ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 5 · СМЕЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Оптимизация параметров поперечного сечения устройств защиты от сверхкоротких импульсов, работающих в дифференциальном и синфазном режимах

В.П. Костелецкий1, Е.Б. Черникова1, А.М. Лакоза1

1 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.5.2 УДК 621.391.825 EDN WZRWEH

Аннотация

В работе представлен подход к разработке устройств защиты от сверхкоротких импульсов (СКИ), работающих в дифференциальном и синфазном режимах. Приведены результаты обоснования структурного исполнения устройств и выбора схемных моделей, учитывающих режимы при моделировании. Выполнена параметрическая оптимизация поперечных сечений 6- и 8-проводных структур. Оптимизация выполнялась по двум критериям: минимизация амплитуды напряжения на выходе для дифференциального и синфазного режимов по-отдельности и минимизация квадрата разности максимального и минимального временных интервалов для увеличения минимального значения разности погонных задержек, и, как следствие, максимизации длительности СКИ, который может полностью раскладываться. Результаты моделирования с оптимальными параметрами показали, что ослабление СКИ в исследуемых структур увеличилось в среднем в 12 раз в обоих режимах, по сравнению с ослаблением, полученным до оптимизации. Из анализа частотных и временных характеристик получено, что 6-проводная структура оптимальна для использования в качестве защиты цепей питания, а 8-проводная - как для защиты цепей питания, так и сигнальных цепей.

  • устройства защиты
  • электромагнитная совместимость
  • дифференциальный режим
  • синфазный режим
  • модальное разложение
  • радиоэлектронная аппаратура
Abstract (in English)

Optimization of the protection devices cross-section parameters against ultra-short pulses operating in differential and common modes

The article presents an approach to the development of ultra-short pulse (USP) protection devices operating in differential and common mode. The results of justification of structural design of devices and selection of diagram models that take into account the modes during simulation are given. Parametric optimisation of cross-sections of 6- and 8-wire structures has been performed. Optimisation was performed according to two criteria: minimisation of the output voltage amplitude for differential and common mode separately and minimisation of the square of the difference between the maximum and minimum time intervals to increase the minimum value of the difference between the per-unit-length delays and, as a consequence, to maximise the duration of the USP, which can be fully decomposed. Simulation results with optimal parameters showed that the attenuation of USP in the studied structures increased on average by a factor of 12 in both modes, compared to the attenuation obtained before optimisation. From the analysis of frequency and time characteristics it is obtained that the 6- conductor structure is optimal for use as protection of power supply circuits, and the 8- conductor structure is optimal for both protection of power supply circuits and signal circuits.

Для цитирования

Костелецкий В.П., Черникова Е.Б., Лакоза А.М. Оптимизация параметров поперечного сечения устройств защиты от сверхкоротких импульсов, работающих в дифференциальном и синфазном режимах // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.5.2

Литература

  1. Kučera M., Šebök M. Electromagnetic compatibility analysing of electrical equipment // 2016 Diagnostic of Electrical Machines and Insulating Systems in Electrical Engineering (DEMISEE). - IEEE. - 2016. P. 104-109. https://doi.org/10.1109/DEMISEE.2016.7530476
  2. Mora, N. et al. Study and classification of potential IEMI sources // System and assessment notes. - 2014. - № 41. - 92 p.
  3. Колпаков А. EMI и EMC - Проблемы силовой электроники // Вестник Электроники. - 2018. - № 3(63). - С. 16-26.
  4. Luo F. et al. Design of a hybrid busbar filter combining a transmission-line busbar filter and a one-turn inductor for DC-fed three-phase motor drive systems // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2013. - Vol. 28. - №. 12. - P. 5588-5602. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2244913
  5. 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
  6. Belousov A. O. et al. UAVs protection and countermeasures in a complex electromagnetic environment // Complexity. - 2022. - Vol. 2022 - №. 1. - P. 8539326. https://doi.org/10.1155/2022/8539326
  7. Lakoza A. M., Kosteletskii V. P., Chernikova E. B. Influence of cross-section geometrical parameters on the structures characteristics protecting in differential and common modes // 2024 IEEE 3rd International Conference on Problems of Informatics, Electronics and Radio Engineering (PIERE). - Novosibirsk, Russia. - 2024. - P. 180-184. https://doi.org/10.1109/PIERE62470.2024.10804968.
  8. 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
  9. МЭК 61000-2-13. Электромагнитная совместимость: Окружающая среда. Электромагнитные среды высокой мощности (HPEM). Излучаемые и проводимые. - 2005. - 44 с.
  10. Кечиев Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры - М.: ООО "Группа ИДТ", 2007. - 616 с.
  11. Черникова Е. Б. Параметрическая оптимизация асимметричных многопроводных линий передачи с учетом комбинационных импульсов // Журнал радиоэлектроники. - 2024. - №. 6. - С. 1-23. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.11
  12. PathWave Advanced Design System (ADS). - URL: https://www.keysight.com/ru/ru/products/software/pathwavedesign-software/path wave-advanced-design-system.html (дата обращения: 18.09.2024).
  13. Dunsmore J. P. Handbook of microwave component measurements: with advanced VNA technique / J. P. Dunsmore. - John Wiley & Sons. - 2020. - 848 p.