Метод импедансного аналога электромагнитного пространства для решения начально-краевых задач электродинамики

Авторы

  • С.А. Иванов
  • А.Н. Боголюбов
  • Б.В. Сестрорецкий

Ключевые слова:

метод импедансного аналога электромагнитного пространства
ИАЭП
TLM
вычислительная электродинамика
уравнения Максвелла
волновое уравнение
временная область
начально-краевая задача
ITER
высокотемпературная плазма

Аннотация

Рассмотрены основные положения метода импедансного аналога электромагнитного пространства, предназначенного для численного решения двух- и трехмерных задач электродинамики во временной и частотной областях. Кратко изложена методика решения двумерных скалярных и трехмерных векторных начально-краевых задач электродинамики. Рассмотрены некоторые теоретические результаты и практические приложения. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (код проекта 06-01-00146). Ключевые слова: метод импедансного аналога электромагнитного пространства, ИАЭП, TLM, вычислительная электродинамика, уравнения Максвелла, волновое уравнение, временная область, начально-краевая задача, ITER, высокотемпературная плазма

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2008-09-30

Выпуск

Том 9 (2008): Выпуск 3.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

С.А. Иванов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
физический факультет
Ленинские горы, 119234, Москва

А.Н. Боголюбов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
физический факультет
Ленинские горы, 119234, Москва

Б.В. Сестрорецкий

АО «НПО Лавочкина»
ул. Ленинградская, 24, 141400, Химки, Московская обл.

Библиографические ссылки

  1. Сестрорецкий Б.В. Полупроводниковые коммуникаторы для высокочастотных трактов // Современные проблемы антенно-волноводной техники. М.: Наука, 1967. 126-144.
  2. Сестрорецкий Б.В. Полупроводниковые регулирующие устройства СВЧ // СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. М.: Сов. радио, 1969. 414-572.
  3. Сестрорецкий Б.В. Возможности прямого численного решения краевых задач на основе метода импедансного аналога электромагнитного пространства (ИАЭП) // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». 1976. Вып. 2. 113-128.
  4. Гершгорин С.А. Об электрических сетках для приближенного решения дифференциального уравнения Лапласа // Журнал прикладной физики. 1929. 6, вып. 3-4. 3-29.
  5. Гутенмахер Л.И. Электрическое моделирование. M.: Изд-во АН СССР, 1943.
  6. Тетельбаум И.М. Электрическое моделирование. M.: Физматгиз, 1959.
  7. Веников В.А. Физическое моделирование электрических систем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956.
  8. Штейн Н.И. Методы электрического моделирования волноводов // Электрическое моделирование. M.: Изд-во АН СССР, 1952.
  9. Пухов В.В., Сазонов В.П. Модели с сосредоточенными параметрами для изучения электромагнитных полей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 1. Электроника. 1961. Вып. 12. 3-32.
  10. Филатова Е.А. Дисс.… канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1969.
  11. Федоров Н.Н. Решение двумерных задач электродинамики в неоднородных средах методом моделирования // Радиотехника. М.: Труды МЭИ, 1969. Вып. 65.
  12. Федоров Н.Н. Решение некоторых задач электродинамики в неоднородных средах методами конечно-разностных сеток: Дисс.… канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1969.
  13. Kron G. Equivalent circuits of the field equations of Maxwell // Proc. of I.R.E. May 1944. 289-299.
  14. Крон Г. Тензорный анализ сетей. М.: Сов. радио, 1978.
  15. Крон Г. Исследование сложных систем по частям (диакоптика). М.: Наука, 1972.
  16. Johns P.B., Beurle R.L. Numerical solution of 2-dimensional scattering problems using a transmission-line matrix // Proc. Inst. Elec. Eng. Sept. 1971. 118. 1203-1208.
  17. Christopoulos С. The Transmission-Line Modelling (TLM) method. Series on Electromagnetic Wave Theory. IEEE/Oxford University Press, 1995.
  18. Петров А.С., Иванов С.А, Королев С.А., Фастович С.В. Метод матриц линий передачи в вычислительной электродинамике // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2002. № 1. 3-38.
  19. Nikol’skii V.V., Lavrova T.I. The method of minimum autonomous blocks and its application to waveguide diffraction problems // Radio Engineering and Electronic Physics. 1978. 23, N 2. 1-10.
  20. Никольский В.В., Никольская Т.И. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики. М.: Наука, 1983.
  21. Сестрорецкий Б.В., Владимиров Ю.К. О некоторых задачах машинного проектирования сложных СВЧ систем // Машинное проектирование устройств и систем СВЧ. Общество «Знание» Украинской ССР. Киев, 1974. Вып. 1. 14-15.
  22. Рыков В.В., Сестрорецкий Б.В. Машинное моделирование нестационарных процессов в твердотельных СВЧ генераторах // Межвузовский сборник научных трудов «Машинное проектирование устройств и систем СВЧ». М.: МИРЭА, 1978. Вып. 2. 110-132.
  23. Кухаркин Е.С., Сестрорецкий Б.В. Диалоговая оптимизация топологии устройств в электродинамических САПР. М.: МЭИ, 1987.
  24. Рученков В.А., Камышев Т.В., Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В., Белостоцкая К.К. Проектирование режекторных волноводных фильтров для диплексера станций «Индия» // Радиотехнические тетради. М.: ОКБ МЭИ. 2004. № 30. 20-23.
  25. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В., Вершков В.А., Солдатов С.В., Камышев Т.В., Рученков В.А. Электродинамический анализ двумерных неоднородных сред и плазмы. М.: МАКС Пресс, 2005.
  26. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В. Построение консервативных сеток для решения двумерных задач электродинамического анализа систем с произвольным распределением диэлектрической и магнитной проницаемостей // Радиотехника и электроника. 2001. 46, № 1. 30-39.
  27. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В. Анализ во временной области планарных структур с произвольным распределением диэлектрической проницаемости // Радиотехника и электроника. 2001. 46, № 3. 271-276.
  28. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В. Построение эквивалентной схемы элементарного объема пространства для подмагниченной плазмы // Радиотехника и электроника. 2005. 50, № 6. 647-658.
  29. Рученков В.А. Развитие методики импедансного аналога электромагнитного пространства: Дисс. … канд. техн. наук. М.: МГИЭМ, 2006.
  30. Кустов В.Ю. Импедансная интерпретация метода конечных элементов для электродинамического анализа планарных волноводных устройств: Дисс. … канд. физ.-мат. наук. М.: МФТИ, 1988.
  31. Сестрорецкий Б.В. RLC и Rτ-аналоги электромагнитного пространства // Межвузовский сборник научных трудов «Машинное проектирование устройств и систем СВЧ». М.: МИРЭА, 1977. 127-158.
  32. Сестрорецкий Б.В. Балансные RLC и Rτ схемы элементарного объема пространства // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1983. Вып. 5. 56-85.
  33. Сестрорецкий Б.В., Петров А.С., Иванов С.А., Климов К.Н., Королев С.А., Фастович С.В. Анализ электромагнитных процессов на основе RLC и Rτ сеток. М.: МГИЭМ, 2000.
  34. Карцев И.Ю. Метод импедансно-сеточной функции Грина для решения двумерных задач дифракции: Дисс. … канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1991.
  35. Сестрорецкий Б.В., Карцев И.Ю. Метод импедансно-сеточной функции Грина для решения двумерных задач дифракции // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1991. Вып. 1. 18-26.
  36. Сестрорецкий Б.В., Кустов В.Ю., Шлепнев Ю.О. Анализ СВЧ-микросборок методом информационного многополюсника // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1988. Вып. 12. 26-42.
  37. Hoefer W.J. R. The Transmission Line Matrix (TLM) method // Numerical Techniques for Passive Microwave and Millimeter - Wave Structures. T. Itoh, Ed. New York: Wiley, 1989. Ch. 8. 486-591.
  38. Johns P.B. A new mathematical model to describe the physics of propagation // The Radio and Electronic Eng. 1974. N 44, N 12. 657-665.
  39. Russer P., Bader B. The Alternating Transmission Line Matrix (ATLM) scheme // 1995 MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1995. Vol. I. 19-22.
  40. Иванов С.А., Сестрорецкий Б.В., Середов В.М., Климов К.Н. Новые эффективные 3D алгоритмы электродинамического анализа на основе потоковых сеток // VII Всероссийская школа-семинар «Волновые явления в неоднородных средах». Красновидово, Московская обл. 22-27 мая, 2000. 2. 101-103.
  41. Berenger J.P. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves // J. Comput. Phys. 1994. 114. 185-200.
  42. Berenger J.P. An effective PML for the absorption of evanescent waves in waveguides // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. May 1998. 8, N 5. 188-190.
  43. Fang J., Wu Z. Generalized perfectly matched layer for the absorption of propagating and evanescent waves in lossless and lossy media // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Dec. 1996. 2216-2222.
  44. Сестрорецкий Б.В., Иванов С.А., Климов К.Н. Теория и точность аппарата потоковых сеток во временной области при одночастотном и многочастотном трехмерном электродинамическом анализе // Сб. трудов IV Международной научно-технической конференции «Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи». Воронеж, 1999. 32-40.
  45. Ivanov S.A., Sestroretsky B.V. Dispersion of plane waves in 3D stream type grids // Proceedings of 1998 International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET’98). Kharkov, June 2-5, 1998. 2. 600-602.
  46. Nielsen J.S., Hoefer W.J. R. Generalized dispersion analysis and spurious modes of 2-D and 3-D TLM formulations // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Aug. 1993. 1375-1384.
  47. Сестрорецкий Б.В., Азюкин А.В., Дризе М.А., Иванов С.А., Климов К.Н. Электродинамическое моделирование и испытание опытных образцов широкополосных двух- и четырeхпортовых трактов наземных антенн Ku и C диапазонов для перспективных спутников связи // Сб. трудов IV Международной научно-технической конференции «Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи». Воронеж, 1999. 278-291.
  48. Сестрорецкий Б.В., Пригода Б.А., Иванов С.А. Широкополосная плоская отражающая антенна с наклонным лучом // Сборник трудов III международной научно-технической конференции «Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи (ICARSM-97)’’. Воронеж, май 1997. 2. 255-263.
  49. Сестрорецкий Б.В., Пригода Б.А., Дризе М.А., Иванов С.А. Электродинамическое исследование однослойной антенны с круговой поляризацией Ка диапазона с отверстиями сложной конфигурации // IХ Международная Крымская микроволновая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 13-16 сентября 1999. 196-198.
  50. Сестрорецкий Б.В., Дорофеев А.В., Савченко А.Н., Дризе М.А., Иванов С.А. Электродинамическое моделирование во временной области двухпортовой плоской антенны C-диапазона круговой поляризации с печатными излучателями // Сб. трудов IV Международной научно-технической конференции «Антенно-фидерные устройства, системы и средства радиосвязи». Воронеж, 1999. 292-295.
  51. Сестрорецкий Б.В., Иванов С.А., Фастович С.В., Петров А.С. Моделирование волноводных устройств с помощью Rτ метода. М.: МГИЭМ, 1999.
  52. Johns P.B. A symmetrical condensed node for the TLM method // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Apr. 1987. 370-377.
  53. Trenkic V. The development and characterization of advanced nodes for the TLM method // Thesis Philosophy Doctor Degree. University Nottingham, UK, 1995.
  54. Sestroretsky B.V., Ivanov S.A. A new 6-parametrical three-dimensional algorithm for 12-port symmetrical condensed node // TLM-99. III International Workshop on TLM Modelling, Theory and Applications. Nitza, France, October 27-29, 1999. 197-200.
  55. Akhtarzad S., Johns P.B. Generalized elements for TLM method of numerical analysis // Proc. IEEE. Dec. 1975. 122. 1349-1352.
  56. Кухаркин Е.С., Сестрорецкий Б.В. Машинные методы расчета в инженерной электрофизике. М.: МЭИ, 1986.
  57. Cестрорецкий Б.В., Климов К.Н., Королев С.А., Петров А.С. Моделирование планарных волноводных устройств с помощью метода импедансных сеток. М.: МГИЭМ, 1999.
  58. Голиус А.Б., Вешникова И.Е., Сестрорецкий Б.В., Чернов И.В. Расчет волнового сопротивления полосковой линии методом импедансного аналога электромагнитного пространства // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». 1976. Вып. 3. 38-47.
  59. Сестрорецкий Б.В., Кустов В.Ю. Эффективный алгоритм анализа плоских волноводных устройств // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1988. Вып. 2. 3-16.
  60. Голиус А.Б., Сестрорецкий Б.В. Алгоритмы вычисления параметров плоских волноводных систем методом ИАЭП // Межвузовский сборник научных трудов «Машинное проектирование устройств и систем СВЧ». М.: МИРЭА, 1978. Вып. 2. 133-146.
  61. Бахрах Л.Д., Ильинский А.С. и др. К 80-летию со дня рождения Б.В. Сестрорецкого // Радиотехника и электроника. 2004. 49, № 3. 380-382.
  62. Писсанецки С. Технология разреженных матриц. М.: Мир, 1988.
  63. Сестрорецкий Б.В., Зиновьев А.В. Электродинамический анализ и оптимизация геометрии Е-плоскостных волноводных устройств // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1988. Вып. 12. 43-50.
  64. Сестрорецкий Б.В., Дризе М.А., Иванов С.А., Климов К.Н. Тракты наземных антенн Ku и C диапазонов для перспективных спутников связи // III Международная конференция «Антенная теория и техника». Севастополь, 8-11 сентября 1999. 528-533.
  65. Иванов С.А., Сестрорецкий Б.В., Дризе М.А. Синтез поляризатора, реализованного на изгибе волновода // Крымская микроволновая конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 8-12 сентября 2003. 55-56.
  66. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В. Дифференциальные уравнения электромагнитных волн во временной области в средах с частотной дисперсией // Радиотехника и электроника. 2001. 46, № 10. 1223-1225.
  67. Hoefer W. The transmission-line matrix method - theory and applications // IEEE Trans., Oct. 1985. 882-893.
  68. Russer P. The Alternating Rotating Transmission Line Matrix (ARTLM) scheme // Electromagnetics. October 1996. N 16 (1). 537-551.
  69. Климов К.Н., Сестрорецкий Б.В. Граничные условия поглощения и возбуждения плоских и собственных волн прямоугольного волновода в планарной Rτ-сетке // Радиотехника и электроника. 2001. 46, № 9. 1048-1058.
  70. Brewitt-Taylor C.R., Johns P.B. On the construction and numerical solution of transmission-line and lumped network models of Maxwell’s equations // Int. J. Numer. Meth. Eng. 1980. 19. 13-30.
  71. Голиус А.Б., Сестрорецкий Б.В. Оценка методических ошибок при расчете плоских волноводных устройств методом ИАЭП // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Общетехническая». 1979. Вып. 3. 43-57.
  72. Digest of the Third International Workshop on Transmission Line Matrix (TLM) // University of Nice-Sophia. Antipolis, France, October 27-29, 1999.