Сравнение результатов квазистатического и электродинамического моделирований модального фильтра с учетом потерь Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.371.32

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЙ МОДАЛЬНОГО ФИЛЬТРА

С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ*

Р. Р. Хажибеков, А. М. Заболоцкий, Р. Р. Мусабаев

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 40 E-mail: [email protected]

Выполнено квазистатическое и электродинамическое моделирования структуры модального фильтра. Приведено сравнение полученных результатов. Получено, что максимальное отклонение по задержкам импульсов составляет 2,5 %, по амплитудам 11 %.

Ключевые слова: квазистатичекий подход, математическое моделирование, электромагнитная совместимость, связанные линии передачи, модальные технологии.

THE RESULTS COMPARISON OF QUASI-STATIC AND ELECTRODYNAMIC SIMULATIONS OF MODAL FILTER WITH LOSSES

R. R. Khazhibekov, А. М. Zabolotsky, R. R. Mussabayev

Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics 40, Lenina Av., Tomsk, 634050, Russian Federation E-mail: [email protected]

The quasi-static and electrodynamic simulation of the modal filter structure is performed. The results comparison is obtained. It is found that the maximum deviation from pulse delays is 2.5 %, in terms of amplitudes is 11 %.

Keywords: quasi-static approach, mathematical simulation, electromagnetic compatibility, coupled transmission line, modal technologies.

В настоящее время для анализа полосковых структур используется квазистатическое моделирование. Для точного моделирования таких структур необходимо учитывать потери в проводниках и диэлектриках. Существуют различные подходы для нахождения значений погонного сопротивления R и погонной проводимости G, одни из которых описаны в работах [1; 2]. Эти подходы были программно реализованы и встроены в систему TALGAT [3; 4]. Однако использование данной программной реализации для квазистатического моделирования реальных полоско-вых структур и сравнение полученных результатов с результатами электродинамического моделирования ранее не было показано. Для выполнения моделирования будут использоваться структуры модальных фильтров (МФ) [4].

Цель данной работы - выполнить сравнение результатов квазистатического и электродинамического моделирований МФ с учетом потерь.

Квазистатическое моделирование выполняется в системе TALGAT, а электродинамическое моделирование в CST MWS [5]. Поперечное сечение и схема включения МФ представлены на рис. 1 [4], где ширина и толщина проводников w = 500 мкм и t = 85 мкм, расстояние между проводниками s = 200 мкм, расстояние от края проводника до края диэлектрика d = 1000 мкм,

* Работа выполнена за счет проекта 8.9562.2017/БЧ Минобрнауки Российской Федерации.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2

толщина подложки h = 400 мкм с относительной диэлектрической проницаемостью sr1 = 3. МФ содержит три медных проводника: А - активный, О - опорный и П - пассивный. К активному проводнику подключен импульсный генератор ЭДС с параметрами: амплитуда 10 В и длительность вершины td =100 пс, длительность фронта и спада tr = tf = 100 пс. Значения сопротивлений равны R1 = R2 = R3 = R4 = 100 Ом. Результаты моделирования с учетом потерь и дисперсии представлены на рис. 2.

б

Рис. 1. Поперечное сечение (а) и схема включения (б) МФ

V. в

II________________ - VI

- V4

----V4

fV s /V

-1

2 4 6 • 10 tf НС а и и Lt

V, в -VI -V2 ---V3 ---V4 .

,1 i \ | \ ! V t\ t \ ! \

i i / i! )! ) % с

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Щ 1.4 1.6 1.6 2

V10'8

б

Рис. 2. Формы напряжения, полученные в CST MWS (а) и TALGAT (б)

а

Из полученных результатов видно, формы напряжений, вычисленные в ТЛЬОЛТ и С8Т MWS совпадают. Значения амплитуд и задержек импульсов приведены в таблице. При сравнении результатов видно, что максимальное отклонение по задержкам импульсов составляет 2,5 %, по амплитудам 11 %. Следовательно, программно реализованные подходы можно использовать для моделирования МФ.

Результаты сравнения амплитуд и задержек импульсов

Параметр CST TALGAT (CST-TALGAT)/(CST+TALGAT), %

Амплитуда 1-го импульса У3, В 1,1 0,88 11

Амплитуда 2-го импульса У3, В 0,73 0,71 1,4

Амплитуда 1-го импульса У4, В -1,1 -0,88 11

Амплитуда 2-го импульса У4, В 0,73 0,71 1,4

Время задержки 1-го импульса в узлах У3 и У4, нс 11,6 12,2 2,5

Время задержки 2-го импульса в узлах У3 и У4, нс 14,9 15 0,3

Библиографические ссылки

1. Matthaei G. L., Chinn G. C. Approximate calculation of the high-frequency resistance matrix for multiple coupled lines. Microwave Symposium Digest. 1992. Pp. 1353-1354.

2. Wideband Frequency-Domain Characterization of FR-4 and Time-Domain Causality / A. R. Djordjevic [et al.] // IEEE Trans. On Electromagn. Compat. 2001. Vol. 43, № 4. Рр. 662-667.

3. Мусабаев Р. Р., Лежнин Е. В., Куксенко С. П.. Программная реализация алгоритма вычисления матрицы погонных сопротивлений многопроводной линии передачи в системе TALGAT // Современные проблемы радиоэлектроники : XX Всерос. науч.-техн. конф. с между -нар. участием (4-5 мая 2017 г., Красноярск).

4. Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT / С. П. Куксенко, А. М. Заболоцкий, А. О. Мелкозеров и др. // Докл. Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2015. № 2(36). C. 45-50.

5. Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Модальные фильтры для защиты бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата. Томск : Изд-во Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2013. 151 с.

6. CST - Computer Simulation Technology [Электронный ресурс]. URL: https://www.cst.com/ (дата обращения: 15.02.2017).

© Хажибеков Р. Р., Заболоцкий А. М., Мусабаев Р. Р., 2017