Модифицированная микрополосковая линия с улучшенной защитой от сверхкоротких импульсов

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры от сверхкоротких импульсов. Предлагается устройство, состоящее из проводящей пластины, на которой параллельно ей расположена подложка, на которой параллельно ей располагается проводник прямоугольного поперечного сечения, отличающееся тем, что в проводящей пластине есть два выреза, которые параллельны и равны по длине проводнику, умноженное на длину линии значение разности максимальной погонной задержки мод линии и наибольшей из остальных не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада сверхкороткого импульса, подающегося между проводником и проводящей пластиной, один конец проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, не соединен с ней, а другой соединен, выбором параметров поперечного сечения обеспечивается минимизация амплитуды сигнала на выходе. Техническим результатом является возможность защиты от сверхкоротких импульсов. Технический результат достигается за счет разложения сверхкороткого импульса на импульсы меньшей амплитуды. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ).

В настоящее время для защиты РЭА от СКИ с опасно высоким напряжением применяют электронные компоненты. Но включаемые на входе РЭА мощные защитные компоненты обладают недостаточным быстродействием, делая защиту от СКИ не соответствующей паспортным данным компонентов, а быстродействующие защитные компоненты обладают недостаточной мощностью, делая защиту от мощных СКИ ненадежной, что оставляет нерешенной проблему защиты РЭА простыми средствами. В результате современные защитные электронные компоненты либо перегорают от воздействия мощных СКИ с опасно высоким напряжением, либо не успевают срабатывать, и защищаемая аппаратура выходит из строя. Поэтому необходима разработка новых устройств защиты от СКИ.

Известно «Устройство защиты от импульсных сигналов» [Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Бевзенко И.Г., Самотин И.Е., Орлов П.Е., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Костарев И.С., патент на изобретение 2431897, дата публикации: 2011.10.20], состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении с равными расстояниями между ними, расположенными на одной стороне диэлектрической подложки или с расположением центрального проводника на обратной ее стороне, так, что в поперечном сечении устройства проводники одинаковы, имеют прямоугольную форму, а их длина выбрана так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, вторым проводником структуры является центральный проводник, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, и из двух резисторов, электрически соединенных со вторым и третьим проводниками на обоих концах устройства. Недостатком устройства является сложность конструкции.

Известна связанная микрополосковая линия с копланарно - желобковой линией на обратной стороне подложки [Н.Д. Малютин, А.Н. Сычев, Э.В. Семенов, А.Г. Лощилов. Регулярные и нерегулярные многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе: расчет первичных параметров, импульсные измерения характеристик: монография / Н.Д. Малютин - Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2012. - С. 109],

Недостатками устройства являются сложность конструкции и отсутствие у него возможности защиты от СКИ.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является микрополосковая линия передачи [С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.Н. Либ и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств // Под ред. В.И. Вольмана. - Москва: «Радио и связь», 1982 г. С.58], состоящая из проводящей пластины, на которой параллельно ей расположена подложка, на которой параллельно ей располагается проводник прямоугольного поперечного сечения. Недостатком устройства-прототипа является отсутствие у него возможности защиты от СКИ.

Предлагается микрополосковая линия, состоящая из проводящей пластины, на которой параллельно ей расположена подложка, на которой параллельно ей располагается проводник прямоугольного поперечного сечения, отличающийся тем, что в проводящей пластине есть два выреза, которые параллельны и равны по длине проводнику, а значения параметров поперечного сечения и длины линии обеспечивают выполнение условия: умноженное значение разности максимальной погонной задержки мод линии и наибольшей из остальных мод на длину линии не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада сверхкороткого импульса, подающегося между проводником и проводящей пластиной, один конец проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, не соединен с ней, а другой соединен.

Техническим результатом является возможность защиты от СКИ. Он достигается за счет разложения СКИ на импульсы меньшей амплитуды.

На фиг. 1а приведена эквивалентная схема заявляемой микрополосковой линии. Она состоит из трех параллельных проводников длиной м каждый. Первый проводник линии на одном конце соединен с источником СКИ, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е и внутренним сопротивлением R1 (в самой линии источника СКИ нет). На другом конце первый проводник линии соединен с нагрузкой, представленный сопротивлением R4 (в самой линии нагрузки нет). Один конец проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, не соединен с ней (режим XX - холостой ход), а другой соединен (режим КЗ - короткое замыкание), так что при моделировании принято R2=10⁵ Ом в режиме «XX» или 10^-3 Ом в режиме «КЗ» и R5=10^-3 Ом или 10⁵ Ом. R3 и R6 - малые сопротивления перемычек между частями разрезанной пластины, т.е. в самой линии этих резисторов как компонентов нет, а при моделировании принято R3=R6=0,001 Ом. Значения сопротивлений R1=R4=50 Ом. Воздействующий СКИ имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда - 2 В, нарастание - 150 пс, плоская вершина - 200 пс, спад - 150 пс.

На фиг. 1б приведено поперечное сечение заявленной линии. Параметры поперечного сечения: ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость, w₁, w₂, w₃ и t - ширина и толщина проводников, h - толщина диэлектрика, s - расстояние между проводниками. Значения параметров: ε_r=4,5, w₁=w₂=2,1 мм, w₃=0,5 мм, s=3,5 мм, h=0,18 мм, t=35 мкм.

Значения параметров поперечного сечения и длины линии обеспечивают выполнение условия

где (τ₂-τ₁) - разность максимальной погонной задержки мод линии и наибольшей из остальных, t_r, t_d и t_ƒ - длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно.

Для демонстрации достижения технического результата выполнено моделирование временного отклика на воздействие СКИ, показавшее близкие значения первых двух мод (3,65 нс/м и 3,71 нс/м) и более высокое значение третьей моды (6,78 нс/м), так что разность погонных задержек третьей и второй мод составляет 3,07 нс/м. Выполнено моделирование временного отклика на воздействие СКИ при изменении граничных условий на концах пассивного проводника, а на фиг. 1 в, г приведены соответствующие формы сигналов в начале и конце линии. Амплитуды сигналов в конце линии при «XX-КЗ» и «К3-ХХ» одинаковы и равны 0,1 В. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявленная линия.

Микрополосковая линия, состоящая из проводящей пластины, на которой параллельно ей расположена подложка, на которой параллельно ей располагается проводник прямоугольного поперечного сечения, отличающаяся тем, что в проводящей пластине есть два выреза, которые параллельны и равны по длине проводнику, а значения параметров поперечного сечения и длины линии обеспечивают выполнение условия: умноженное значение разности максимальной погонной задержки мод линии и наибольшей из остальных мод на длину линии не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада сверхкороткого импульса, подающегося между проводником и проводящей пластиной, один конец проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, не соединен с ней, а другой соединен.