CC BY
18Решетнеескцие чтения. 2015
УДК 537.87
ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ С УЧЕТОМ АНИЗОТРОПНОСТИ ЕЁ ПРОВОДИМОСТИ
И. Д. Зырин1, В. М. Карабан2*, С. Б. Сунцов1
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Российская федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 40 E-mail: [email protected]
Разработан численный метод, основанный на новой четырехсторонней схемной RLCG-модели, позволяющей проводить учет анизотропности проводимости линий передач в высокочастотных космических разработках.
Ключевые слова: численный метод, анизотропность проводимости, линия передачи, низкотемпературная керамика, эквивалентная схема.
NUMERICAL METODS FOR CALCULATING THE PARAMETERS OF TRANSMISSION LINE CONSIDERING ITS ANISOTROPIC CONDUCTIVITY
I. D. Zyrin1, V. M. Karaban2*, S. B. Syncov1
1JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
2Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 40, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected]
A numerical method based on the new four-sided circuit RLCG model allows to consider the anisotropy of the conductivity of high-voltage transmission lines in space projects.
Keywords: numerical method, anisotropic conduction, transmission line, LTCC, equivalent circuit.
Введение. В работе [1] была показана необходимость учета геометрической неоднородности на поверхности линий передачи. В предыдущей работе, посвященной разработке математической модели, была разработана модель, позволяющая учитывать неоднородность поверхности путем вычисления коэффициентов коррекции. Однако для высокочастотных устройств необходимо также выполнять расчет параметров линии передачи с минимальной погрешностью и в короткий срок, что актуально для космической техники. Поэтому для расчета линии передачи с учетом анизотропности её проводимости предлагается новый численный метод.
Основная часть. В основе численного метода для расчета характеристик линии передачи лежит ее эквивалентная схемная модель. Затем для схемы проводится моделирование переходных процессов. По схеме выводятся уравнения состояния по законам Кирхгофа [2] в мгновенной форме, которые представляют собой интегро-дифференциальные уравнения.
Цепьевидная схемная модель была рассмотрена в предыдущей работе. Однако для учета неоднородности поверхности возможно разбить линию передачи на ряд параллельно идущих КЬСв-цепочек [3], и в случае если на пути одной из цепочек встречается впадина размерами больше, чем ширина цепи, то разорвать цепь, либо, используя математическую модель, вычислить КЬСв-параметры данного звена.
Построим эквивалентную схемную модель одного звена КЬСв-модели линии передачи, позволяющую
соединять КЬСв-цепочки между собой, а также учитывающую КЬ--характеристики опорного слоя. Для дальнейшего различия обычной и модифицированной эквивалентной схемной модели линии передачи будем называть ее четырёхсторонней КЬСв-моделью (см. рисунок).
Четырехсторонняя эквивалентная схемная КЬСО-модель линии передачи
Поскольку четырехсторонняя модель линии передачи позволяет соединять цепочки между собой со всех сторон и имитировать форму проводника с ее неоднородностью, то возможны различные ее модификации и способы соединения звеньев.
Полученная схемная модель линии передачи позволяет моделировать неоднородность поверхности любой формы, поскольку появляется возможность
Космическое и специальное электронное приборостроение
имитировать линию передачи любым количеством цепей и звеньев. Также будет действовать правило: чем больше цепей и звеньев, тем точнее имитация неоднородности поверхности.
При этом в местах, где на пути цепочки встречается паз размером меньше, чем звено цепи, то вместо разрыва в цепочке будем рассчитывать КЬСв-характеристики звена с использованием коэффициентов коррекции согласно разработанной математической модели.
Если вывести балансные уравнения по законам Кирхгофа для вычисления характеристик линии передачи по такой эквивалентной схеме, то они будут выглядеть следующим образом:
п ИП п г!Т п
= -Уь — -Т/уку ,
у=1 иЛ у=1 ш у=1
УШУ = Ус ИП УТ
у = 1 иХ у = 1 Ш у = 1
Полученные уравнения, которые представляют собой аналоги телеграфных уравнений [4], будут являться базовыми для численного метода анализа распространения сигналов в линии передачи.
Полученный численный метод позволяет значительно сократить время расчета характеристик линии передачи с учетом анизотропности ее проводимости вследствие неоднородности поверхности по сравнению с полноволновыми электромагнитными методами вычисления [5], а также позволяет повысить точность расчета по сравнению с типовой цепьевидной эквивалентной КЬСв-схемой.
Библиографические ссылки
1. Зырин И. Д., Карабан В. М., Сунцов С. Б. Обзор возможностей математического моделирования шероховатости поверхности низкотемпературной керамики // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии : 23-я Междунар. Крымская конф. (КрыМиКо'2013). Севастополь, 2013. С. 181-182.
2. Демирчян К. С., Нейман Л. Р. Теоретические основы электротехники : учебник для вузов. 5-е изд. СПб. : Питер Пресс, 2009. 463 с.
3. Кечиев Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. М. : Группа ИДТ, 2007. 616 с.
4. Новиков Ю. Н. Электротехника и электроника. Теория цепей и сигналов, методы анализа : учеб. пособие. СПб. : Питер, 2005. 384 с.
5. Зырин И. Д., Карабан В. М. Вычислительное моделирование влияния шероховатости поверхности СВЧ-коммутационных плат на основе LTCC // Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки : материалы III междунар. научно-практ. конф. / Fundamental science and technology - promising developments III. spc Academic: North Charleston, USA. 2014. Vol. 1. P. 113-115.
References
1. Zyrin I. D., Karaban V. M., Syncov S. B. Research mathematical models surface roughness applied to the ceramic circuit boards. [Obzor vozmozhnostey mate-maticheskogo modelirovaniya sherokhovatosti poverkhnosti nizkotemperaturnoy keramiki]. 23nd int. Crimean Conf. "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2013). Sevastopol, 2013, pp. 181-182. (In Russ.)
2. Demirchyan K. S., Neyman L. R. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Uchebnik dlya vuzov. 5 izdanie. [Theoretical Foundations of Electrical Engineering. Textbook for high schools. 5th ed]. St. Petersburg, Piter Press, 2009, 463 p.
3. Kechiev L. N. Proektirovanie pechatnykh plat dlya tsifrovoy bystrodeystvuyushchey apparatury. [Design of printed circuit boards for high-speed digital equipment]. Moskow, Gruppa ITD, 2007, 616 p.
4. Novikov Yu. N. Elektrotekhnika i elektronika. Te-oriya tsepey i signalov, metody analiza: Uchebnoe poso-bie. [Electrical engineering and electronics. Circuit theory and signal analysis methods: the manual]. St. Petersburg, ZAO izdatel'skiy dom "Piter", 2005, 384 p.
5. Zyrin I. D., Karaban V. M. The computer simulation of the surface roughness of microwave communication boards based on LTCC [Vychislitel'noe modelirovanie vliyaniya sherokhovatosti poverkhnosti SVCh-kommutatsionnykh plat na osnove LTCC]. Materialy III mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Fundamental'naya nauka i tekhnologii -perspektivnye razrabotki» [Fundamental science and technology - promising developments III]. spc Academic: North Charleston, USA. 2014. Vol. 1. pp. 113-115. (In Russ.)
© Зырин И. Д., Карабан В. М., Сунцов С. Б., 2015
УДК 621.3(075.3)
СВЧ-КВЧ ГЕНЕРАЦИЯ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ
ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
Б. Н. Казьмин, И. В. Трифанов, Д. Р. Рыжов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-таП: [email protected]
Показана возможность построения высокоэффективной электроэнергетической технологии на энергетике электронных пучков и генерации колебаний СВЧ-КВЧ диапазонов на основе квантово-волнового дуализма электронных пучков и использования таких генераторов в космических радиосистемах, что даст возмож-
