Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2022, № 7 · RADIO ENGINEERING

Attenuation of an ultrashort pulse in a meander microstrip line with two passive conductors

K.P. Malygin1, A.V. Nosov1, R.S. Surovtsev1

1 Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.7.10 UDC 621.391.825 EDN WQNBGQ

Abstract

The results of the analysis of the ultrashort pulse (USP) decomposition into a sequence of pulses in a turn of a meander microstrip line with two passive conductors are presented. Various variants of the terminations of the passive conductors of the turn are considered and the optimal parameters of its cross-section are obtained according to the criterion of the minimum amplitude of the output signal. An analysis of the influence of changes in the geometrical parameters of the line under study on the delays of each decomposition pulses and the USP amplitude at the end of the turn was also made. Conditions for USP decomposition are formulated. The results of optimizing the geometrical parameters of the line, considering the technological capabilities of the company "Rezonit" according to the criteria of USP decomposition and minimizing its amplitude are presented. Also shown the results of folding the line into twenty-one minor turns. It was found that the reducing distance between minor turns enhances signal distortion and reduces its maximum amplitude at the line output. This folding made it possible to significantly reduce the size of the line. Attenuation of the real impact signal from the generator of the S9-11 oscilloscope in different software up to 10.6-16.1 times was obtained.

  • ultrashort pulse
  • odd mode
  • even mode
  • extra pulse
  • Pulse decomposition
  • protective device
Аннотация (на русском)

Ослабление сверхкороткого импульса в меандровой микрополосковой линии с двумя пассивными проводниками

Представлены результаты анализа разложения сверхкороткого импульса (СКИ) в витке меандровой МПЛ с двумя пассивными проводниками. Рассмотрены различные варианты окончаний пассивных проводников витка и получены оптимальные параметры его поперечного сечения по критерию минимальной амплитуды выходного сигнала. Также выполнен анализ влияния изменения геометрических параметров исследуемой линии на задержки каждого импульса разложения и амплитуду СКИ в конце витка. Сформулированы условия разложения СКИ. Приведены результаты оптимизации геометрических параметров линии с учетом технологических возможностей производства компании «Резонит» по критериям разложения СКИ и минимизации его амплитуды. Также показаны результаты сворачивание линии в 21 неосновной виток для уменьшения размеров исходного витка. Выявлено, что уменьшение расстояния между неосновными витками усиливает искажения сигнала, но также и уменьшает его максимальную амплитуду на выходе линии. Такое сворачивание позволило существенно уменьшить размеры линии. Ослабление воздействия с реального генератора осциллографа С9-11, полученное в разных программных продуктах, составило 10,6-16,1 раза.

For citation

Malygin K.P., Nosov A.V., Surovtsev R.S. Attenuation of an ultrashort pulse in a meander microstrip line with two passive conductors // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.10

References

  1. Газизов Т.Р. Электромагнитный терроризм на рубеже тысячилетий. Томск, Томский Государственный Университет. 2002. 206 с.
  2. Фоминич Э.Н., Владимиров Д.Р. Электромагнитный терроризм. Новая угроза для информационно-управляющих систем. Военный инженер. 2016. №2 Т.2. С.10-17.
  3. Петкау О., Тарабцев А., Дерябин А., Ларионов С., Чванов В. Защита объектов топливно-энергетического комплекса от угроз электромагнитного воздействия. Безопасность объектов топливно-энергетического комплекса. 2014. №2. Т.6. С.74-76.
  4. Mojert C. et al. UWB and EMP susceptiblity of microprocessors and networks. Proc. of the 14th Int. Zurich Symp. on EMC. Switzerland - Zurich. 2001. Feb.20-22. P.47-52.
  5. Gizatullin Z.M., Gizatullin R.M. Investigation of the immunity of computer equipment to the power-line electromagnetic interference. Journal of Communications Technology and Electronics. 2016. №5. P.546-550. https://doi.org/10.1134/S1064226916050053
  6. Колдунов A.C. Радиолюбительская азбука. Аналоговые устройства. Mосква, СОЛОН-Пресс. 2009. Т.2. 288 с.
  7. Messier M.A., et al. Response of telecom protection to three IEC waveforms. Proc. of the 15th Int. Zurich Symp. on EMC. Switzerland - Zurich. 2003. Feb.18-20. P.127-132
  8. Krzikalla R., Luiken J., L. ter Haseborg J. Systematic description of the protection capability of protection elements. Proc. of IEEE Int. Symp. on EMC. USA - Honolulu HI 2007. P.1-4. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2007.177
  9. Krzikalla R., Weber T., L. ter Haseborg J.Interdigital microstrip filters as protection devices against ultrawideband pulses. in Proc. of IEEE Int. Symp. on EMC. Turkey - Istanbul. 2003. P.1313-1316. https://doi.org/10.1109/ICSMC2.2003.1429162
  10. Krzikalla R., L. ter Haseborg J. SPICE simulations of uwb pulse stressed protection elements against transient interferences. in Proc. of IEEE Int. Symp. on EMC. USA - Chicago IL. 2005. P.977-981. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2005.1513667
  11. Weber T., Krzikalla R., L. ter Haseborg J. Linear and nonlinear filters suppressing UWB pulses. IEEE Trans. on EMC. 2004. №3. V.36. P.423-430. https://doi.org/10.1109/TEMC.2004.831887
  12. Cui Q., Dong S., Han Y. Investigation of waffle structure SCR for electrostatic discharge (ESD) protection. IEEE International Conference on Electron Devices and Solid State Circuit (EDSSC). Thailand - Bangkok. 2012. P.3-5. https://doi.org/10.1109/EDSSC.2012.6482791
  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.2017.2678019
  14. 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 Electron Devices. 2015. June 29-July 3. P.175-177.
  15. Nosov A.V., Surovtsev R.S. Ultrashort pulse decomposition in the turn of a meander microstrip line with a passive conductor. Journal of Physics: Conference Series (JPCS). 2021. №1. V.1862. P.1-6. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1862/1/012029
  16. Kim G.Y., Nosov. A.V., Surovtsev R.S. Ultrashort Pulse Decomposition in Hybrid Protection Devices Based on the Cascade-Connected Modal Filter and Meander Line With Broad-Side Coupling. 22th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. 2021. P.163-166. https://doi.org/10.1109/EDM52169.2021.9507720
  17. 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
  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. Технологические возможности производства. [web]. Резонит. дата обращения: 20.03.2022. URL: https://www.rezonit.ru/pcb/mnogosloynye-pechatnye-platy/#tech