوان یك شیء از تعداد زیادی از پیكسلها ساخته شده است. در اینجا، هر 1 متر پیكسل جزئی از تاج یك درخت است یا با دقت بالا است. با این وجود، هر یك متر پیكسل تركیبی از انعكاسهای تعداد زیادی برگ و شاخه است یا نسبت به این اجزاء منحصر بفرد خود، با دقت پایین است. در نتیجه، تصاویر سنجش از دور چند مقیاسی هستند. پیكسلهای آمیخته خود مشكل دیگری است كه سبب اغتشاشات در لبه های تصویر می شود. بنابراین، هر روش ناحیه بندی ای برای تحلیل تصاویر پیچیده چندطیفی مناسب نیست. روش پیشنهادی به همراه بلوك دیاگرام مربوطه، در بخش 1-3 بیان شده است.
در این پایان نامه، پس از ی بر تصاویر چندطیفی و طبقه بندی آنها در فصل دوم، به بیان تصویر به وسیله شیء بجای پیكسل در فصل سوم میپردازیم. فصل چهارم به طبقه بندی شیءگرا اختصاص یافته است. سه روش پیشنهادی معرفی شده در فصل پنجم به قرار ذیل هستند:
الف) ادغام بر مبنای ویژگیهای آماری همراه پیش پردازش مكانی.
ب) ادغام بر مبنای ویژگیهای آماری به صورت چند مقیاسی.
ج) ادغام بر مبنای گراف.
فصل ششم، به نتیجه گیری از كل كار و پیشنهادات تخصیص داده شده است.

از زمانی که خطوط مایکرواستریپ در مایکرویو به کار رفت، دیده می شد که مقداری از توانی که به خط وارد می شود به صورت تشعشع تلف می شود. به همین دلیل ساختار آنتن مایکرواستریپ ابداع گردید.
نخستین تحقیقات در زمینه آنتن مایکرواستریپ (مدار چاپی) در آمریکا توسط Deschamps در سال 1953 و در فرانسه Baissiont و Gutton در سال 1955 منتشر گردید. اما عملا زمان زیادی حدود 20 سال طول کشید تا در سال 1970 توسط Mowell و Munson اولین آنتن ساخته شد که به زمان با تحقیقات زیادی که در مورد آرایه های این نوع آنتن انجام گرفت انواع مختلفی از آنها به دست آمده است. بعضی از انواع این آنتن ها نظیر دی پل چاپی، شکافی چاپی، دی پل خم شده چاپی قبل از طرح ایده آنتن های مدار چاپی ساخته شده بودند. سپس با عنوان شدن این موضوع آنتن های بالا نیز با کمی تغییر در این ساختار به کار گرفته شدند. آنتن های مایکرواستریپ با توجه به مزایای زیادی مانند قیمت پایین سازگاری با مدارات چاپی وزن و حجم کم، ساخت آسان، باعث شده که به زمان کاربردهای فراوانی در میان آنتن های مایکروویو داشته باشد.
آنتن های مایکرواستریپ نسبت به آنتن های دیگر مزایای زیادی دارند. مزایای اصلی آن عبارتند از:
1- به دلیل نازک بودن قطر این آنتن می تواند به راحتی بر روی بدنه هواپیما و ماهواره یا موشک نصب شود.
2- سطح مقطع پراکندگی آن کم است.

3- با تغییر محل تغذیه می توان پلاریزاسیون های مختلف خطی، دایره ای راست گرد و چپ گرد را به وجود آورد.
4- حجم کم و وزن کم این نوع آنتن.
5- هزینه ناچیز ساخت این آنتن ها به طور انبوه.
6- این نوع آنتن با چند فرکانس کار (Dual frequency) قابل ساخت است.
7- به دلیل سازگاری با مدارات مخابراتی و قابلیت ساخت این نوع آنتن روی بردها، مجموعه مدارها و آنتن را در یکجا می توان جمع نمود.
8- خط تغذیه و شبکه تطبیق همزمان با ساختن آنتن قابل ساخت می باشد.
این مزایا باعث گردیده که کاربرد این نوع آنتن در رنج فرکانس 50GHz – 100MHz گسترش یابد.
اما این آنتن ها 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. هرچند 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 آنتن ها تلفات خطوط تغذیه است. شبکه تغذیه این نوع آنتن ها معمولا 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 مایکرواستریپ می باشد.
به طور کلی می توان معایب آنتن مایکرواستریپ 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.

در سالهای اخیر با پیشرفت فن آوری چند رسانه ای ها (multi media) به تدریج نیاز به ارتباطات بیسیم بطور فزاینده ای افزایش یافته است. از اینرو نیاز به فن آوری های جدید در زمینه مخابرات الكترونیكی احساس میشود. از این رو تحقیقات زیادی روی ایجاد لایه فیزیكی جدید برای شبكه های انتقال داده بیسیم در دست انجام میباشد. شاید در حال حاضر و پس از اینكه فن آوری Bluetooth بدلیل نرخ داده پایین و مصرف توان بالا نتوانست جوابگوی خوبی برای مخابرات داخلی (indoor) با فاصله کم (در حد چند متر) و با نرخ داده بالا باشد، تقریبا بیشترین توجه در مراكز دانشگاهی و صنایع مخابرات الكترونیكی روی مخابرات فرا پهن باند ((Ultra Wide Band(UWB) متمركز شده است. اساس این نوع مخابرت بر انتقال پالسهای كوتاه (در حد چند صد پیكو ثانیه) مدوله شده بدونه حضور حامل استوار است. در یك نگاه كلی مصرف توان كم، بخاطر عدم حضور حامل و نرخ داده بالا بخاطر زمان كوتاه پالسها از مزایای این نوع مخابراتی میباشد. اولین

 باری كه از پالس برای مخابره داده استفاده شد توسط ماركونی در اوایل قرن بیستم بود. پالس ایجاد شده توسط ماركونی بوسیله قوس الكتریكی در یك شكاف بین دو الكترود با فاصله كم ایجاد شد. بدلیل محدودیت های فن آوری ایجاد پالسهای با زمان كوتاه و هزینه بالای تا همین سالهای اخیر روش مخابرات پالسی فقط به كاربردهای خاصی مثل رادار محدود شد. ولی اخیرا با پیشرفتهای فن آوری VLSI و كاهش هزینه ادوات نیمه هادی با سرعت بالا، ایجاد و انقال و دریافت پالسهای كوتاه با ادوات نیمه هادی ارزان مثل فن آوری CMOS ممكن و مقرون به صرفه شده است. از این رو برای نخستین بار در سال 2002 در ایالات متحده امریكا و توسط FCC قوانینی برای انتشار سیگنال های UWB منتشر شد كه بر خلاف قوانینی كه قبلا توسط DARPA به صورت خیلی محطاطانه وضع شده بود، امكان استفاده از این سیگنالها را برای انتقال داده فراهم كرد. از این رو در این پایان نامه، سیگنال UWB را از لحاظ تعریف، ایجاد، چگالی طیفی توان، برآورده کردن نقاب انتشار، شكل پالس، انتشار روی كانال، دریافت و آشكار سازی به طور مفصل مورد برسی قرار داده و ساختارهای گیرنده های ممكن برای دریافت و آشكار سازی این سیگنال را مورد مقایسه و برسی قرار خواهیم داد.

فصل اول
تعریف سیستم رادیوئی فراپهن باند
1-1- پهنای باند کسری
اولین کاربرد واژه فراپهن باند در دانش مربوط به رادار بوده است و در مورد امواج الکترومغناطیسی با پهنای باند انرژی کسری تقریبا بزرگتر از 0/25 – 0/2 بکار می رفته است. برای فهم بهتر این تعریف ابتدا باید پهنای باند انرژی شکل موج را تعریف کرد. اگر E را انرژی لحظه ای شکل موج فرض کنیم، می توان پهنای باند انرژی را به وسیله فرکانس های fH و fL مشخص کرد. fH و fL به ترتیب حد بالایی و پایینی فاصله ای هستند که عمده انرژی لحظه ای E (تقریبا بیش از 90%) در داخل آن قرار گرفته است. عرض این فاصله یعنی fH – fL را پهنای باند انرژی می نامند.
در علوم مربوط به رادارهای UWB اساس بر انتشار امواجی است كه از دنباله هایی از پالسهای خیلی كوتاه تشكیل شده اند. منظور از خیلی كوتاه مدت زمان پالس ها است كه حدود چند صد پیكو ثانیه است. این اصول انتقال پالسی رادارها را میتوان در زمینه های مخابراتی انتقال داده بكار برد.
با فرض اینكه اطلاعاتی كه بوسیله سیستم مخابراتی باید منتقل شود به فرم دیجیتال و بصورت دنباله ای از اعداد دو دویی باشد، می توان اطلاعات هر بیت (0 یا 1) را به وسیله یک پالس یا چند پالس در حالت تکرار کد منتقل کرد. تکرار پالس برای ارائه یک تک بیت موجب افزایش صحت برای هر بیت می شود به همین جهت اخیرا (2002) نخستین قوانین در این مورد در ایالات متحده آمریکا توسط FCC منتشر شد. که مفاهیم UWB را به تکنیک های انتقال پیوسته گسترش می دهد. در بخش های بعدی مفصل در این باره بحث خواهد شد. در اینجا بیشتر به مسائل انتقال پالسی می پردازیم. قابل ذكر است كه E به عنوان انرژی لحظه ای باید روی فاصله ای که با مدت زمان پالس مطابقت دارد محاسبه شود. اگر تصمیم در مورد یک تک بیت مستلزم پردازش چندین پالس باشد، که معمولا هم همینطور است، E مربوط می شود به انرژی كلی همه پالسهای پردازش شده كه در تصمیم روی یك بیت درگیر هستند زیرا تاثیر نویز در گیرنده باید با توجه به انرژی سیگنال مورد استفاده محاسبه شود.