Четырехпроводная зеркально-симметричная структура, защищающая от сверхкоротких импульсов

Четырехпроводная зеркально-симметричная структура, защищающая от сверхкоротких импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Традиционными схемотехническими средствами защиты от таких СКИ являются фильтры, устройства развязки, ограничители помех, разрядные устройства, а конструктивными - защитные экраны и методы повышения однородности экранов, заземление и методы уменьшения импедансов цепей питания. Известно, что включаемые на входе аппаратуры устройства защиты обладают рядом недостатков (малая мощность, недостаточное быстродействие, паразитные параметры), затрудняющих защиту от мощных СКИ. Эффективная защита в широком диапазоне воздействий требует сложных многоступенчатых устройств. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты и дешевизны устройств защиты, поэтому необходима разработка новых устройств защиты от СКИ.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «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-прототипа является малое ослабление исходного импульса.

Предлагается устройство, состоящее из трех в поперечном сечении одинаковых и прямоугольных проводников на диэлектрической подложке, причем первый и второй проводники расположены на одной ее стороне, а третий - между ними по центру на обратной, отличающееся тем, что к исходной структуре зеркально-симметрично добавлены слой диэлектрика и два проводника, ширина всех проводников одинакова и равна 0,3 мм, относительная диэлектрическая проницаемость равна 5, толщина проводников равна 105 мкм, расстояние между проводниками равно 0,4 мм, между концами каждого из проводников, кроме первого, и проводящей пластиной подключены резисторы сопротивлением 92 Ом, значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между первым и третьим проводниками.

Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является повышенное ослабление исходного импульса на выходе устройства.

Техническим результатом является повышенное ослабление сверхкоротких импульсов. Технический результат достигается за счет разложения сверхкороткого импульса на импульсы меньшей амплитуды и выбора параметров устройства.

На фиг. 1а приведено поперечное сечение заявляемой линии. Параметры поперечного сечения: α - граница плоскости, проходящая через третий проводник, ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость, w и t - ширина и толщина проводника соответственно, s - расстояние между проводниками, h₁ - толщина диэлектрика. Значения параметров: ε_r=5, w=0,3 мм, t=105 мкм, s=0,4 мм, h₁=1,105 мм.

На фиг. 1б приведена эквивалентная схема заявляемой структуры. Она состоит из четырех проводников длиной каждый, шести резисторов с сопротивлением R и источника импульсных сигналов, представленного на схеме идеальным источником э.д.с. Е_Г с внутренним сопротивлением R_Г. Первый (верхний по схеме) и третий (опорный, представленный обозначением схемной земли) проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце соединены с защищаемой цепью, представленной на схеме эквивалентным сопротивлением R_Н. Длительности фронта, спада и плоской вершины импульсного сигнала выбраны равными по 100 пс, а амплитуда - 1 B. Резисторы R в начале и конце схемы подсоединены между проводниками 2, 1*, 2* (пассивные) и 3 (опорный). Значения R_Г, R_Н и R приняты равными 92 Ом.

Параметры поперечного сечения и длина линии подобраны таким образом, чтобы обеспечивалось условие

где min(Δτ_i) - минимальный модуль разности погонных задержек мод линии, i=1, 2, …, N, где N - число проводников, а t_r, t_d и - длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно. Выполнение условия (1) обеспечивает разложение исходного сигнала на N импульсов. Погонные задержки мод равны: 7,2 нс/м; 5,1 нс/м; 5,5 нс/м; 6,2 нс/м (вычисленные как корень квадратный из собственных значений произведения матриц погонных коэффициентов электромагнитной и электростатической индукции). Минимальное значение разности погонных задержек мод равно 0,4 нс/м, следовательно, полное разложение импульсного сигнала длительностью t_Σ в отрезке линии передачи длиной возможно при условии

При указанных значениях параметров линии условие (1) и (2) для сигнала на фиг. 1в выполняется при =t_Σ/0,4 нс/м=0,3 нс/0,4 нс/м=0,75 м. Формы сигнала в начале и конце первого проводника показаны на фиг. 1в. Видно, что при этих параметрах выполняется разложение исходного сигнала на последовательность импульсов, максимальная амплитуда которых равна 1,25 B, что в 8 раз меньше амплитуды источника э.д.с.

Для сравнения выполнено моделирование для исходной структуры (прототипа). Поперечное сечение, структурная схема и формы сигналов на выходе приведены на фиг.2. Исходный сигнал разложился на два импульса, амплитуда которых составляет около 2,5 B, что в 4 раза меньше амплитуды источника э.д.с.

Устройство защиты, состоящее из трех в поперечном сечении одинаковых и прямоугольных проводников на диэлектрическом слое, причем первый и второй проводники расположены на одной его стороне, а третий - между ними по центру, отличающееся тем, что два дополнительных проводника расположены зеркально-симметрично относительно первого и второго проводников на обратной стороне диэлектрического слоя, третий проводник расположен в диэлектрическом слое на равном расстоянии от внешних проводников, толщина и относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического слоя равны 1,105 мм и 5, ширина всех проводников одинакова и равна 0,3 мм, толщина проводников равна 105 мкм, расстояние между проводниками равно 0,4 мм, на обоих концах устройства подключены резисторы сопротивлением 92 Ом между вторым и третьим проводниками, а также между двумя дополнительными и третьим 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 первым и третьим проводниками.