МЕАНДРОВАЯ ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ ИЗ ДВУХ ВИТКОВ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ
MEANDER DELAY LINE OF TWO COILS, WHICH PROTECTS FROM ULTRASHORT PULSES

Изобретение относится к радиотехнике 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 близкой к заявляемому устройству является линия задержки, неискажающая импульс [Патент РФ на изобретение №2556438. Суровцев Р.С., Заболоцкий A.M., Газизов Т.Р. Линия задержки, неискажающая импульс. Заявка №2013159347/08(092269). Приоритет изобретения 30.12.2013.], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды, имеющая равные погонные задержки четной и нечетной моды линии, а произведение их суммы на длину линии больше или равно сумме длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса.
Недостатком устройства-прототипа является отсутствие у него возможности защиты от СКИ.
Предлагается линия задержки, включающая виток, состоящий из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, имеющий произведение суммы погонных задержек четной и нечетной мод линии на его длину не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульсного сигнала, при этом проводники помещены в воздух, к второму концу витка подсоединен точно такой же виток, без электромагнитной связи с проводниками первого витка, выбором параметров обеих структур одновременно обеспечиваются равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, в который включена линия, и минимизация амплитуды сигнала на выходе линии.
Техническим результатом является ослабление амплитуды СКИ. Ослабление выполняется за счет разложения СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды.
Реализуемость предлагаемой линии показана на фиг. 1.
а
Г
Г
Н
Г
Н
На фиг. 1 приведена схема соединений заявляемой линии с внешними устройствами. Витки меандровой линии соединены между собой последовательно. Первый из сигнальных проводников первого витка соединен с источником импульсных сигналов, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е и внутренним сопротивлением R. Конец второго сигнального проводника второго витка линии соединен с приемным устройством, представленным на схеме сопротивлением R. Значения R и R для минимизации отражения сигнала на концах проводников линии приняты равными среднему геометрическому волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии.
б
На фиг. 1 приведено поперечное сечение одного витка меандровой линии, который состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников. Параметры поперечного сечения: w и t - ширина и толщина проводника соответственно, s - расстояние между проводниками, h - расстояние от слоя земли до сигнального проводника.
в
На фиг. 1 приведены э.д.с. источника и формы сигнала в начале и конце меандровой линии. Воздействующий импульс имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда э.д.с. 1В, длительность плоской вершины 100 пс, а фронта и спада - по 50 пс.
а
б
Для пояснения реализуемости линии задержки рассмотрим линию, приведенную на фиг. 1, для поперечного сечения на фиг. 1. Исходные параметры поперечного сечения каждого из витков линии сначала соответствуют следующим соотношениям: w/h=t/h=0,5, s/h=0,5. Длина каждого из витков линии выбрана так, чтобы для каждого из них обеспечивалось условие
r
d
где τ - погонная задержка четной или нечетной моды линии при условии их равенства, t, t и  - длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно. Так как линия находится в воздушном диэлектрическом заполнении, то
е
o
где τ и τ - погонные задержки четной и нечетной мод.
Выполнение условий (1) и (2) отдельно для первого и второго витков линии обеспечивает прохождение импульсного сигнала по линии, состоящей из двух витков, без искажения его формы перекрестными наводками.
Для выполнения условия (1) достаточно значений длин каждого из витков линии l=29,98 мм. Изменение формы сигнала в конце линии при l=10, 20, 30, 40 мм показано на фиг. 2. Видно, что при l=30 мм сигнал на выходе линии не искажен перекрестными наводками и выполняется условие (1). Значение l=40 мм является избыточным, поэтому дальнейшее моделирование выполнено при l=30 мм.
Для демонстрации достижения технического результата выполнено усиление торцевой связи между сигнальными проводниками в каждом витке за счет уменьшения расстояния между ними (s). На фиг. 3 приведены формы сигналов в конце меандровой линии при s/h=0,4, 0,3, 0,2. Видно, что с уменьшением s увеличивается амплитуда второго положительного импульса, а амплитуда третьего положительного импульса, наоборот, уменьшается. В диапазоне между s/h=0,3 и 0,2 существует оптимальное значение s/h, при котором второй и третий импульсы имеют одинаковую амплитуду, которая является минимальной.
opt
opt
На фиг. 4 приведен технический результат, на достижение которого направлено изобретение. При выборе оптимального отношения расстояния между сигнальными проводниками к расстоянию между опорным и сигнальным проводниками s/h=0,28 в конце линии наблюдается разложение исходного сигнала на последовательность импульсов меньшей амплитуды. Второй и третий импульсы имеют положительную полярность и одинаковую амплитуду (V=0,3В), которая является максимальной и составляет 60% от амплитуды сигнала в начале линии. Остальные импульсы, по сравнению со вторым и третьим имеют меньшую амплитуду. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия.