doi: 10.52899/24141437_2025_03_407
УДК: 537.242

Компьютерное моделирование воздействия электростатического разряда в частотной области

Низкий Р. Я. Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Низкий Р.Я. Компьютерное моделирование воздействия электростатического разряда в частотной области // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 3. С. 407–412. DOI: 10.52899/24141437_2025_03_407 EDN: BGRVLZ

Аннотация

Актуальность. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания средств компьютерного моделирования, позволяющих оценивать результат воздействия электромагнитных помех на блоки аппаратуры на стадии проектирования. Цель работы. Установить возможность применения вычислительных методов частотной области для моделирования переходных процессов, возникающих при воздействии электростатического разряда на блоки аппаратуры. Материалы и методы. В работе предлагается для моделирования стандартизованных воздействий электростатических разрядов на блоки аппаратуры использовать метод поверхностных интегральных уравнений в частотной области. Для этого к стандартизованному току разряда применяется быстрое преобразование Фурье и методами частотной области моделируется воздействие сосредоточенного источника гармонического тока для ряда частот. Для каждой частоты определяется коэффициент преобразования воздействия в помеху. Временные зависимости наведенных электростатическим разрядом напряжений и токов получаются в результате обратного быстрого преобразования Фурье, примененного к произведению спектра тока разряда и соответствующего коэффициента преобразования. Результаты. Результаты, полученные с помощью методов частотной области и методов временной области, совпадают с достаточной для практических расчетов точностью. При этом воздействие каждой частотной составляющей анализируется независимо, что допускает высокую степень параллелизации вычислений, в то время как расчет методами временной области требует завершения расчетов для предшествующих моментов времени. Требования к раз- меру элементов расчетной сетки определяются длиной волны на максимальной учитываемой частоте. Заключение. В работе показана принципиальная возможность использования методов частотной области для моделирования импульсных электромагнитных воздействий, таких как воздействие электростатического разряда. Частотные зависимости коэффициентов преобразования и спектральной плотности помех предоставляют дополнительную информацию о связи уровней помех с геометрией блоков аппаратуры и о возможных путях их снижения. Ключевые слова: электростатический разряд; компьютерное моделирование; поверхностные интегральные урав- нения; численные методы частотной области; электромагнитная совместимость; спектральная плотность; быстрое преобразование Фурье.

Список литературы

1. ГОСТ 30804.4.2-2013 (IEC 61000-4-2:2008). Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2014.
2. IEC 61000-4-2:2008 Electromagnetic compatibility (EMC) — Part 4-2: Testing and measurement techniques — Electrostatic discharge immunity test. Geneve: IEC, 2008.
3. Hosseinbeig A., Izadi O.H., Solanki S., et al. Methodology for analyzing ESD-induced soft failure using full-wave simulation and measurement // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2018. Vol. 61, N. 1. P. 11–19. doi: 10.1109/TEMC.2017.2787721
4. Yang L., Yang C., Tu Y., et al. Field-circuit co-simulation method for electrostatic discharge investigation in electronic products // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 33512-33521. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3061125 EDN: LWPSTC
5. Teixeira F.L., Sarris C., Zhang Y., et al. Finite-difference timedomain methods // Nature Reviews Methods Primers. 2023. Vol. 3, N. 1. doi: 10.1038/s43586-023-00257-4 EDN: JVNGOE
6. Angeli M., Cardelli F. Numerical modeling of electromagnetic fields generated by electrostatic discharges // IEEE Transactions on Magnetics. 1997. Vol. 33, N. 2. P. 2199–2202. doi: 10.1109/20.582769
7. Electrostatic Discharge (ESD) Test of a PCB. 2023. [internet] Дата обращения: 11.05.2025. Режим доступа: https://www.comsol.com/model/ electrostatic-discharge-esd-test-of-a-pcb-109291.
8. Fu H.-Z., Xie Y.-J., Zhang J. Analysis of corona discharge interference on antennas on composite airplanes // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2008. Vol. 50, N. 4. P. 822-827. doi: 10.1109/TEMC.2008.2004598
9. Rao S., Wilton D., Glisson A. Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. Vol. 30, N. 3. P. 409–418. doi: 10.1109/TAP.1982.1142818
10. Гримальский О.В., Лаповок А.Я. Устранение низкочастотной неустойчивости в вычислительных моделях электромагнитного поля оболочек и проводников // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2006. №. 4. С. 26–39. EDN: HULFBZ
11. Lapovok A., Nizkiy R., Shikhov I., Grimalski O. Selection of basis functions for volume-surface integral equation using spanning tree. In: 2014 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI). IEEE, 2014. P. 2138-2139. doi: 10.1109/APS.2014.6905396 EDN: UFBNXH
12. Liu J., Li Z., Su J., Song J. On the volume-surface integral equation for scattering from arbitrary shaped composite PEC and inhomogeneous bi-isotropic objects // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 85594–85603. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2923650