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
2025, № 10 · RADIO ENGINEERING

Effect of an additional ground conductor on the characteristics of stripline devices with modal decomposition based on a meander line turn

I.A. Skornyakov1, S. Karri1, R.S. Surotsev1

1 Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.10.11 UDC 621.391.31 EDN DHCVGZ

Abstract

The development trend in radio-electronic equipment (REE) is toward miniaturizing components while maintaining functionality. This, however, increases the susceptibility of REE to various types of electromagnetic interference, with ultra-wideband (UWB) pulses being among the most hazardous. Stripline devices based on a meander line (ML) turn with modal decomposition can be used for protection against such UWB pulses. As their implementation can vary, this paper investigates two ML turn structures with broadside coupling: one with a single ground conductor and another with two. The paper evaluates the influence of conductor width and the spacing between signal and ground conductors on a range of the turn's characteristics. Based on a preliminary time-domain analysis of both structures, their optimal parameters were identified, and two prototypes were fabricated for experimental investigation. Frequency-domain analysis demonstrated that the addition of a second reference conductor increases the number of maxima and minima in the frequency response of the transmission coefficient; however, it also improves matching with the transmission line, thereby increasing the cutoff frequency. Time-domain analysis revealed that the electromagnetic coupling between the signal conductors is excessive, with the output attenuation being determined by the level of the primary component (crosstalk). The levels of the subsequent modal components, however, are lower. Adding the second ground conductor increases the UWB pulse attenuation by a factor of 4.16. This result was confirmed by the calculated N -norms.

  • radio-electronic equipment
  • electromagnetic compatibility
  • protection
  • ultra-wideband pulse effect
  • modal decomposition
  • electrodynamic modeling
  • measurements
Аннотация (на русском)

Влияние дополнительного опорного проводника на характеристики полосковых устройств с модальным разложением на основе витка меандровой линии

Тенденции развития радиоэлектронных средств (РЭС) направлены на миниатюризацию их узлов с сохранением функциональных возможностей. Это приводит к росту восприимчивости РЭС к электромагнитным воздействиям разной природы. Среди них наибольшую опасность представляют импульсные сверхширокополосные (СШП) воздействия. Для защиты от СШП воздействий применимы полосковые устройства на основе витка меандровой линии (МЛ). Их реализация может быть разнообразной. Поэтому в работе исследованы две структуры витка МЛ с лицевой связью: с одним и двумя опорными проводниками. Приведены оценки влияния ширины проводников и расстояния между сигнальным и опорным проводниками на ряд характеристик витка. В результате предварительного анализа временного отклика обеих структур выявлены их оптимальные параметры и изготовлены 2 прототипа витка для измерений. Исследования в частотной области показали, что добавление второго опорного проводника приводит к увеличению количества максимумов и минимумов частотной зависимости коэффициента передачи, но благодаря лучшему согласованию с трактом увеличивается частота среза. Анализ временного отклика показал, что электромагнитная связь сигнальных проводников оказалась избыточной, поскольку ослабление на выходе прототипов определяется уровнем первой составляющей (перекрестной помехи). При этом уровень составляющих мод - ниже. Добавление второго опорного проводника даёт рост ослабления импульсного воздействия, которое 4,16 раза. Вычисленные N -нормы подтвердили это.

For citation

Skornyakov I.A., Karri S., Surotsev R.S. Effect of an additional ground conductor on the characteristics of stripline devices with modal decomposition based on a meander line turn // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.11

References

  1. Бабунько С.А., Орлов О.С. Комплексная миниатюризация СВЧ-приборов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. - 2010. - Т. 13. - №1. - С. 61-72.
  2. Борейко Д.А., Князева А.Р. Интегральные катушки индуктивности с уменьшенной площадью // Техника радиосвязи. - 2021. - №1. - С. 86-94.
  3. Сидоров А.В., Бокова О.И., Хохлов Н.С. Электромагнитный терроризм как источник угроз инфокоммуникационным системам связи и управления // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2014. - №13. - С. 106-109.
  4. Li W. et al. Electromagnetic compatibility prediction method under the multifrequency in-band interference environment // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2017. - Т. 60. - №2. - C. 520-528.
  5. Сахаров К.Ю. и др. Исследование функционирования локальной вычислительной сети в условиях воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов // Технологии электромагнитной совместимости. - 2006. - № 3(18). - С. 36-40.
  6. Гизатуллин З.М. Помехоустойчивость средств вычислительной техники внутри зданий при широкополосных электромагнитных воздействиях. Казань, издательство "Казан. гос. техн. ун-та". 2012. C. 254.
  7. Костелецкий В.П. Обзор гибридных фильтров для защиты радиоэлектронных средств от кондуктивных помех // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2022. - Т. 25. - №1. - С. 37-47.
  8. Ivanov A.A., Komnatnov M.E., Gazizov T.R. Analytical model for evaluating shielding effectiveness of an enclosure populated with conducting plates // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2020. - Vol. 62. - №5. - P. 2307-2310.
  9. Капура И.А., Бакуменко Б.В. Анализ методов и средств защиты радиоэлектронной аппаратуры от воздействия мощных электромагнитных излучений // Системы обработки информации. - 2010. - №6. - С. 87-90.
  10. 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.
  11. Surovtsev R. S. et al. Possibility of Protection Against UWB Pulses Based on a Turn of a Meander Microstrip Line // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2017. - № 6 (59). - P. 1864-1871.
  12. Карри С., Кенжегулова З.М., Суровцев Р.С. Методика синтеза пассивных полосковых устройств защиты от импульсных воздействий на основе витка меандровой линии с асимметричным поперечным сечением. Системы управления, связи и безопасности. - 2023. - №1. - С. 90-109.
  13. Суровцев Р.С., Скорняков И.А., Карри С. Комплексное исследование влияния дополнительных опорных проводников на характеристики полосковых устройств с модальным разложением на основе витка меандровой линии // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2024. - №2. - C. 30-43.
  14. Сычев А.Н., Рудый Н.Ю. Параметры несимметричных связанных линий с неоднородным диэлектриком // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2018. - Т. 21. - №4-1. - С. 7-15.
  15. Baum C.E. Norms and eigenvector norms // Mathematics Notes. - 1979. - Vol. 63. - P. 1-42.