E-book details

Komputerowa symulacja układów z liniami transmisyjnymi

Komputerowa symulacja układów z liniami transmisyjnymi

Jan Ogrodzki

Ebook

W niniejszej monografii zostały omówione metody i algorytmy modelowania i symulacji połączeń w układach elektronicznych. Połączenia to elementy przewodzące (wykonane na krzemie, płytce drukowanej lub jako kabel), które dla prądów stałych i wolno zmiennych (o długości fali dużej w porównaniu z długością połączenia), można opisywać rezystancjami albo zwarciami. Jednak dla wysokich częstotliwości (gdy długość fali jest porównywalna z długością połączenia) ma ono charakter układu o stałych rozłożonych, w ogólności wymagającego opisu za pomocą równań Maxwella. Jednak, jeżeli fala w połączeniu 1-D jest TEM lub quasi-TEM wystarczający staje się opis prostszy, za pomocą pary liniowych równań różniczkowych cząstkowych, zwanych równaniami telegrafistów.
Należy zwrócić uwagę, że istotną cechą komunikacji z Czytelnikiem zaproponowanej w niniejszej pracy, jest fakt, że każdy z modeli literaturowych z rozdz. 3 oraz autorskich z rozdz. 5-8 został nie tylko opisany, ale także zaprogramowany w środowisku Matlab, aby Czytelnik mający dostęp do tego środowiska mógł sam z nimi eksperymentować. W tym celu dla każdego modelu napisano skrypt do symulacji w dziedzinie czasu. W ten sposób uzyskano własne wyniki dla modeli linii opracowanych wcześniej przez badaczy. Zaproponowano kilka przykładów, które są symulowane wszystkimi omawianymi modelami i przewijają się przez całą pracę - przede wszystkim jest to linia 50-omowa i 75-omowa. Pozwoliło to autorowi ocenić dokładność i złożoność oraz zajętość pamięci dla każdej z rozpatrzonych metod symulacji linii.

Streszczenie 9

1. POŁĄCZENIA W UKŁADACH ELEKTRONICZNYCH I ICH MODELOWANIE ZA POMOCĄ LINII TRANSMISYJNYCH  11

1.1 Wprowadzenie 11

1.2. Charakterystyki połączeń w układach elektronicznych 13

1.3. Przykłady połączeń 16

1.4. Połączenia jako struktury transmitujące fale elektromagnetyczne (EM) 17

2. ROZŁOŻONE MODELOWANIE STRUKTUR TRANSMISYJNYCH ZE STRATAMI  19

2.1. Przypadek linii pojedynczej  19

2.2. Przypadek linii sprzężonych 21

2.3. Postaci zmodyfikowane równania telegrafistów 22

3. METODY SYMULACJI LINII TRANSMISYJNYCH OPARTE NA ROZWIĄZYWANIU RÓWNAŃ TELEGRAFISTÓW 24

3.1. Analityczne modelowanie pojedynczej linii transmisyjnej bezstratnej. Metoda Bra­nina 24

3.1.1. Przykład analizy linii bezstratnej za pomocą modelu Branina 25

3.2. Analityczne modelowanie pojedynczej linii bezstratnej. Metoda charakterystyk 27

3.2.1. Przykład analizy pojedynczej linii bezstratnej metodą charakterystyk 30

3.3. Analityczne modelowanie pojedynczej linii stratnej. Metoda odpowiedzi impulso­wych 31

3.3.1. Przykład symulacji linii stratnych metodą odpowiedzi impulsowych 35

3.4. Modelowanie linii transmisyjnych za pomocą parametrów macierzy rozproszenia 37

3.4.1. Wprowadzenie 37

3.4.2. Model pojedynczej linii jednorodnej oparty na parametrach rozproszenia  40

3.4.3. Model linii transmisyjnej oparty na metodzie obwodowej  42

3.4.4. Symulacja linii za pomocą metody falowej z sukcesywną aproksymacją 44

3.4.5. Implementacja algorytmu modelującego linię metodą obwodową 47

3.4.6. Przykłady symulacji sieci liniowych opartej na parametrach rozproszenia linii 50

3.5. Modelowanie jednorodnych linii wektorowych za pomocą równań telegrafistów 52

3.5.1. Modele wektorowe dla linii bezstratnych 52

3.5.2. Przykładowa implementacja modelu wektorowej linii bezstratnej 54

3.5.3. Model wektorowy stratnych linii sprzężonych oparty na opisie falowym 59

3.5.4. Implementacja modelu linii sprzężonych stratnych i przykłady ich symulacji 61

4. SKUPIONE MODELOWANIE STRUKTUR TRANSMISYJNYCH ZA POMOCĄŁAŃ­CUCHA SEKCJI CZWÓRNIKOWYCH  68

4.1. Modelowanie skupione pojedynczej sekcji linii transmisyjnej w dziedzinie czasu 68

4.2. Modelowanie skupione wieloprzewodowej linii transmisyjnej w dziedzinie czasu 69

4.3. Szacowanie wymaganej liczby sekcji modelu linii 70

4.3.1. Przykład 73

5. SYMULACJA LINII OPARTA NA ŁAŃCUCHACH SEKCJI SKUPIONYCH I TECHNI­KACH ICH REDUKCJI 75

5.1. Symulacja linii oparta na technice łańcucha niezredukowanego i jego macierzy pełnej 75

5.1.1. Przykład 78

5.1.2. Przykład 80

5.2. Modelowanie linii transmisyjnej metodą redukcji łańcucha sekcji 82

5.2.1. Przykład 86

5.2.2. Przykład 86

5.3. Modelowanie linii transmisyjnej metodą indukcji czwórnika hybrydowego 90

5.3.1. Przykład 91

5.3.2. Przykład 93

5.4. Modelowanie linii metodą redukcji znormalizowanego łańcucha sekcji 95

5.4.1. Przykład 97

6. SYMULACJA CZASOWA LINII OPARTA NA TECHNICE RELAKSACJI W MODE­LACH SKUPIONYCH 100

6.1. Analiza relaksacyjna linii z pobudzeniem i obciążeniem liniowym 100

6.2. Analiza relaksacyjna linii dołączonej do dwuwrotnika liniowego 104

6.3. Przykłady symulacji algorytmem relaksacyjnym 105

6.3.1. Przykład linii 50-omowej z obciążeniami niedopasowanymi 105

6.3.2. Przykład stratnej linii 75-omowej dopasowanej 107

6.3.3. Przykład transmisji impulsów z układu różniczkującego przez linię do obcią­żenia 108

7. PORÓWNANIE DOKŁADNOŚCI I ZŁOŻONOŚCI ALGORYTMÓW OPARTYCH NA MODELU SEKCYJNYM LINII: RELAKSACYJNYM, ŁAŃCUCHOWYM, INDUK­CYJNYM ORAZ MACIERZY PEŁNEJ 111

7.1. Porównanie czterech algorytmów na przykładzie linii 50-omowej 111

7.2. Porównanie czterech algorytmów na przykładzie linii 75-omowej 113

8. SYMULACJA UKŁADÓW NIELINIOWYCH POŁĄCZONYCH LINIAMI TRANSMI­SYJNYMI 116

8.1. Algorytm relaksacyjny dla sieci nieliniowych  116

8.2. Algorytm łańcuchowy i indukcyjny dla sieci nieliniowych 118

8.3. Przykład analizy sieci nieliniowej relaksacyjnym algorytmem 8.1 119

8.4. Przykład analizy sieci nieliniowej łańcuchowym lub indukcyjnym algorytmem 8.2 121

8.5. Symulacja układów bipolarnych 125

8.6. Symulacja układów MOSFET 128

9. PODSUMOWANIE 132

Wykaz literatury 136

  • Title: Komputerowa symulacja układów z liniami transmisyjnymi
  • Author: Jan Ogrodzki
  • ISBN: 978-83-8156-748-0, 9788381567480
  • Date of issue: 2025-05-05
  • Format: Ebook
  • Item ID: e_4g1x
  • Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej