Modal filter simulation with losses
Автор: Khazhibekov R.R., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Математика, механика, информатика
Статья в выпуске: 1 т.19, 2018 года.
Бесплатный доступ
Protection of spacecraft on-board equipment against electromagnetic interferences is an actual problem. Much attention is paid to the susceptibility to the excitation of powerful ultra short impulses (nanosecond and subnanosecond impulses). The use of known protection devices to solve this problem is hampered by a number of conflicting require- ments. For example, low mass, high reliability, long life. In addition, ultrashort pulses are able to penetrate into various radio-electronic equipment by passing the instrument shields. Protection potential using the devices based on modal filtering is well known. To simulate these devices, rigorous electro-dynamic approach is applied, which requires high computational costs. Approximate quasi-static approach allows to significantly reduce computational costs. The quasi- static simulation was used in this paper, loss record in conductors was realized by means of exact calculation of the matrix of per-unit-length resistances through a change in the matrix of the per-unit-length coefficients of electromag- netic induction when scaling the cross section of conductors. The effect of losses on the shape and amplitude of the pulses at the output of the modal filter is shown. A comparison of simulation results with electrodynamic and quasi- static approaches taking into account losses is presented. Good consistency is obtained. Quasi-static simulation with losses took much less time than the electrodynamic simulation. Analysis of the results suggests that software-based approaches can be used for modal filter simulation.
Microstrip line, linear delay, wave impedance, modal filtering, quasi-static simulation, protection device
Короткий адрес: https://sciup.org/148177800
IDR: 148177800 | УДК: 621.372.8.01
Моделирование модального фильтра с учетом потерь
Защита бортовой аппаратуры космического аппарата от электромагнитных помех является актуальной проблемой. Большое внимание уделяется восприимчивости к воздействию мощных сверхкоротких импульсов (импульсов наносекундного и субнаносекундного диапазонов). Использование известных устройств защиты для решения данной задачи затруднено рядом противоречивых требований, например, малой массы, высокой надежности, длительного срока активного существования. Кроме того, сверхкороткие импульсы способны проникать в различную радиоэлектронную аппаратуру, минуя экраны приборов. Известна возможность защиты с помощью устройств, основанных на использовании модальной фильтрации. Для моделирования таких устройств применяют строгий электродинамический подход, который требует больших вычислительных затрат. Приближенный квазистатический подход позволяет значительно уменьшить вычислительные затра- ты. Использован учет потерь в проводниках при квазистатическом моделировании, реализованный с помощью точного вычисления матрицы погонных сопротивлений через изменение матрицы погонных коэффициентов электромагнитной индукции при масштабировании поперечного сечения проводников. Показано влияние по- терь на форму и амплитуду импульсов на выходе модального фильтра. Представлено сравнение результатов моделирования электродинамическим и квазистатическим подходами с учетом потерь. Получена хорошая согласованность. Квазистатическое моделирование заняло значительно меньше времени, чем электродинами- ческое. Анализ результатов показал, что программно-реализованные подходы можно использовать для моде- лирования модального фильтра.
Список литературы Modal filter simulation with losses
- Study and classification of potential IEMI sources/N. Mora //System and assessment notes 2014. Note 41.
- Gazizov A. T., Zabolotsky A. M., Gazizov T. R. UWB pulse decomposition in simple printed structures//IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2016. Vol. 58, No. 4. P. 1136-1142.
- Orlov P., Gazizov T., Zabolotsky A. Short pulse propagation along microstrip meander delay lines with design constraints: comparative analysis of the quasi-static and electromagnetic approaches//Applied computational electromagnetics society journal. 2016. Vol. 31. no. 3. P. 238-243.
- Газизов Р. Р., Газизов Т. Т. Исследование локализации пиковых значений сигнала в печатной плате системы автономной навигации//Инфокоммуникационные технологии. 2017. Т. 15. № 2. С. 170-178.
- Surovtsev R. S., Nosov A. V., Zabolotsky A. M., Gazizov T. R. Possibility of protection against UWB pulses based on a turn of a meander microstrip line//IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2017. Vol. 59. no. 6. P. 1864-1871.
- Zabolotsky A. M., Gazizov A. T. Simulation of ultrawide band pulse propagation in asymmetrical modal filter for power network protection//International Journal of Circuits. Systems and Signal Processing. 2015. Vol. 9. P. 68-74.
- Газизов A. T. Сравнение результатов измерения и моделирования временного отклика модального фильтра на воздействие сверхкороткого импульса//Доклады ТУСУР. 2015. № 4(38). C. 149-152.
- Заболоцкий А. М. Использование зеркальной симметрии для совершенствования модальной фильтрации//Доклады ТУСУР. 2015. № 2(36). C. 41-44.
- Белоусов А. О. Многопроводная микрополосковая линия как модальный фильтр для защиты от сверхкоротких импульсов//Доклады ТУСУР. 2015. № 3(37). C. 124-128.
- Orlov P. Y., Gazizov T. R., Zabolotsky A. M. The impact of coupled conductors in a dielectric material above an ideally conducting plane on the difference of board delay per unit length of even and odd modes//International Journal of Advanced And Applied Sciences. 2017. Vol. 4. no. 2. P. 68-71.
- Дмитренко И. В. Анализ частотного отклика модального фильтра для подавления излучаемых эмиссий бортовой аппаратуры космического аппарата//Доклады ТУСУР. 2015. № 4(38). C. 157-160.
- Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости TALGAT/С. П. Кук-сенко //Доклады ТУСУР. 2015. № 2(36). C. 45-50.
- Мусабаев Р. Р. Алгоритм вычисления матрицы погонных сопротивлений многопроводной линии передачи//Научная сессия ТУСУР-2017: материалы Междунар. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 55-летию ТУСУРа. 2017. Ч. 3. С. 68-71.
- Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Калимулин И. Ф. Новые решения для обеспечения электромагнитной совместимости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата. Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2016. 288 с.
- CST STUDIO SUITE //IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2013. Vol. 55,. iss. 4. P. c2-c2.
