Полосковая структура, защищающая от сверхкоротких импульсов в дифференциальном и синфазном режимах
Владельцы патента RU 2748423:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (RU)
Изобретение относится к полосковой структуре. Техническим результатом является ослабление помехового сигнала в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи. Упомянутый технический результат достигается тем, что полосковая структура состоит из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, причем значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между сигнальным и опорным проводниками, причём со стороны пассивного проводника через воздушный зазор расположена аналогичная структура центрально-симметрично относительно центра поперечного сечения всей полосковой структуры, добавлен прямоугольный в поперечном сечении электрический экран, ширина опорных проводников больше ширины остальных, а их внешняя торцевая сторона соединена по всей длине с экраном, между экраном и проводниками в верхней и нижней частях структуры есть одинаковые воздушные зазоры, на дальнем конце пассивные проводники соединены с экраном, все проводники расположены на одинаковом расстоянии от вертикальной оси, проходящей через центр симметрии. 3 ил.
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ).
В настоящее время актуальной задачей является обеспечение защиты РЭА от импульсов наносекундного и субнаносекундного диапазонов. Спектр такого импульса перекрывает широкий диапазон частот, вследствие чего он способен преодолевать традиционные схемотехнические и конструктивные средства защиты от помех. Распространяясь по цепям электропитания, СКИ приводит к электрическому пробою диэлектриков и полупроводников, тем самым повреждая оборудование. Под традиционными схемотехническими средствами защиты от СКИ подразумеваются фильтры на сосредоточенных компонентах, модули гальванической развязки, ограничители помех и разрядные устройства. К конструктивным средствам защиты относят защитные экраны, методы обеспечения регулярности линий передачи, различные схемы заземления и способы уменьшения импеданса цепей питания. Известно, что такие устройства защиты обладают рядом недостатков, к которым можно отнести недостаточное быстродействие, малую рассеиваемую мощность и паразитные параметры, все эти факторы затрудняют защиту от СКИ повышенной мощности. Однако для борьбы с СКИ существуют устройства, работающие по принципу модального разложения, которые лишены указанных недостатков. Среди них выделяются различные конфигурации модальных фильтров (МФ), защищающих от помех, распространяющихся между активным и опорным проводниками. Однако ослабление помеховых импульсов целесообразно как в дифференциальном, так и в синфазном режимах, поэтому необходима разработка новых устройств защиты от СКИ, выполняющих данную функцию.
Наиболее близким к заявляемому устройству является модальный фильтр с лицевой связью [Газизов А.Т., Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Измерение и моделирование временного отклика печатных модальных фильтров с лицевой связью // Радиотехника и электроника. – 2018. – Т. 63. – №. 3. – С. 292-298.], состоящий из опорного проводника и двух параллельных ему проводников и диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, толщина и относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя равны 180 мкм и 4,5, ширина всех проводников одинакова и равна 4 мм, толщина проводников равна 65 мкм, расстояние между проводниками равно 4 мм, на обоих концах устройства подключены резисторы сопротивлением 50 Ом между пассивным и опорным проводниками, значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между сигнальным и опорным проводниками.
Недостатком устройства-прототипа является отсутствие возможности работы в дифференциальном и синфазном режимах.
Предлагается полосковая структура, состоящая из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, причем значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между сигнальным и опорным проводниками отличающаяся тем, что со стороны пассивного проводника через воздушный зазор расположена аналогичная структура центрально-симметрично относительно центра поперечного сечения всей полосковой структуры, добавлен прямоугольный в поперечном сечении электрический экран, ширина опорных проводников больше ширины остальных, а их внешняя торцевая сторона соединена по всей длине с экраном, между экраном и проводниками в верхней и нижней частях структуры есть одинаковые воздушные зазоры, на дальнем конце пассивные проводники соединены с экраном, все проводники расположены на одинаковом расстоянии от вертикальной оси, проходящей через центр симметрии.
Техническим результатом является способность ослаблять помеховый сигнал в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи. Технический результат достигается за счет разложения СКИ на импульсы меньшей амплитуды с помощью выбора параметров устройства и компоновки проводников.
На фиг. 1 приведено поперечное сечение заявляемой структуры. Параметры поперечного сечения: w – ширина активных и пассивных проводников w1 – ширина опорных проводников, s – расстояние между проводниками, t – толщина проводников, h2, h4 – толщины диэлектрических слоев исходной и добавленной структур, h3 – толщина воздушного зазора между структур, h1, h5 – толщины воздушных зазоров в верхней и нижней частях структуры. Значения параметров: w = 10 мм, w1 = 18 мм, t = 0,105 мм, s = 2 мм, h2 = h4 = 0,18 мм, h3 = 2,54 мм, h1 = h5 = 10 мм, εr1 = 1, εr2 = 4,5.
Активный и опорный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, проводники и диэлектрическая подложка добавленной структуры расположены центрально-симметрично относительно точки А, по контуру структуры расположен электрический экран, который сверху и снизу отделен воздушным зазором от проводников структуры.
На фиг. 2 приведена схема соединений структуры. Она состоит из шести проводников одинаковой длины l = 100 мм, 2 из которых (опорные) представлены на схеме обозначением корпусной земли, источников импульсных сигналов, представленных идеальными источниками э.д.с. EГ1 и EГ2 с внутренними сопротивлениями RГ, которые подсоединены к активным проводникам на ближнем конце, и нагрузочных резисторов RН, которые подсоединены к активным проводникам на дальнем конце заявляемой структуры. Значения всех резисторов, представленных на схеме, равны 16,7 Ом. Опорные проводники соединены с электрическим экраном вдоль всей длины, а пассивные проводники соединяются с экраном только на дальнем конце. В качестве входного сигнала используется импульс, длительности фронта, спада и плоской вершины которого выбраны равными по 100 пс, а амплитуда э.д.с. источника – изменяется в зависимости от режима воздействия помехи. Для реализации дифференциального воздействия амплитуда э.д.с. источников EГ1 = 0,5 В, а EГ2 = –0,5 В. Для реализации синфазного воздействия амплитуда э.д.с. источников EГ1 = 1 В, а EГ2 = 1 В.
На фиг. 3 представлены результаты вычислительного эксперимента, из которых видно, ослабление воздействующего импульсного сигнала с помощью его разложения на импульсы меньшей амплитуды. Максимальное напряжение импульсов на выходе составило 107 мВ для дифференциального и 101 мВ для синфазного режимов. Вносимые потери составили 13,4 дБ и 13,9 дБ для дифференциального и синфазного режимов соответственно.
Устройство работает следующим образом: в дифференциальном режиме на вход устройства между активными проводниками подается помеховый импульсный сигнал малой длительности, который, распространяясь вдоль заявляемой структуры раскладывается на последовательность импульсов, амплитуда которых становится меньше за счет модального разложения сигнала; в синфазном режиме на вход устройства на активные проводники относительно опорных подается помеховый импульсный сигнал малой длительности, который, распространяясь вдоль структуры, раскладывается на последовательность импульсов, амплитуда которых также становится меньше за счет модального разложения сигнала. Таким образом, устройство способно ослаблять помеховый сигнал в дифференциальном и синфазном режимах воздействия помехи.
Полосковая структура, состоящая из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, причем значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между сигнальным и опорным проводниками, отличающаяся тем, что со стороны пассивного проводника через воздушный зазор расположена аналогичная структура центрально-симметрично относительно центра поперечного сечения всей полосковой структуры, добавлен прямоугольный в поперечном сечении электрический экран, ширина опорных проводников больше ширины остальных, а их внешняя торцевая сторона соединена по всей длине с экраном, между экраном и проводниками в верхней и нижней частях структуры есть одинаковые воздушные зазоры, на дальнем конце пассивные проводники соединены с экраном, все проводники расположены на одинаковом расстоянии от вертикальной оси, проходящей через центр симметрии.
