ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №2
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.10
УДК: 537.876.42
Математический аппарат для анализа
помехоподавляющих полосковых устройств
с асимметричной структурой
Р.С. Суровцев
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
634050, Томск, ул. Ленина 40
Статья поступила в редакцию 27 декабря 2022 г.
Аннотация. Представлен математический аппарат для анализа защитных устройств на основе витка меандровой линии (МЛ), учитывающий влияние асимметрии поперечного сечения на распространение импульсного сигнала в витке. В него вошли: модель для вычисления излучаемых эмиссий от витка с произвольным поперечным сечением; модель для аналитического вычисления временного отклика на выходе витка; модели для получения условий, обеспечивающих полное разложение сверхкороткого импульса (СКИ), в многокаскадных устройствах. Выполнена апробация математического аппарата (за счёт сравнения с результатами компьютерного моделирования) на примере структур разных типов: с лицевой и боковой связью. В результате сравнения частотных зависимостей максимальной напряженности электрического поля, полученной на основе модели и численным методом, получены неоднозначные результаты. Для витка МЛ с лицевой связью выявлено, что зависимости хорошо согласуются качественно в частотном диапазоне до 2,5 ГГц, но могут отличаться количественно: на ряде частот наблюдаются ярко выраженные максимумы частотной зависимости, полученной численно. Для витка с боковой связью выявлено, что максимальная напряженность поля, вычисленная по модели, во всем диапазоне частот (за исключением нескольких максимумов) выше, чем полученная численно. Построенные диаграммы направленности витка подтверждают количественные несовпадения. Между тем, анализ полученных результатов позволяет говорить, что реальная напряженность поля будет ниже, вычисленной по модели, поэтому она применима для оценок. В результате апробации модели для аналитического вычисления временного отклика в витке, выявлено полное совпадение откликов, полученных на основе модели и численно. Апробация моделей для получения условий разложения выполнена на примере устройств из 3 каскадов и показана их корректность. Рассмотрен случай, когда полученные с помощью моделей условия не выполняются, что приводит к росту амплитуды выходного сигнала. Таким образом, математический аппарат может применяться для анализа защитных устройств на основе витка МЛ с асимметричным поперечным сечением.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, помехоустойчивость, защита, сверхкороткий импульс, асимметричные полосковые устройства.
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда №21-79-00161 в ТУСУРе
Автор для переписки: Суровцев Роман Сергеевич, surovtsevrs@gmail.com
Литература
1. ГОСТ 50628-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость машин электронных вычислительных персональных к электромагнитным помехам. Требования и методы испытаний. Москва, Стандартинформ. 2020. 10 с.
2. ГОСТ 51317.4.1-2000. Совместимость технических средств электромагнитная. Испытания на помехоустойчивость. Виды испытаний. Москва, Стандартинформ. 2001. 11 с.
3. Фоминич Э.Н., Владимиров Д.Р. Электромагнитный терроризм. Новая угроза для информационно-управляющих систем. Военный инженер. 2016. №2. С.10-17.
4. Mora N., Vega F., Lugrin G., Rachidi F, Rubinstein M. Study and classification of potential IEMI sources. System Design and Assessment Notes. 2014. №41. P.1-92.
5. Здухов Л.Н., Парфёнов Л.Н., Тарасов О.А., Чепелев В.М. Три возможных механизма возникновения отказов электронных устройств в результате электромагнитного воздействия. Технологии ЭМС. 2018. Т.2. №65. С.22-35.
6. Гизатуллин З.М. Помехоустойчивость средств вычислительной техники внутри зданий при широкополосных электромагнитных воздействиях. Казань, Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева. 2012. 254 с.
7. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. Москва, Группа ИДТ. 2007. 616 с.
8. Колдунов A.C. Радиолюбительская азбука. Аналоговые устройства. Mосква, СОЛОН-Пресс. 2009. Т.2. 288 с.
9. Messier M.A., Smith K.S., Radasky W.A., Madrid M.J. Response of telecom protection to three IEC waveforms. Proc. of the 15th Int. Zurich Symp. on EMC. Zurich – Switzerland. 2003. P.127-132.
10. Krzikalla R., Luiken J., L. ter Haseborg J. Systematic description of the protection capability of protection elements. Proc. of IEEE Int. Symp. on EMC. Honolulu HI – USA. 2007. P.1-4. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2007.177
11. Cui Q., Dong S., Han Y. Investigation of waffle structure SCR for electrostatic discharge (ESD) protection. in IEEE International Conference on Electron Devices and Solid State Circuit (EDSSC). Bangkok – Thailand. 2012. P.3-5. https://doi.org/10.1109/EDSSC.2012.6482791
12. Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Модальные фильтры для защиты бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата. Томск, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 2013. 151 с.
13. Surovtsev R.S., Nosov A.V., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. Possibility of Protection Against UWB Pulses Based on a Turn of a Meander Microstrip Line. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2017. V.59. №6.
P.1864-1871. https://doi.org/10.1109/TEMC.2017.267801914. Surovtsev R.S., Nosov A.V., Zabolotsky A.M. Simple method of protection against UWB pulses based on a turn of meander microstrip line. 16th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electronic Devices. 2015. P.175-177. https://doi.org/10.1109/EDM.2015.7184519
15. Belousov A.O., Chernikova E.B., Samoylichenko M.A., Medvedev A.V., Nosov A.V., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. From Symmetry to Asymmetry: The Use of Additional Pulses to Improve Protection against Ultrashort Pulses Based on Modal Filtration. Symmetry. 2020. V.12. №7. P.1117. https://doi.org/10.3390/sym12071117
16. Kim G.Y., Nosov A.V., Surovtsev R.S., Gazizov T.T., Maximov A.E. Conditions for ultrashort pulse decomposition in multi-cascade protection devices based on meander microstrip lines. Journal of Physics: Conference Series. 2020. V.1679. P.1-6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1679/2/022059
17. Джонсон Г., Грэхем М. Высокоскоростная передача цифровых данных. Высший курс черной магии. Москва, Издательский дом «Вильямс». 2005. 1024 с.
18. Kuksenko S.P., Preliminary results of TUSUR University project for design of spacecraft power distribution network: EMC simulation. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2019. V.560. P.1-7. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012110
19. Григорьев А.Д. Методы вычислительной электродинамики. Москва, Физматлит. 2013. 430 с.
20. Harrington R.F. Matrix Methods for Field Problems. Proc. of the IEEE. 1967. V.55. №2. P.136-149. https://doi.org/10.1109/PROC.1967.5433
21. Harrington R.F. Field сomputation by moment methods. New York, Macmillan. 1968. 240 p.
22. Trueman C.W., Kubina S.J. Fields of complex surfaces using wire grid modelling IEEE transactions on magnetics. 1991. V.27. №5. P.4626-4267. https://doi.org/10.1109/20.105043
23. Park S., Xiao F., Kami Y. Analytical approach for crosstalk characterization of multiconductor transmission lines using mode decomposition technique in the time domain. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2010. V.52. №2. P.436-446. https://doi.org/10.1109/TEMC.2010.2045759
24. Gazizov T.R. Calculation of a Capacitance Matrix for a Two-Dimensional Configuration of Conductors and Dielectrics with Orthogonal Boundaries.
Russian Physics Journal. 2004. V.47. P. 326-328. https://doi.org/10.1023/B:RUPJ.0000038753.99402.5cДля цитирования:
Суровцев Р.С. Математический аппарат для анализа помехоподавляющих полосковых устройств с асимметричной структурой. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.10