probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-22-4-54-63probener-1407Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИКАELECTRICAL ENGINEERINGИсследование напряжения в линейно нагруженной электрической сети, образованного плоской электромагнитной волнойInvestigation of the plane wave coupling to a linearly loaded transmission line networkГалеевЛ. М.GaleevL. M.

Галеев Линар Маратович – аспирант

Казань

Linar M. Galeev

Kazan

galeev.linar93@gmail.comКазанский Национальный Исследовательский Технический Университет им. А. Н. Туполева – КАИРоссияKazan National Research Technical Universitynamed after A. N. Tupolev– KAIRussian Federation2020141120202245463Copyright © Галеев Л.М., 20202020Галеев Л.М.Galeev L.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1407

Статья посвящена комплексному исследованию влияния электромагнитного поля, образованного плоской волной, определенной функцией времени, направлением падения и поляризации, с линейно нагруженной электрической сетью, состоящей из трех проводников различной длины, соединѐнных в центре. Линейная нагрузка представляет собой резисторы номиналом 50 Ом, подключенные ко всем концам электрической сети. Сеть моделируется на ЭВМ и экспериментально исследуется в гигагерцовой поперечной электромагнитной GTEM камере, позволяющей создать электромагнитное поле известного направления. Наведенное напряжение в электрической сети исследуется в частотной и временной областях. Для проведения эксперимента в частотной области как для создания электромагнитного поля внутри GTEM камеры, так и для измерения наведенного напряжения на концах электрической сети, использовался векторный анализатор электрических цепей VNA. Для проведения эксперимента во временной области при создании электромагнитного поля использовался высоковольтный генератор напряжения, а при измерении наведенных напряжений стробирующий осциллограф. Моделирование выполнено в программных комплексах LTspice – инструменте для расчѐтов электрических и электронных цепей, и Matlab. Оно также проверено на соответствие с результатами эксперимента. На основе полученных результатов автору удалось выделить основные аспекты, которые могут быть полезны при моделировании и прогнозировании электромагнитных процессов возникающих в проводниках и системах электропитания и/или передачи данных, нагруженных на линейную нагрузку.

The article is concerned with a complex investigation of the influence of the plane wave coupling with a certain function of time, incident direction and polarization to a linearly loaded transmission line network comprised of three single-wire conductors with different lengths connected in the center. Line load is represented as 50 Ω resistors connected to all terminations of the transmission line network. The exemplary network was modeled on a computer and experimentally investigated in a gigahertz transverse electromagnetic GTEM cell, which allows creating an electromagnetic field of a certain direction. The coupled voltage at the terminals of the network was investigated in the frequency and time domains. To conduct an experiment in the frequency domain, both to create an electromagnetic field inside the GTEM camera and to measure the induced voltage at the terminations of the network, a vector network analyzer VNA was used. To conduct an experiment in the time domain for the sake of creating an electromagnetic field, a high-voltage voltage generator was used, whereas a strobing oscilloscope was used to measure the induced voltages. The simulation was performed in the LTspice software - a tool for calculating electrical and electronic circuits, and Matlab. It is also examined to show the compliance with the experimental results. On the basis of obtained results, the author was able to identify the main aspects that may be useful in modeling and predicting the electromagnetic processes occurring in linearly loaded conductors, power supply and / or data transmission systems.

электрическая сетьплоская электромагнитная волнанаведѐнное напряжениемоделированиеэкспериментtransmission line networkplane wavecoupled voltagemodellingexperimentReferencesPerez R., Ed. Handbook of Electromagnetic Compatibility // 1st ed. London: Academic Press, Jan. 1995.Perez R, Ed. Handbook of Electromagnetic Compatibility.1st ed. London: Academic Press, Jan. 1995.King R. W. P. Transmission-Line Theory // New York: McGraw-Hill Book Company, 1955.King RWP. Transmission-Line Theory. New York: McGraw-Hill Book Company, 1955.Warne SLK. Campione, Coasts R.S. Plane Wave Coupling to a Transmission Line Above Ground with Terminating Loads. Advanced Electromagnetics. 2019. V. 8(1). pp. 82-90.Warne SLK. Campione, Coasts R.S. Plane Wave Coupling to a Transmission Line Above Ground with Terminating Loads. Advanced Electromagnetics. 2019;8(1):82-90.Гайнутдинов Р.Р., Чермошенцев С.Ф. Электромагнитная совместимость перспективных авиационных комплексов // Технологии ЭМС. 2018. № 2(65). C. 62-78,Gaynutdinov RR, Chermoshentsev SF. Electromagnetic compatibility of perspective aviation complexes. Technologies of electromagnetic compatibility. 2018;2(65):62-78.Гизатуллин З.М., Гизатуллин Р.М., Зиатдинов И.Н., и др. Моделирование электромагнитных полей линий электропередач на основе теории масштабного эксперимента // Современные инновации в науке и технике: сб. науч. труд. Междунар. науч.-практ. конф. Курск: ЗАО «Университетская книга», 2014. С. 269-272.Gizatullin ZM, Gizatullin RM, Ziatdinov IN, et al. Modeling of electromagnetic fields of transmission lines based on the theory of a large-scale experiment. Modern Innovations in Science and Technology Symposium. Kursk. 2014. pp. 269-272.Гизатуллин З.М., Гизатуллин Р.М., Нуриев М.Г. Математические модели для физического моделирования задач электромагнитной совместимости // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2015. № 1-2. С. 115-122.Gizatullin ZM, Gizatullin RM, Nuriev MG. Mathematical models for physical modeling problems of electromagnetic compatibility. Power engineering: research, equipment, technology. 2015;(1-2):115-122. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2015-0-1-2-115-122.Гизатуллин Р.М. Сквозное прогнозирование помехоустойчивости вычислительной техники внутри зданий при кондуктивных электромагнитных воздействиях по сети питания // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2012. №5-6. С. 45-53.Gizatullin RM. End-to-end prediction of noise immunity of computer equipment inside buildings with conductive electromagnetic effects on the power supply network. Power engineering: research, equipment, technology. 2012. pp.45-53.Paul C.R., Analysis of Multiconductor Transmission Lines // 2nd ed., ser. IEEE Press. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2008.Paul CR., Analysis of Multiconductor Transmission Lines, 2nd ed., ser. IEEE Press. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2008.Agrawal A.K., Price H.J and Gurbaxani S.H. Transient response of multiconductor transmission lines excited by a nonuni form electromagnetic field. // IEEETrans. Electromagn. Compat.V. 22. № 2. pp. 119-129.Agrawal AK, Price HJ and Gurbaxani SH. Transient response of multiconductor transmission lines excited by a nonuniform electromagnetic field. IEEE Trans. Electromagn. Compat.1980;22(2):119–129.Engelhardt M., LTspice XVII, Analog Devices // Norwood, MA, USA, 2019, https://www.analog.com/en/design-center/designtools-and-alculators/ltspice-simulator.html.Engelhardt M, LTspice. XVII. Analog Devices. Norwood, MA, USA, 2019, https://www.analog.com/en/design-center/designtools-and-alculators/ltspice-simulator.html.Xie H., Wang J., Fan R., et al. Application of a SPICE model for multiconductor transmission lines in electromagnetic topology // Progress In Electromagnetics Research Symposium, PIERS, vol. 20, Cambridge, USA, Jul. 2008, pp. 237-241.Xie H, Wang J, Fan R, et al. Application of a SPICE model for multiconductor transmission lines in electromagnetic topology. In Progress In Electromagnetics Research Symposium, PIERS. Cambridge, USA, Jul. 2008;20:237–241Kotwal P., Verma G., Katti P.K. Modelling and Analysis of Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode (GTEM) Cell // 2019 International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES), July 2019.Kotwal P, Verma G, Katti PK. Modelling and Analysis of Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode (GTEM) Cell. 2019 International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES), July 2019.Test Equity. Rohde and Schwarz ZNLE3, ZNLE6 Vector Network Analyzers // 13 August 2018. https://www.testequity.com/products/34631/.Test Equity. Rohde and Schwarz ZNLE3, ZNLE6 Vector Network Analyzers, 13 August 2018. https://www.testequity.com/products/34631/.Лютаев С. Методы испытаний кабельных жгутов на электромагнитную совместимость // СВЧ- электроника. 2017. №2. C. 64-67Lytaev S. EMC cable harness test methods. Microwave electronics. 2017; 2:64-67.Wuytsand D I., De Zutter. Circuit model for plane-wave incidence for multiconductor transmission lines // IEEE Trans. Electromagn. Compat. V. 36. № 3. pp. 206-212.Wuyts I and Zutter DDe. Circuit model for plane-wave incidence formulticonductor transmission lines. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 1994;36(3):206–212.Microwaves 101. S-parameters, 28 June 2017 https://www.microwaves101.com/encyclopedias/s-parameters.Microwaves 101. S-parameters, 28 June 2017. https://www.microwaves101.com/encyclopedias/sparameters

The authors declare that there are no conflicts of interest present.