МОДИФИЦИРОВАННАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ
MODIFIED MICROSTRIP LINE PROTECTING FROM ULTRASHORT PULSES

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 СП., 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 устройство микрополосковой линии задержки для защиты от сверхкоротких импульсов, 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 выполнены два выреза, которые параллельны и равны по длине проводнику, в устройство добавлены два резистора, соединяющие концы проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, с проводящей пластиной, при этом устройство выполнено таким образом, что значение длины линии, умноженное на 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, а выбор параметров резисторов зависит от их поперечного сечения и расстояния между проводниками, а также относительной диэлектрической проницаемости,  обеспечивающих  минимизацию амплитуды сигнала на выходе.
Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является возможность его использования для защиты от СКИ.
Техническим результатом является возможность защиты от СКИ. Он достигается за счет разложения СКИ на импульсы меньшей амплитуды.
На фиг. 1а приведена эквивалентная схема заявляемой линии. Она состоит из трех параллельных проводников длиной  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 самом устройстве источника СКИ нет). На другом конце первый проводник линии соединен с нагрузкой, представленный сопротивлением R4 (в самом устройстве нагрузки нет). Начало проводника, образованного в проводящей пластине между двумя вырезами, подключено к пластине (схемной земле) через резистор R2, а конец- через резистор R5. R3 и R6 - малые
сопротивления перемычек между частями разрезанной пластины, т.е. в самом устройстве этих резисторов как компонентов нет, а при моделировании принять R3=R6=0,001 Ом. Значения сопротивлений R1=R2=R4=R5=50 Ом. Воздействующий СКИ имеет форму трапеции с  параметрами: амплитуда - 2 В, нарастание - 150 пс, плоская вершина - 200 пс, спад - 150 пс.
r
1
2
3
r
1
2
3
На фиг. 1б приведено поперечное сечение завяленного устройства. Параметры поперечного сечения: ε - относительная диэлектрическая проницаемость, w, w, w и t - ширина и толщина проводников, h - толщина диэлектрика, s - расстояние между проводниками. Значения параметров: ε=4,5, w=w=2,1 мм, w=0,5 мм, s=3,5 мм, h=0,18 мм, t=35 мкм.
Значения параметров поперечного сечения и длины линии обеспечивают минимальную амплитуду сигнала на выходе и выполнение условия
2
1
r
d
ƒ
где τ-τ - разность максимальной погонной задержки мод линии и наибольшей из остальных, t, t и t - 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, а амплитуда импульсов является минимальной и одинаковой (0,21 В). На фиг. 2 приведена соответствующая форма сигнала в начале и конце линии. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлено заявленное устройство.