МЕАНДРОВАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ ЛИНИЯ С ДВУМЯ ПАССИВНЫМИ ПРОВОДНИКАМИ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ
MEANDER MICROSTRIP LINE WITH TWO PASSIVE CONDUCTORS, PROTECTING AGAINST ULTRASHORT PULSES

В настоящее время актуальной задачей является защита радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ) наносекундного и субнаносекундного диапазонов, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Традиционными схемотехническими средствами защиты от таких импульсов 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 должную 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 меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов [Патент на изобретение № 2607252. Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов / Р.С. Суровцев, Т.Р. Газизов, А.В. Носов, А.М. Заболоцкий, С.П. Куксенко - Заявка № 2015129255; заявлен 16.07.2015; опубликован 10.01.2017], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды, с таким выбором параметров поперечного сечения линии, что одновременно обеспечиваются: равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, в который включена линия; значения минимальной из погонных задержек четной и нечетной мод линии, а также модуля их разности, умноженных на длину линии, большие, чем сумма длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося в линию.
Недостатком устройства-прототипа является недостаточное ослабление СКИ.
Заявляется линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце и диэлектрической среды, отличающаяся тем, что сигнальные проводники расположены между двумя дополнительно введенными пассивными проводниками на одной стороне диэлектрической подложки, каждый из которых расположен параллельно им и опорному проводнику и резисторами, соединяющими каждый конец пассивных проводников с опорным, при этом тракт, в который включена линия, и резисторы на концах пассивных проводников имеют сопротивление 50 Ом, а выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается разложение на последовательность из одиннадцати импульсов меньшей амплитуды, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего.
Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является увеличенное ослабление СКИ.
Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ, за счет его разложения на последовательность из одиннадцати импульсов: четырех основных импульсов меньшей амплитуды и семи дополнительных импульсов, возникающих из-за асимметрии поперечного сечения линии. Технический результат достигается за счет выбора параметров линии такими, чтобы обеспечивались указанные выше условия. За счет этого СКИ раскладывается на последовательность из одиннадцати импульсов меньшей амплитуды, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего: первый импульс - перекрестная наводка, наведенная с входа линии на ее выход; второй, четвертый, седьмой и одиннадцатый - импульсы первой, второй, третьей и четвертой мод линии; третий, пятый, шестой, восьмой, девятый и десятый импульсы - дополнительные, возникающие из-за асимметрии поперечного сечения линии. Разложением СКИ на последовательность импульсов уменьшается амплитуда выходного сигнала. Также к концу линии будут приходить импульсы разной полярности меньшей амплитуды, вызванные отражениями. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются ниже количественными оценками, полученными с помощью моделирования.
l
На фиг. 1 представлена схема соединений заявляемой линии. Она состоит из четырех проводников длиной , расположенных на одной стороне диэлектрической подложки, два из которых сигнальные, соединенные между собой на одном конце и расположенные между двумя пассивными проводниками. Один из сигнальных проводников соединен с источником ЭДС, а второй - с приемным устройством. Воздействующий импульс имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда ЭДС 1 В, длительность плоской вершины 100 пс, а фронта и спада - по 50 пс. Сопротивления генератора, приемного устройства и резисторов на концах пассивных проводников приняты равными по 50 Ом. На фиг. 2 представлено поперечное сечение заявляемой линии. Его параметры выбраны, чтобы выполнялись условия:
1
СКИ
2lτ≥t, (1)
2
1
СКИ
lτ≥lτ+t, (2)
1
3
2
СКИ
l(τ+τ)≥2lτ+t, (3)
3
2
СКИ
lτ≥lτ+t, (4)
1
4
3
СКИ
l(τ+τ)≥2lτ+t, (5)
4
3
СКИ
lτ≥lτ+t, (6)
l
t
1
4
CКИ
где  - длина отрезка линии передачи, τ-τ - погонные задержки мод линии, а  - общая длительность СКИ.
w
t
s
s
s
h
l
1
2
3
r
C
L
Z
Для подтверждения возможности выполнения условий (1)-(6) рассмотрим линию, на фиг. 1, со следующими параметрами поперечного сечения (фиг. 2): =400 мкм, =18 мкм, =110 мкм, ==40 мкм,=300 мкм, ε=25, =1,2 м. Вычисленные матрицы  и , а также :
1
2
3
4
Вычисленные погонные задержки мод:τ=10,86 нс/м, τ=11,49 нс/м, τ=12,48 нс/м, τ=14,61 нс/м. При подстановке известных переменных в (1)-(6) они выполняются с запасом. На фиг. 3 представлена форма напряжения на выходе заявляемой линии. Из нее видно, что СКИ представлен последовательностью из 11 импульсов с амплитудой, не превышающей 78 мВ, что составляет 15,6% от половины амплитуды ЭДС источника. Между тем в прототипе она составляет 40%. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия.