گیرنده آرایه فازی با قابلیت تنظیم دیجیتال در باند فرکانسی ۶۰ گیگاهرتز طراحی شد
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.
مجید یعقوبی زنجانی، فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری 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 پروتکل های مختلفی تعریف شده است که معروف ترین آن وای فای 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 بالاتر در 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 ۲.۴ 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 لب تاپ 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 لب تاپ‌ها 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 است تا صحت طراحی مشخص شود. از آن جایی که هزینه ساخت تراشه بسیار بالاست، این شبیه سازی ها بسیار حیاتی هستند. پس از دستیابی به مشخصات مورد نیاز، طرح تراشه به شرکت ساخت تراشه ارسال میشود 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 میشود.
این محقق افزود: این تراشه با کمی تغییرات قابل استفاده در تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و رایانه‌های شخصی است. 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.
دکتر یعقوبی 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 صنعتی امیرکبیر این اولین نمونه طراحی و ساخته شده است.
وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح گفت: از مزیت‌های اصلی طرح می توان به کم مصرف بودن و کوچک بودن تراشه (۰.۹۳میلیمترمربع) 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 وسیله دارای وای فای را پشتیبانی می‌کند.
به نقل از دانشگاه امیرکبیر، اساتید راهنمای این طرح دکتر حسن غفوری‌فرد و دکتر محمد یاوری از اعضای هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر شهریار میرعباسی (دانشگاه UBC کانادا) و با همکاری مهندس میلاد حقی کاشانی دانشجو دکتری دانشگاه تورنتو کانادا پ دانش‌آموخته کارشناسی دانشگاه امیرکبیر انجام گرفته است.