ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №6

УДК: 621.391.825

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

АСИММЕТРИЧНЫХ МНОГОПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ

С УЧЕТОМ КОМБИНАЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ

Е.Б. Черникова

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

634050, г. Томск, пр. Ленина, д. 40

Статья поступила в редакцию 8 апреля 2024 г.

Аннотация. Линии передачи являются значимыми элементами и играют важную роль в определении производительности, надежности и функциональности радиоэлектроники. Ряд факторов, возникающих при использовании линий передачи, может привести к проблемам в области электромагнитной совместимости. Одним из них является возникновение асимметрии в следствие появления неоднородностей, погрешностей при изготовлении печатных плат, плотной трассировки, рассогласования и др. В работе рассматривается влияние асимметрии на характеристики линий передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением. Выявлено, что асимметрия поперечного сечения и/или граничных условий приводит к появлению комбинационных импульсов. Комбинационные импульсы представляют интерес, так как время их прихода не соответствуют погонным задержкам мод, распространяющихся в линиях передачи, а состоят из их комбинаций. Их уровень может быть сопоставимым с уровнем информационных сигналов, что в результате может привести к искажению или потере полезной информации. Между тем асимметрия и, возникающие из-за нее комбинационные импульсы, представляют из себя новый ресурс для улучшения характеристик устройств на основе линий передачи, которые могут использоваться для защиты радиоэлектроники от электромагнитных помех пико- и наносекундной длительности. Впервые выполнена оптимизация параметров с учетом комбинационных импульсов на примере трех схем симметричных многопроводных линий передачи с асимметрией оконечных нагрузок: с опорным проводником в виде боковых полигонов и зеркально-симметричной. С помощью генетического алгоритма получены оптимальные параметры, которые позволяют уменьшить значение максимальной амплитуды в 1,5 раза, а также параметры, позволяющие увеличить в 2 раза минимальное значение временного интервала между импульсами разложения, от которого зависит возможность полного разложения помехового импульса, по сравнению со значениями, полученными в исходной схеме, где нет комбинационных импульсов при тех же габаритах устройств. Результаты оптимизации демонстрируют эффективность использования ресурса комбинационных импульсов для совершенствования защитных структур на основе линий передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением.

Ключевые слова: радиоэлектроника, электромагнитная совместимость, линии передачи, временной отклик, комбинационные импульсы, оптимизация.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-00187, https://rscf.ru/project/22-79-00187/ в ТУСУРе и при поддержке Минобрнауки России по проекту FEWM-2024-0005.

Автор для переписки: Черникова Евгения Борисовна, chiernikova96@mail.ru

Литература

1. Li E. P. et al. Progress review of electromagnetic compatibility analysis technologies for packages, printed circuit boards, and novel interconnects // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2010. – Vol. 52. – №2. – P. 248-265. https://www.doi.org/10.1109/TEMC.2010.2048755

2. Maini A.K. Digital electronics: principles, devices and applications. – John Wiley & Sons, 2007. – 752 p.

3. Тай Н.В., Кириллов В.Ю. Перекрестные помехи во внутреннем пространстве бортового приборного модуля // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2021. – №. 2. – С. 563-568.

4. Verma A.K., Kumar R., Sadr G.H. Pulse distortion on multilayer microstrip line // 1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. – Atlanta, GA, USA, 1993. – P. 861-864. https://www.doi.org/10.1109/MWSYM.1993.277022

5. Ling F., Cai K., Sen B. Fast full board crosstalk scan for signal integrity sign-off for high-speed PCB designs // 2018 IEEE Symposium on Electromagnetic Compatibility, Signal Integrity and Power Integrity (EMC, SI & PI). – Piscataway, NJ, 2018. – P. 122-125. https://www.doi.org/10.1109/EMCSI.2018.8495173

6. Сычёв А.Н. Управляемые СВЧ устройства на многомодовых полосковых структурах / Под. ред. Н.Д. Малютина. – Томск: НИ ТГУ, 2001. – 318 с.

7. Gazizov A.T., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. UWB pulse decomposition in simple printed structures // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. – 2016. – Vol. 58. – №4. – P.1136–1142. https://www.doi.org/10.1109/TEMC.2016.2548783

8. Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. New approach to EMC protection // 2007 18th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility. – Munich, Germany, 2007. – P. 273-276. https://www.doi.org/10.1109/EMCZUR.2007.4388248

9. Paul C.R. On uniform multimode transmission lines // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1973. – №8. – P. 556-558. https://www.doi.org/10.1109/TMTT.1973.1128059

10. Hall S.H., Heck H.L. Advanced signal integrity for high-speed digital designs. – Wiley-IEEE Press. – 2009. – 680 p.

11. Сычев А.Н., Рудый Н.Ю. Параметры несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком // Доклады ТУСУР. – 2018. – Т. 21. – №4–1. C. 7-15. https://www.doi.org/10.21293/1818-0442-2018-21-4-1-7-15

12. Gazizov A.T., Zabolotsky A.M., Gazizov T.T. Time-domain response of asymmetrical modal filter without resistors to ultrashort pulse excitation // 2016 17th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). – Altai, Russia, 2016. – P. 85-88. https://www.doi.org/10.1109/EDM.2016.7538699

13. Красноперкин В.М., Самохин Г.С., Силин Р.А. Импульсные сигналы в связанных линиях передачи // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. – 1983. – Т. 7. – № 355. – С. 3-8.

14. Chernikova E.B., Belousov A.O., Gazizov T.R., Zabolotsky A.M. Using reflection symmetry to improve the protection of radio-electronic equipment from ultrashort pulses // Symmetry. – Vol. 11(7). – №883. – 2019. – P. 1–25. https://doi.org/10.3390/sym11070883

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. – Vol. 12(7). – №1117. – P. 1–38. https://doi.org/10.3390/sym12071117

16. Kuksenko S.P. Preliminary results of TUSUR University project for design of spacecraft power distribution network: EMC simulation //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2019. – Vol. 560. – №012110. – P. 1-7. https://doi.org/10.1088/1757-899X/560/1/012110

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024616984. Вычисление временных интервалов между основными и комбинационными импульсами во временном отклике четырехпроводной симметричной линии передачи / Е.Б. Черникова, Г.Ю. Ким. Заявка №2024615445. Дата поступления 19.03.2024. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.03.2024.

18. Belousov A.O., Gazizov T.R. Systematic approach to optimization for protection against intentional ultrashort pulses based on multiconductor modal filters // Complexity. – 2018. – № 2018. – P. 1-15. https://doi.org/10.1155/2018/5676504

Для цитирования:

Черникова Е.Б. Параметрическая оптимизация асимметричных многопроводных линий передачи с учетом комбинационных импульсов // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.11