Transmission lines refer to a variety of electrical structures that transfer information or energy typically in the form of carrying electromagnetic waves. Examples of transmission lines include coaxial cables, telephone wires, microstrips, and optical fibers. Understanding the transmission and distribution of the electromagnetic waves across the line is critical for matching the load with the generator to deliver the energy or information with minimum losses. The flow of electromagnetic waves across the line is described based on the voltage and current using Partial Differential Equations (PDEs). In this paper we apply the Central Space Central Time (CSCT) finite difference numerical method to solve the transmission line PDEs. We present the numerical solution of the waveforms and compare it with the analytical solution to evaluate the accuracy of this numerical method in solving the transmission line problem. It is found that the numerical solution of the voltage waveform is very near the analytical result with small error margin. However, while the numerical solution of the current shows the same waveform as the analytical one, there is some quite significant error in the magnitude. The error is found to result from the fact that the waveform of the numerical solution has some phase shift from that of the analytical solution. Adjusting the phase shift of the current waveform results in having good agreement between numerical and analytical results.
Transmission line PDEs CSCT finite difference numerical analysis stability analysis electromagnetic waveform.
Qatar National Research Fund
GSRA8-L-2-0523-21052
İletim hatları, tipik olarak elektromanyetik dalgalar taşıma biçiminde bilgi veya enerji aktaran çeşitli elektrik yapılarını ifade eder. İletim hatlarına örnek olarak koaksiyel kablolar, telefon kabloları, mikro şeritler ve optik fiberler verilebilir. Elektromanyetik dalgaların hat boyunca iletimini ve dağıtımını anlamak, enerjiyi veya bilgiyi minimum kayıpla iletmek için yükü jeneratörle eşleştirmek için kritik öneme sahiptir. Hat boyunca elektromanyetik dalgaların akışı, Kısmi Diferansiyel Denklemler (PDE'ler) kullanılarak voltaj ve akıma dayalı olarak tanımlanır. Bu yazıda, iletim hattı PDE'lerini çözmek için Merkezi Uzay Merkezi Zaman (CSCT) sonlu farklar sayısal yöntemini uyguluyoruz. Dalga biçimlerinin sayısal çözümünü sunuyoruz ve bu sayısal yöntemin iletim hattı problemini çözmedeki doğruluğunu değerlendirmek için analitik çözümle karşılaştırıyoruz. Gerilim dalga biçiminin sayısal çözümünün, küçük hata payı ile analitik sonuca çok yakın olduğu bulunmuştur. Bununla birlikte, akımın sayısal çözümü analitik olanla aynı dalga biçimini gösterse de, büyüklükte oldukça önemli bazı hatalar vardır. Hatanın, sayısal çözümün dalga biçiminin analitik çözümden bir miktar faz kaymasına sahip olmasından kaynaklandığı bulunmuştur. Mevcut dalga formunun faz kaymasını ayarlamak, sayısal ve analitik sonuçlar arasında iyi bir uyum sağlar.
İletim hattı PDE CSCT sonlu farklar sayısal analiz kararlılık analizi elektromanyetik dalga formu.
GSRA8-L-2-0523-21052
Primary Language | English |
---|---|
Subjects | Engineering |
Journal Section | Articles |
Authors | |
Project Number | GSRA8-L-2-0523-21052 |
Early Pub Date | March 25, 2023 |
Publication Date | March 31, 2023 |
Published in Issue | Year 2023 Issue: 49 |