Методика анализа электромагнитной совместимости печатного модуля с помощью эквивалентного дипольного моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Глотов Вадим Валерьевич

• Глотов Вадим Валерьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Глотов Вадим Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР, АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВНУТРИАППРАТУРНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

1.1 Физические основы возникновения, существования и распространения ближнего поля

1.2 Влияние ближнего поля на работу и функционирование радиоэлектронных средств

1.3 Общая постановка задачи совершенствования методического обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств

на внутриаппаратурном уровне

1.4 Технические решения для сбора и анализа данных ближнего поля

1.5 Выводы

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ О ХАРАКТЕРИСТИКАХ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ПЕЧАТНЫХ МОДУЛЕЙ

2.1 Оценка электромагнитных характеристик печатных модулей с помощью эквивалентного моделирования

2.2 Математическая модель конструкций печатных модулей для анализа ближнего поля, основанная на эквивалентном преобразовании

2.3 Методики анализа экспериментальных данных о характеристиках ближнего поля печатных модулей, учитывающая влияние конструктивных элементов радиоэлектронных средств

2.4 Выводы

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СБОРА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ О МАГНИТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ ПЕЧАТНОГО

МОДУЛЯ

3.1 Описание аппаратно-программного комплекса сканирования ближнего электромагнитного поля

3.2 Математическая модель процесса сканирования печатного модуля с адаптивным шагом движения измерительного пробника

3.3 Методики сбора экспериментальных данных о магнитной и электрической составляющей ближнего поля печатного модуля

3.4 Выводы

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ БЛИЖНЕГО ПОЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ПЕЧАТНОГО МОДУЛЯ С

ПОМОЩЬЮ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДИК

4.1 Создание модели тестируемого объекта в программном обеспечении

4.2 Экспериментальное измерение ближнего поля тестируемого объекта

4.3 Сопоставление результатов проведенного эксперимента и моделирования в программном обеспечении

4.4 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Акты внедрения результатов диссертационной работы

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельства о государственной регистрации программ

для ЭВМ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Патент на полезную модель

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика анализа электромагнитной совместимости печатного модуля с помощью эквивалентного дипольного моделирования»

Актуальность темы исследования.

Задача обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) появилась как результат научно-технического прогресса в современной радиотехнике, а также из-за постоянного увеличения общего количества РЭС и, как следствие, попадания РЭС во все области жизнедеятельности человека. Кроме того, на возникновение данной задачи повлияли следующие аспекты: недостаточное количество свободных от помех радиоканалов во всех существующих изученных спектрах; возрастание всеобщего уровня помех; совершенствование функционала и усложнение конструкций РЭС; непрерывное расширение спектра частот, сокращение продолжительности сигнала; концентрация разных типов РЭС в одном месте (авиалайнер, морское судно); миниатюризация РЭС, приводящая к потере энергии полезных сигналов и уменьшению отношения сигнал-помеха.

Обеспечение ЭМС может выполняться на различных функциональных уровнях, это позволяет более эффективно решать определенные типы задач. Одним из таких уровней является внутриаппаратурный - уровень обеспечения ЭМС в пределах одного РЭС. Согласно определению данного уровня, необходимым является рассмотрение вопросов по обеспечению ЭМС на ранних этапах проектирования скоростных высокопроизводительных РЭС, функционирующих на частотах от 900 МГц - 3 ГГц. Поскольку основные помехи создаются протекающими токами, то для оценки ближнего поля на внутриаппаратурном уровне в данной области частот, необходимо уделять внимание магнитной составляющей ближнего поля. Магнитные поля, излучаемые от печатного модуля, возможно воспроизвести только на основе детального 3D моделирования, используя большие вычислительные системы, что в итоге приведет к удорожанию РЭС из-за более трудоемких и времязатратных процедур. В инженерной практике качественно оценить ЭМС на основании существующих математических моделей и методик не представляется возможным из-за

отсутствия в элементной базе параметров, описывающих поведение на высоких частотах. Современная микроэлектроника идет по пути уменьшения рабочих напряжений при одновременном увеличении рабочих токов. Это обусловлено уменьшением норм топологического процесса и микроминиатюризации компонентной базы. Целесообразным представляется использование в совокупности со средствами САПР альтернативных методов, позволяющих упростить исходную задачу, одним из которых является эквивалентное дипольное моделирование. Под эквивалентным дипольным моделированием подразумевается процесс замены реальных происходящих электромагнитных взаимодействий на их описание через элементарные диполи, в полной совокупности дающие адекватное представление процессов. В свою очередь под диполем подразумевается простая для рассмотрения структура, создающая магнитное взаимодействие эквивалентное фрагменту рассматриваемой конструкции печатного модуля.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости совершенствования существующих и разработки новых методик анализа ближнего поля конструкций печатного модуля с помощью подходов эквивалентного дипольного моделирования.

Степень научной разработанности.

Значительный вклад в изучение и практическое исследования вопросов внутриаппаратурной электромагнитной совместимости внесли отечественные ученые и разработчики: Кечиев Л.Н., Зернов Н.В., Чернушенко А.М., Быховский М.А., Васехо Н.В., Волков Ю.В., Жильцов А.У., Носов В.И., Севостьянов С.В., Сорокин А.С., Сухоруков С.А., Борисов Ю.П., Лавров А.С., Резников Г.Б., Зинчук В.М., Лимарев А.Е., Кириллов В.Ю., Чермошенцев С.Ф., среди зарубежных исследователей мировую известность получили работы Henry W.Ott., Ricketts L.W.,Bridges J.E., Miletta J., Harrington R.F., Garret H.B., Strong A.W., Barnes J.R , Clayton R.P., Weston D.A., Lee C.Y, Heise E.R. Существуют так же экспериментальные методы исследования ЭМС на внутриаппаратурном уровне, реализуемые с помощью сканеров ближнего электромагнитного поля. Разработка

и исследование данных сканеров ведется фирмами - Noiseken (Япония), Detectus АВ (Швеция) и EMSCAN (Канада).

Применение подходов с использованием эквивалентного дипольного моделирования, реализуемого в программном и методическом обеспечении, позволит провести многократное моделирование и оптимизацию на ранних этапах разработки РЭС.

Цель и задачи исследования.

Цель - разработка и совершенствование методик анализа ближнего поля конструкций печатных модулей для обеспечения внутриаппаратурной электромагнитной совместимости с помощью эквивалентного дипольного моделирования. Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

- провести оценку современного состояния исследований в области внутриаппаратурной электромагнитной совместимости РЭС;

- провести совершенствование математического обеспечения для описания процессов в ближнем магнитном поле путем применения математических моделей эквивалентного дипольного моделирования;

- разработать методику анализа данных, описывающую ближнее магнитное поле печатного модуля, отличающуюся применением дипольной математической модели;

- провести совершенствование алгоритма процесса сканирования печатного модуля с адаптивным шагом перемещения, отличающегося применением коэффициента шага, учитывающего градиент ближнего магнитного поля;

- разработать методику сбора данных о магнитной составляющей ближнего поля конструкций печатных модулей, адаптированную для специализированных технических средств;

- провести экспериментальное исследование предложенных методик с использованием сканера ближнего поля и сравнить полученные результаты с данными моделирования в специализированном САПР.

Научная новизна результатов исследования.

В данной диссертационной работе получены следующие результаты, характеризуемые научной новизной:

- математическая модель магнитной составляющей ближнего поля конструкций печатных модулей, отличающаяся использованием эквивалентного дипольного преобразования;

- методика анализа данных для описания ближнего магнитного поля печатного модуля, отличающаяся применением дипольной математической модели;

- алгоритм процесса сканирования печатного модуля с адаптивным шагом перемещения, отличающийся применением коэффициента шага, учитывающего градиент ближнего магнитного поля;

- методика сбора экспериментальных данных, описывающая магнитную составляющую ближнего поля печатного модуля, которая отличается применением градиентной математической модели для определения адаптивного шага перемещения.

Теоретическая значимость результатов диссертации.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке и совершенствовании методик анализа ближнего поля печатного модуля для обеспечения внутриаппаратурной ЭМС конструкции печатного модуля с помощью эквивалентного дипольного моделирования.

Практическая значимость результатов диссертации.

Практическая часть работы состоит в том, что предложенные в работе методики обеспечивают сокращение сроков и уменьшают вычислительные ресурсы при разработке РЭС. Основные результаты работы в виде моделей и методик внедрены на предприятиях: АО «НИИЭТ», АО НВП «Протек», а также в учебный процесс ФГБОУ ВО «ВГТУ» для подготовки магистров по направлению 11.04.03 Конструирование и технология электронных средств (профиль «Автоматизированное проектирование и технология радиоэлектронных средств специального назначения» и 12.04.01 Приборостроение (профиль

«Автоматизированное проектирование приборов и комплексов»). По результатам выполнения диссертационного исследования было получено четыре Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ - №2018618333 «Программа расчета зон приема сигнала с учетом помеховой обстановки», №2018612831 «Программа сканера ближнего электромагнитного поля», №2019612102 «Программа для анализа ближнего электромагнитного поля печатных плат», № 2022611295 «Программа для анализа ближнего электромагнитного поля на внутриаппаратурном уровне». На устройство и предложенный в работе способ получен патент на полезную модель №189820 «Сканер ближнего электрического поля для двухсторонних и многослойных печатных плат».

Диссертационное исследование было выполнено в ФГБОУ ВО «ВГТУ» в рамках одного из основных научных направлений - «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации» при разработке ГБ НИР 2016.17 «Исследование и разработка перспективных методов проектирования радиоэлектронных средств на основе комплексного моделирования и оптимизации» и ГБ 2019.17 «Исследование и разработка методов комплексного анализа и оптимального синтеза на этапах функционального и конструкторского проектирования РЭС». Диссертационное исследование соответствует следующим пунктам области исследования паспорта специальности 2.2.13 «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»: п.7 «Разработка и исследование методов обеспечения электромагнитной совместимости радиотехнических систем и устройств, включая радиосистемы телевидения и связи, методов разрушения и защиты информации в этих системах» и п.16. «Разработка научных и технических основ проектирования, конструирования, технологии производства, испытания, и сертификации радиотехнических устройств и систем, включая черно-белые, цветные, спектрозональные, инфракрасные, терагерцовые и многоракурсные телевизионные системы, пассивные и активные системы объемного телевидения, в том числе голографические».

Методология и методы исследования основываются на принципах системного подхода, электродинамики, теории электромагнитной совместимости и помехоустойчивости, теории цепей, методах математической физики, вычислительной математики, математического программирования и оптимизации, математического моделирования и экспериментального исследования, теории автоматизированного проектирования.

Положения, выносимые на защиту

1. Применение эквивалентного дипольного моделирования печатного модуля позволяет упростить задачу моделирования электромагнитных процессов в ближней зоне и учесть влияние конструктивных элементов печатных модулей для обеспечения внутриаппаратурной ЭМС при сохранении требуемой адекватности. Сокращение времени моделирования при таком подходе составляет до 30%, по сравнению с традиционным способом.

2. Сбор данных о параметрах ближнего поля печатного модуля с использованием адаптивного шага сканирующей установки позволяет ускорить процесс сканирования на 35-45% при сохранении точности и полноты получаемых данных.

3. Технические решения, базирующиеся на предложенных подходах, позволили на 10-15% повысить вероятность бессбойной работы слаботочных компонентов передатчиков специальных сигналов (модулей управления и синхронизации, модулей формирования и коммутации специальных сигналов) в условиях воздействия электромагнитных полей, обусловаленных функционированием сильноточных модулей (усилителей и выходных полосовых фильтров), а также на 5-7% процентов сократить трудозатраты на проектирование печатных модулей.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов базируется на совпадении полученных результатов с выводами и заключением других исследователей и внедрение их в производственный процесс профильных предприятий, а также согласование результатов моделирования и проведенных экспериментов.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- 18-ой Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники». 2015 г., г.Красноярск;

- 18-ой Международной научно-технической конференции «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникации». 2015 г., г.Рязань;

- Международной научно-практической конференции «Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн» в период с 2015 по 2018 г.г., г.Тамбов;

- 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости». 2016 г., г.Москва;

- Международной молодежной научной конференции «Физика. Технологии. Инновации ФТИ» в период с 2017 по 2021 г.г., г.Екатеринбург;

-14-ой Международной научно-практической конференции «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии». 2017 г., г.Сочи;

- Международной научно-практической конференции «Альтернативная и интеллектуальная энергетика». 2018 г., г.Воронеж.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликована 31 научная работа, из них 9 статей в ведущих рецензируемых научных журналах из Перечня ВАК, 4 статьи, индексируемые в базе данных Scopus, 4 зарегистрированных программы для ЭВМ и один патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающий 91 источник. Основная часть работы изложена на 110 страницах, содержит 32 рисунка и 20 таблиц.

В первой главе представлена общая постановка вопросов, исследуемых в диссертационной работе. При анализе ЭМИ большое значение имеет

представление о ближнем и дальнем электромагнитном поле. Проведен анализ существующего методического обеспечения решения задач ЭМС. На современном этапе решения задач обеспечения ЭМС выделяют четыре укрупненных уровня: межсистемный уровень - решение задач ЭМС осуществляется в рамках нескольких радиоэлектронных комплексов; внутрисистемный уровень - ЭМС выполняется для одного радиоэлектронного комплекса; внутриаппаратурный уровень - осуществляется обеспечение ЭМС для нескольких печатных модулей, а именно электромагнитные и кондуктивные связи между ними и входящие в них ЭРЭ; внутрикомпонентный уровень - решение задач ЭМС осуществляется во внутренней компоновке микроэлектронных устройств, в том числе типа «система в корпусе» и «система на кристалле».

В данной диссертационной работе, в соответствие с поставленной целью и задачами исследования, рассматривается внутриаппаратурной уровень обеспечения ЭМС. Одной из особенностей решения задач обеспечения ЭМС является уход от традиционного субъективного подхода конкретного инженера к внедрению объективных методов оценки и предлагаемых способов обеспечения внутриаппаратурной ЭМС.

В второй главе предложена методика эквивалентного моделирования, где исходная ПМ преобразуется в эквивалентное описание через диполь-диэлектрик-проводящую плоскость (ДДПП). Предлагаемый подход через эквивалентное моделирование с достаточной степенью адекватности позволяет смоделировать подобное влияние. Для проведения подобного моделирования представлена математическая модель, описывающая исходный ПМ через представление ДДПП. Для получения окончательной картины распределения ближнего электромагнитного поля предложена методика анализа данных ближнего поля конструкций печатного модуля, реализованная на основе математической модели эквивалентного моделирования ближнего поля. Результатом выполнения данной методики являются градиентные карты интенсивности магнитной составляющей, что позволяет разработчику определить критические зоны, в наибольшей степени влияющие на помехоустойчивость устройства и на его восприимчивость к

Во третьей главе представлена структура аппаратно-программного комплекса сканирования ближнего электромагнитного поля, описано назначение основных элементов, их взаимосвязь, взаимодействие. В качестве структуры реализована планарная схема реализации сканера ближнего поля. Предложены конструкции соответствующих пробников, описана их принципиальная структура и способы практического применения, а так же их основные технические параметры. Для реализации адаптивного шага продемонстрирована соответствующая математическая модель. На основе предложенного аппаратно -программного комплекса и представленной математической модели реализована методика сбора данных магнитной и электрической составляющей ближнего поля печатных модулей. Результатом работы данной методики являются массивы данных, содержащие информацию о величине электрической и магнитной составляющей в разных точках ПМ на различных высотах.

В четвертой главе проанализированы представленные результаты моделирования тестового ПМ, полученной в ПО, и экспериментальные данные, полученные с аппаратно-программного комплекса сканирования ближнего электромагнитного поля и обработанные предложенной методикой анализа данных ближнего поля конструкций печатного модуля, по которой можно сделать вывод, что предложенная математическая модель анализа ближнего электромагнитного поля, основанная на подходах эквивалентного преобразования ДДПП, с достаточной степенью адекватности описывает поведение реальной конструкции ПМ и может быть использована для прогнозирования вероятности прохождения предсертификационных испытаний.

В заключении представлены основные результаты диссертационного исследования.

В приложении приведены документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационного исследования, а так же копии патента на полезную модель и свидетельств о регистрации программ для электронно-вычислительной машины (ЭВМ).

1 ОБЗОР, АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ВНУТРИАППРАТУРНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

1.1 Физические основы возникновения, существования и распространения ближнего поля

При анализе основных характеристик ЭМС используются такие термины, как - электрическое поле, магнитное поле и электромагнитное поле. Первое создается электрическими зарядами, а второе создается при движении по проводнику электрических зарядов.

На рисунке 1.1а изображено магнитное поле, которое характеризуется напряженностью магнитного поля и измеряется в А/м.

На рисунке 1.1б изображено электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля, к которой применяется единица измерения

На рисунке 1.1в изображено электромагнитное поле, которое является результатом взаимодействия электрического поля (Е) и магнитного поля (Н).

Так же при измерении сверхнизких и крайне низких частот часто применяется термин магнитная индукция, единица измерения которой является Тесла [4,10].

а)

в)

Рисунок 1.1 - Изображение полей: а) магнитное поле б) электрическое поле

в) электромагнитное поле

По существующему определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, с помощью которой осуществляется взаимодействие между электрическими заряженными частицами [13, 25]. Физические основания существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле (Е) порождает магнитное поле (Н), а изменяющееся магнитное поле - вихревое электрическое поле. Основными параметрами электромагнитного поля являются - длина волны (X) и частота (1).

При рассмотрении вопросов ЭМИ основным показателем является зона, в

которой происходят данные излучения. На рисунке 1.2 представлено графическое изображение ближней и дальней зоны, зависящее от расстояния до источника.

На расстоянии от источника, излучающего помехи, равном г < 1 - является ближняя зона, в которой присутствуют две составляющие: магнитная (Н) и электрическая (Е) индукция. Дальнее поле имеет расстояние от излучающего источника - г> 2, тут электрическая и магнитная составляющие сформировались в плоскую волну.

ОД 0,2 [),3 1 2 3

Рисунок 1.2 - Распределение ближней и дальней зоны

Волновое сопротивление - это величина, характеризующая отношение амплитуды напряжённости магнитного и электрического поля в вакууме, и она равна 7= 377 Ом:

р = д0 • с = 119,9169832 ■ пГн/м ■ м/с ~ 120 ■ п ■ Ом(1.1)

£0

Так при правильной постановке систем уравнений из нее должны вытекать все свойства электромагнитного поля - как изученные, так и не изученные.

Подобным способом, концепция ключевых уравнений предполагает собою, по сути, точную формулировку ключевых постулатов либо «аксиом» традиционной электродинамики, исполняющих в ней ту же значимость, которую в традиционной механике представляют истины Ньютона[28,30]. При исследовании ЭМС на внутриаппаратурном уровне были применены следующие постулаты:

- все тела в поле - неподвижны;

- величина, отражающая свойства среды в каждой точке поля, остается неизменной (то есть не изменяется со временем и не зависит от напряженности поля);

- постоянные магниты и ферромагнетики в поле отсутствуют.

Так же при изучении ближнего поля конструкций РЭС на внутриаппаратурном уровне ЭМС были исключены тепловые параметры -выделение и поглощение тепла при поляризации и намагничивании среды.

В середине 19 века Д. Максвеллом было получено четыре дифференциальных уравнения для описания электромагнитного поля в вакууме.

Основным уравнением Максвелла считается уравнение, определяющее отношение вихря магнитного поля от плотности токов проводимости и токов смещения:

тт dD I 4-п . rotH = —• -+— j (1.2)

dt c с J v y

где H — напряжённость магнитного поля (A/m);D — электрическая индукция (Кл/м2); B — магнитная индукция (Тл); rot — дифференциальный оператор ротора.

Вторым основным уравнением считается закон индукции электрического поля при изменении магнитного поля:

где E — напряжённость электрического поля (В/м).

При добавлении добавочных функций в основные уравнения Максвелла появляются дополнительные уравнения электромагнитного поля.

Также уравнения 1.2 и 1.3 дают начальные условия при интегрировании. Приравнивая данную функцию к нулю во всех точках электромагнитного поля, получим 3-е основное уравнение Максвелла:

ЮЕ = --■ — (1.4)

где В — магнитная индукция (Тл).

Получившуюся дивергенцию от уравнения 1.2 прировняли к нулю, изменив порядок дифференцирования по пространственным координатам и по времени, получив:

4 ■ п- div + — = 0 (1.5)

аг

где div — дифференциальный оператор дивергенции.

Если обозначить через формулу:

divD = 4 ■ п р (1.6)

где р - плотность электрического заряда(Кл/м3); ] - плотность электрического тока(А/м2);

Предшествующее уравнение примет вид:

= - £ (1.7)

Полученное выражение можно определить как плотность электрических зарядов, так как оно эквивалентно закону сохранения электричества.

Согласно фарадей-максвелловой теории об электрических зарядах, которые находятся внутри непроводящей замкнутой среды [23,38] - заряды не изменяются во времени, так как представляют собой «узлы» силовых линий поля.

В формуле 1.8 показаны соотношения основных параметров электромагнитного поля, которые являются так же дополнениями к уравнениям Максвелла.

D = е - E, B = ^ ■ ^ ] = X ■ (E + ЕСТР) (1.8)

Концепция уравнений электромагнитного поля получит основное физическое содержание только когда будет явно отмечено, в каких проявлениях, доступных экспериментальным путем либо наблюдением, проявляется существование электромагнитного поля. Основываясь на основном принципе сохранения энергии, мы делаем вывод, что возникновение или исчезновение любых форм энергии, происходит за счет преобразования энергии электромагнитного поля.

В теории Максвелла описывается определенная зависимость полученной энергии от напряженности поля следующим образом:

W=—fD •E•dV = —(В •H•dV (1.9)

8 "Л" 8 "Я"

При совокупности всех уравнений получается определенный физический смысл, доступный к проверке экспериментальным путем [8].

Для точного определения напряженности поля по заданным условиям и удовлетворения слагающих электромагнитных векторов, необходимо ввести в полученную систему граничные условия [21, 35].

Введя граничные условия, необходимо учитывать такие факторы: плотность тока всюду оставалась одинаковой; смежные среды с различными значениями величин переходным слоем конечной толщины, в которой значения этих величин изменялись непрерывно. Чтобы полученные граничные условия были справедливы, необходимо толщину переходных слоев приравнивать к нулю. По итогам введения ограничений было получено два граничных условия:

divB= В2п - Вш = 0, (1.10)

divD= D2n- Dln= 4 • п • а, (1.11)

Из уравнения непрерывности, являющегося следствием, получим аналогичным путем:

(Ха

^ = ]2п- .¡1п= - — (112)

Это совпадает с уравнением (1.7). В формулах 1.13 и 1.14 представлены полученные граничные условия:

4-л:

шШ= [п • (Н - Н) = — (1.13)

rotE= [ п(Е 2-Е1) ] = 0 (1.14)

Полученные условия совпадают с уравнениями (1.1) и (1.2), значит:

Е* = Ей, (1.15)

где Е - направление, касательное к поверхности разрыва. При отсутствии поверхностных электрических токов уравнение может быть записано:

Принимая во внимания граничные условия, помимо основных условий на поверхностях разрыва, а так же решения дифференциальных уравнений, определяется по начальным условиям, когда функция от времени находится в точках одной области [22, 32, 87]. Разработанная Д. Максвеллом системы уравнений со всеми ограничениями есть полная система, с помощью которой можно рассчитать электромагнитное поле в любой точке зоны по заданным граничным условиям.

1.2 Влияние ближнего поля на работу и функционирование радиоэлектронных средств

По существующему определению, ЭМС - это способность РЭС в полной мере функционировать в заданной ЭМО и не создавать ЭМП другим РЭС [9, 26,]. При этом под РЭС существующий ГОСТ [53] подразумевает любое электротехническое, электронное и радиоэлектронное изделие, а также любое изделие, содержащее электрические и/или электронные составные части. Этот же ГОСТ дает определение ЭМП РЭС как способность сохранять заданное качество функционирования при воздействии на него внешних помех с регламентируемыми значениями параметров [16,18, 86].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Глотов Вадим Валерьевич, 2023 год

"V1. ———— -

АКТ

о внедрении результатов диссертации в учебный процесс Воронежского государственного технического

университета

Наименование диссертации: Методика анализа электромагнитного совместимости печатного модуля с помощью эквивачентного дипольного моделирования

Автор: Глотов Вадим Валерьевич.

Научный руководитель: Ромащенко Михаил Александрович.

Диссертация выполнена в Воронежском государственном техническом университете на кафедре конструирования и производства радиоаппаратуры, в рамках основного научного направления - Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства и системы передачи, приема, обработки и защиты информации.

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в учебный процесс ВГТУ на основании решения кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры от «¿> » 2(Ш г., протокол №//\

1. Вид результатов внедренных в учебный процесс:

- методика анализа данных для описания ближнего магнитного поля печатного модуля, отличающаяся применением дипольной математической модели;

- методика сбора экспериментальных данных, описывающая магнитную составляющую ближнего поля печатного модуля, которая отличается применением градиентной математической модели для определения адаптивного шага перемещения.

2. Область применения:

- лекционные, лабораторные и практические занятия, а так же курсовое проектирование по дисциплине «Основы конструирования электронных средств» направления подготовки 11.04.03 Конструирование и технология электронных средств (профиль «Автоматизированное проектирование и технология радиоэлектронных средств специального назначения»

- лекционные, лабораторные и практические занятия, а так же курсовое проектирование по дисциплине «Основы конструирования электронных средств» направления подготовки 12.04.01 Приборостроение (профиль «Автоматизированное проектирование приборов и комплексов»

3. Форма внедрения:

- методические указания по лабораторным работам;

- методические указания по практическим занятиям.

4. Основные публикации по теме диссертации:

- Vadim Valerievich Glotov, Mikhail Aleksandrovich Romashchenko, Oleg Yurievich Makarov and Aleksandr Vasilievich Muratov «Methods for Determination of Near Electromagnetic Field» / International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-4562 Volume 11, Number 18 (2016) pp. 9519-9525 (SCOPUS);

-B.B. Глотов, M.A. Ромащенко «Методика оценки ближнего электромагнитного поля методом эквивалентной модели» / Вестник Воронежского государственного технического университета.-2016, Том 12, №4, (стр.44-47);

- Глотов В.В., Ромащенко М.А., Белецкая С.Ю. «11роцедура моделирования ближнего электромагнитного поля печатных плат в задачах обеспечения электромагнитной совместимости» / Радиотехника М. Издательство «Радиотехника» № 6 2016 г. (стр. 15-18);

- Глотов В.В., Ромащенко М.А. «Моделирование печатной платы для проверки на электромагнитную совместимость в EMCOS PCB VLAB» / Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн. Материалы II Международной научно-практической конференции. - Т. Издательство ФГБОУ BI10 «ТГТУ» 2015, Том 2, стр. 149-152;

- Глотов В.В. «Моделирование карты распределения электромагнитного поля в EMCoS PCB VLaB» / Технологии, измерения и испытания в области

электромагнитной совместимости / Труды третьей всероссийской научно-технической конференции. - М.: Грифон 2016 (стр. 88-90).

6. Эффект от внедрения: повышение качества образования, достигаемое за счет новых знаний в области теории электромагнитной совместимости и помехоустойчивости технических средств; получения профессиональных компетенций в области новых методов проектирования конструкций, навыков решения задач обеспечения электромагнитной совместимости и помехоустойчивости при проектировании перспективных РЭС.

И.о.

ораяо-учебной работе А.И. Колосов 2022 г.

лр^пы факультета ФРТЭ В.А. Небольсин 2022 г.

Заведующий кафедрой КИПР _ A.B. Башкиров

« (4- » 2022 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

ДВУХСТОРОННИХ И МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ

Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный техническийуниверситет " (ВГТУ) (Я и)

Авторы: Ромащенко Михаил Александрович (ЯП), Василъченко Дмитрий Владимирович (Я11), Неклюдов Андрей Львович (ЯП), Глотов Вадим Валерьевич (Яи), Глотова Татьяна Сергеевна (Я11)

Дата государственной регистрации в Государственном реестре полезных

Срок действия исключительного права на полезную модель истекает 26 марта 2029 г.

на полезную модель

№ 189820

СКАНЕР БЛИЖНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ

ПЛАТ

Заявка № 2019108722

Приоритет полезной модели 26 марта 2019 г.

моделей Российской Федерации 05 ИЮНЯ 2019 Г.

Руководитель Федеральной службы

по интеллектуальной собственности

Г.П. Ивлиев

ъзтшштшшшшшшшшшшшшшшшш&шшшшшшшшшшш