ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2021. № 1
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.1.10
УДК 51-74:537.2
Исследование методов построения адаптивных сеток
при квазистатическом анализе многопроводных линий передачи методом моментов
А. Е. Максимов, C. П. Куксенко
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 634050, г. Томск, пр. Ленина, д. 40
Статья поступила в редакцию 23 января 2021 г.
Аннотация. Описаны особенности квазистатического анализа многопроводных линий передачи методом моментов, основанного на вычислении матриц первичных погонных параметров линии. Приведен краткий обзор методов построения адаптивных сеток. Выполнено сравнение их эффективности на примере вычисления ёмкостных матриц разнообразных многопроводных линий передачи. Определены оптимальные значения параметров методов, дающие уменьшение вычислительных затрат. Показано, что их использование даёт существенный прирост производительности при многовариантном анализе многопроводных линий передачи относительно частых равномерных сеток.
Ключевые слова: многопроводные линии передачи, адаптивная сетка, погонные параметры линии передачи, метод моментов.
Abstract. The features of the quasi-static analysis of multiconductor transmission lines by the method of moments, based on the calculation of the matrices of the primary per-unit-length parameters of the line, are described. A brief overview of methods for adaptive mesh refinement is given. Comparison of their efficiency is carried out on the example of calculating capacitive matrices of various multiconductor transmission lines. The optimal values of the parameters methods which reduce computation costs are determined. It is shown that their use gives a significant increase in performance in the multivariate analysis of multiconductor transmission lines relatively to fine uniform meshes.
Key words: multiconductor transmission lines, adaptive mesh, per-unit-length parameters, method of moments.
Литература
1. FasterCap – Fast field solvers [Электронный ресурс]. URL: http://www.fastfieldsolvers.com (дата обращения: 22.01.2021).
2. FEMM – Finite element method magnetics [Электронный ресурс]. URL: www.femm.info (дата обращения: 22.01.2021).
3. Zhou Y., Li Z., Shi W. Fast capacitance extraction in multilayer, conformal and embedded dielectric using hybrid boundary element method. 44th ACM / IEEE Design Automation Conference. 2007. P. 835–840.
4. Самарский А. А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. Москва, Физматлит. 2005. 320 с.
5. Bermúdez A., Gómez D., Salgado P. Mathematical models and numerical simulation in electromagnetism. Cham/Heidelberg/New York/Dordrecht/London: Springer. 2014. 432 p.
6. Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики. Москва, Физматлит. 2013. 430 с.
7. Maiti C.K. Computer aided design of micro- and nanoelectronic devices. Singapore: World Scientific Publishing Company. 2016. 455 p.
8. Заболоцкий А. М., Газизов Т.Р. Временной отклик многопроводных линий передачи. Томск, Томский государственный университет. 2007. 152 с.
9. Bhatti A.A. A computer based method for computing the N-dimensional generalized ABCD parameter matrices of N-dimensional systems with distributed parameters. The twenty-second southeastern symposium on system theory (Cookeville, USA). 1990. P.590–593.
10. Shafieipour M., de Silva J., Kariyawasam A. et al. Fast computation of the electrical parameters of sector-shaped cables using single-source integral equation and 2D moment-method discretization. Proceeding of International Conference on Power Systems Transients (IPST). 2017. P.1–6.
11. Djordjevic A.R., Sarkar T.K., Rao S.M. Analisis of finite conductivity cilindrical conductors exited by axially–independent TM electromagnetic field. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1985. Vol.MTT–33. P.960–966.
12. Pant S., Chiprout E. Power grid physics and implications for CAD. Proceedings of the 43rd Design Automation Conference (DAC). 2006. P.199–204.
13. Paul C.R. Analysis of Multiconductor Transmission Lines. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons. 2008. 800 p.
14. Газизов Т.Р. Уменьшение искажений электрических сигналов в межсоединениях. Томск, Изд–во НТЛ. 2003. 212 с.
15. Bazdar M.B., Djordjevic A.R., Harrington R.F. et al. Evaluation of quasi-static matrix parameters for multiconductor transmission lines using Galerkin's method. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1994. Vol.42. No.7. P.1223–1228.
16. Rao S.M., Sarkar T.K., Harrington R.G. The electrostatic field of conducting bodies in multiple dielectric media. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1984. Vol.32. No.11. P.1441–1448.
17. Scheinfein M.R., Palusinski O.A. Methods of calculation of electrical parameters for electronic packaging applications. Transactions of the International Society for Computer Simulation. 1987. Vol.4. P. 187–254.
18. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. Москва, ООО «Группа ИДТ». 2007. 616 с.
19. Yang L., Guo X., Wang Z. An efficient method MEGCR for solving systems with multiple right-hand sides in 3-D parasitic inductance extraction. Proceedings of the Design Automation Conference. 2004. P.702–706.
20. Kuksenko S.P., Ahunov R.R., Gazizov T.R. Choosing order of operations to accelerate strip structure analysis in parameter range. Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol.2015. No.3. P.1–6.
21. Лебедев А.С., Лисейкин В.Д., Хакимзянов Г.С. Разработка методов построения адаптивных сеток. Вычислительные технологии. 2002. Т.7. №3. С.29–43.
22. Фуско В. СВЧ-цепи. Анализ и автоматизированное проектированиею. Пер. с англ. Москва, Радио и связь. 1990. 288 с.
23. Rylander T., Ingelstrom P., Bondeson A. Computational electromagnetics. New York: Springer. 2013. 286 p.
24. Meyer F.J., Davidson D.B. Adaptive-mesh refinement of finite-element solutions for two-dimensional electromagnetic problems. IEEE Antennas and propagation. 1996. Vol.37. No.5. P.77–83.
25. Das A., Nair R.R., Gope D. Efficient adaptive mesh refinement for MoM-based package-board 3D full-wave extraction. IEEE 22nd. Conference on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems (EPEPS). 2013. P.239–242.
26. Kim S.K., Peterson A.F. Correlation analysis of error estimators for the EFIE. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI). 2016. P. 315–316.
27. Lee W.H., Kim T.-S., Cho M.H. et al. Content-adaptive finite element mesh generation of 3-D complex MR volumes for bioelectromagnetic problems. Proceedings of IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference. 2005. P.4373–4376.
28. Zhao Y., Xiu X.Z., Ho S.L. et al. An adaptive mesh method in transient finite element analysis of magnetic field using a novel error estimator. IEEE Transactions on Magnetics. 2012, Vol.48. No.11. P.4160–4163.
29. Matsutomo S., Noguchi S., Yamashita H. Adaptive mesh generation method utilizing magnetic flux lines in two-dimensional finite element analysis. IEEE Transactions on magnetics. 2012. Vol.48. No.2. P.527–530.
30. Noguchi S., Naoe T., Igarashi H. et al. A new adaptive meshing method using non-conforming finite element method. IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation (CEFC). 2016. 1 p.
31. Noguchi S., Naoe T., Igarashi H. A new adaptive mesh refinement method in FEA based on magnetic field conservation at elements interfaces and nonconforming mesh refinement technique. IEEE Transactions on Magnetics. 2017. Vol.53. No.6. P.1–4.
32. Liu Y., Sarris C.D. AMR-FDTD: A dynamically adaptive mesh refinement scheme for the finite-difference time-domain technique. IEEE AP-S International symposium. 2005. P.134–137.
33. Van Londersele A., de Zutter D., vande Ginste D. Huygens subgridding combined with the 2D fully collocated implicit FDTD method. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI). 2016. P.2025–2026.
34. Labridis D.P. Comparative presentation of criteria for adaptive finite-element mesh generation in multiconductor eddy-current problems. IEEE Transactions оn Magnetics. 2000. Vol.36. No.1. P.267–280.
35. Cendes Z., Shenton D. Adaptive mesh refinement in the finite element computation of magnetic fields. IEEE Transactions on Magnetics. 1985. Vol.21. No.5. P.1811–1816.
36. Grätsch T., Bathe K.-J. A posteriori error estimation techniques in practical finite element analysis. Computers and Structures. 2005. Vol.83. P.235–265.
37. Dworsky N. Introduction to numerical electrostatics using MATLAB. Hoboken, New Jersey. John Wiley and Sons. 2014. 456 p.
38. Sadiku M.N.O. Numerical techniques in electromagnetics. Boca Raton: CRC Press. 2009. 710 p.
39. Makarov S. N., Noetscher G. M., Nazarian A. Low-frequency electromagnetic modeling for electrical and biological systems using MATLAB. Hoboken, New Jersey. John Wiley and Sons. 2016. 589 p.
40. Lezhnin E. V., Kuksenko S. P. Algorithm of nonequidistant segmentation of boundaries of conductors and dielectrics for computer-aided design of strip structures. Proceedings of IEEE 2017 International Multi-conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). 2017. P.468–471.
41. Аширбакиев Р.И., Салов В.К. Адаптивный итерационный выбор оптимальной сегментации границ проводников и диэлектриков в задачах электростатики. Доклады ТУСУР. 2013. №3(29). С.159–161.
42. Gibson W.C. The method of moments in electromagnetics. Boca Raton, Chapman &Hall/CRC. 2008. 272 p.
43. Черникова Е. Б., Газизов Т.Р. Модальное разложение сверхкороткого импульса в 8-проводных зеркально-симметричных структурах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 9.
https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.12.
44. Swanson D.G., Hofer W.J. Microwave circuit modeling using electromagnetic field simulation. Norwood, Artech House Publishers. 2003. 474 p.
45. Медведев А. М., Мылов Г.В., Кечиев Л.Н. Проблемы технологического обеспечения параметров линий передачи в МПП. Технологии ЭМС. 2012. №3(42). С.1–6.
Для цитирования:
Максимов А.Е., Куксенко С.П. Исследование методов построения адаптивных сеток при квазистатическом анализе многопроводных линий передачи методом моментов. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2021. №1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.1.10