ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 9
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.12
УДК 621.391.825
Модальное разложение сверхкороткого импульса в 8-проводных зеркально-симметричных структурах
Е. Б. Черникова, Т. Р. Газизов
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 634050, г. Томск, пр. Ленина, д. 40
Статья поступила в редакцию 19 сентября 2019 г.
Аннотация. Рассматривается защита радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от кондуктивных помех, проникающих в РЭА непосредственно по проводникам, например, через сигнальные проводники или цепи питания. Для решения этой проблемы традиционно применяются фильтрующие устройства, подсоединяемые, как правило, к входу защищаемой аппаратуры (например, LC- и RC-фильтры, варисторы, разрядники, TVS-диоды). Однако существуют кондуктивные помехи, длительность которых находится в наносекундном и субнаносекундном диапазонах. Такие помехи носят название сверхкоротких импульсов (СКИ). В связи с тем, что повсеместно применяемые устройства защиты от помех могут оказаться не эффективными, из-за временных и энергетических характеристик СКИ, предложен новый способ, называемый модальной фильтрацией. Для получения более высоких характеристик можно изменять конфигурацию структур модальных фильтров (МФ), создавая тем самым благоприятные условия для более эффективного разложения СКИ в МФ. Показательным примером является использование структур с симметрией. Так, известен новый подход к совершенствованию технологии модальной фильтрации за счет использования 4-проводной зеркально-симметричной структуры, которая раскладывается СКИ на 4 импульса в 4 раза меньшей амплитуды. В данной работе рассматривается возможность использования симметрии для последующего деления СКИ на удвоенное число импульсов в 2 раза меньшей амплитуды. Впервые выполнено квазистатическое моделирование временного отклика 2-х 8-проводных зеркально-симметричных структур круговой, квадратной и прямоугольной конфигураций. Показано, что данные МФ способны разложить СКИ на последовательность из 8 импульсов, однако для получения требуемого уровня ослабления необходима дополнительная оптимизация по нескольким критериям.
Ключевые слова: электромагнитная совместимость, устройства защиты, сверхкороткий импульс, модальная фильтрация, зеркальная симметрия.
Abstract. Protection of radio electronic equipment (REE) against conductive interferences penetrating into REE directly through the conductors, for example, signal conductors or power circuits is in the focus of the paper. To solve this problem, filtering devices are traditionally used, which are usually connected to the input of the protected equipment (for example, LC- and RC-filters, varistors, arresters, TVS-diodes). However, there are conductive interferences, the duration of which is in the nanosecond and sub-nanosecond ranges. Such interferences are called ultrashort pulses (USPs). Due to the fact that widely used devices for protection against interference cannot be effective, because of the time and energy characteristics of the USP, a new method is proposed, called modal filtration. In order to obtain higher characteristics, it is possible to change the configuration of the modal filter (MF) structures, thus creating favorable conditions for more effective decomposition of the MF. An indicative example is the use of structures with symmetry. Thus, a new approach for improving the modal filtration technology by using a 4-conductor reflection symmetric structure, which decomposes the USP by 4 pulses of 4 times smaller amplitude is known. In this paper, we consider the possibility of using symmetry for the subsequent division of USP by a doubled number of pulses of 2 times smaller amplitude. For the first time the quasistatic simulation of time response of 2 8-conductor reflection symmetric structures of circular, square and rectangular configurations was performed. It is shown that these MFs are able to decompose the USP into a sequence of 8 pulses, but to obtain the required level of attenuation, additional optimization is required according to several criteria.
Key words: electromagnetic compatibility, protection devices, ultrashort pulse, modal filtration, reflection symmetry.
Литература
1. Mora N., Vega F., Lugrin G., Rachidi F., Rubinstein M. Study and classification of potential IEMI sources // System and assessment notes. 2014. № 41. 92 p.
2. Weber T., Krzikalla, R., Ter Haseborg, J. L., Sabath, F. Linear and nonlinear filters suppressing // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2004. Vol. 46, P.423–430.
3. Mojert C. UWB and EMP susceptiblity of microprocessors and networks // Proc. of the 14th International Zurich symposium on electromagnetic compatibility. Zurich, Switzerland, 2001. P.47–52.
4. Егоров А.Б., Сотников А.М., Рыбалко И.Ф. Воздействие мощного электромагнитного излучения на радиоэлектронные средства // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2012. №29. С.49–54.
5. Балюк Н.В., Кечиев Л.Н., Степанов П.В. Мощный электромагнитный импульс: воздействие на электронные средства и методы защиты // М.: ООО «Группа ИДТ». 2009. 478 с.
6. Воскобович В.В., Мырова Л.О. Воздействие сверхширокополосного импульсного электромагнитного излучения на персональные компьютеры // Сб. докл. Российской научно-техн. конф. по ЭМС. 2004. С.383–392.
7. Гуревич В. Дешевые варисторы или дорогие TVS-диоды // Сборник «Электромагнитная совместимость в электронике». 2019. С.10–16.
8. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостьянов А.А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике // М.: Издательский центр «Академия», 2010. 224 с.
9. 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.
10. Самотин И.Е. Условие выравнивания амплитуд импульсов на выходе модального фильтра // Технологии ЭМС. 2010. № 4(35). С.31–34.
11. 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. 2019. Vol. 11(7). № 883. P.1–25.
12. Заболоцкий А.М. Использование зеркальной симметрии для совершенствования модальной фильтрации // Доклады ТУСУР. 2015. №2(36). С.41–44.
13. Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р., Куксенко С.П. Четырехпроводная зеркально-симметричная структура, защищающая от сверхкоротких импульсов. Патент №2624465 РФ. Опубл. 04.07.2017, Бюл. №19.
14. Jackson J.D. Classical electrodynamics // New York: John Wiley & Sons. 1962. 641 p.
15. Orlov P.E., Buichkin E.N. Quasistatic and electromagnetic simulation of interconnects of printed circuit boards with modal reservation // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. Erlagol, Altai. June 29–July 3, 2017. P.54–58.
16. 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. Vol. 560. №012110. P.1–7.
17. Chernikova E.B., Belousov A.O. Method for detecting additional pulses in the time response of structures with modal decomposition // 2019 International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). 2019. P.0245–0249.
18. Belousov A.O Systematic approach to optimization for protection against intentional ultrashort pulses based on multiconductor modal filters // Complexity. 2018. № 2018. P.1–15.
19. 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. 2019. Vol. 11(7). № 883. P. 1–38.
Для цитирования:
Черникова Е.Б., Газизов Т.Р. Модальное разложение сверхкороткого импульса в 8-проводных зеркально-симметрчных структурах. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.9.12