УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ С ВЫРАВНИВАНИЕМ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ МЕЖДУ ИМПУЛЬСАМИ РАЗЛОЖЕНИЯ, ВКЛЮЧАЯ КОМБИНАЦИОННЫЕ Российский патент 2024 года по МПК H04B15/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронных средств (РЭС) от помеховых сверхкоротких импульсов (СКИ), которые распространяются кондуктивным путем.

В настоящее время широко распространено применение различных радиоэлектронных средств (РЭС) практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Важной задачей при разработке РЭС является обеспечение требований по электромагнитной совместимости (ЭМС). Это связано с высокой практической значимостью корректного функционирования радиоэлектроники. Нарушение ЭМС РЭС может привести к различным негативным последствиям. Важным направлением ЭМС является защита РЭС от помех, которые проникают в них кондуктивным путем. В таком случае возникает необходимость в защите цепей питания, управления, синхронизации и других цепей, по которым распространяется полезный сигнал. Одним из опасных видов кондуктивных помех являются сверхкороткие импульсы (СКИ) субнаносекундной и наносекундной длительности. В зависимости от уровня напряжения воздействие СКИ может привести к функциональным поражениям или функциональным нарушениям (сбоям). Функциональные поражения возникают при воздействии СКИ с амплитудой, превышающей допустимые пороговые значения. В таком случае происходит изменение параметров или выход из строя систем из-за повреждения элементов и узлов. В случае, когда уровень наведенного СКИ становится сопоставимым с уровнем информационных сигналов (низковольтные помехи), может произойти разрушение обрабатываемой информации. В совокупности это может привести к потере информации, сбоям в каналах связи, отказам в системах управления и контроля. В связи с тем, что применение современных защитных устройств затруднительно по ряду причин (паразитные параметры элементов LC- и RC-фильтров, нестойкость полупроводниковых компонентов к радиации, пробой при высоких напряжениях, позднее срабатывание газоразрядных устройств, высокая стоимость и др.) актуальна разработка новых устройств защиты от СКИ.

Наиболее близким к заявляемому устройству является выбранное за прототип устройство защиты от импульсных сигналов с выравниванием амплитуд разложенных импульсов [Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р., Орлов П.Е. патент РФ на изобретение №2588603, опубликован 10.07.2016], 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, отличающееся тем, что цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивлений двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод.

Недостатками данного устройства являются недостаточное ослабление СКИ, малое значение интервалов времени между импульсами разложения, уменьшающее значение общей длительности СКИ, который может быть разложен, и наличие резисторов в начале и конце пассивного проводника из-за которых нет комбинационных импульсов.

Предлагается устройство защиты от импульсных сигналов с выравниванием временных интервалов между импульсами разложения, включая комбинационные, состоящее из трех параллельных проводников, 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, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом - с защищаемой цепью, цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, отличающееся тем, что первый и второй проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а третий проводник расположен симметрично первому относительно подложки на ее обратной стороне с обеспечением холостого хода в начале и короткого замыкания в конце для возникновения во временном отклике устройства импульсов с задержками, состоящими из комбинаций задержек основных мод, и выбором параметров поперечного сечения, обеспечивающих значение задержки одной моды в 2 раза больше другой, и как следствие равенство временных интервалов между всеми, включая комбинационные, импульсами разложения.

Техническим результатом является разложение СКИ на импульсы меньшей амплитуды, включая комбинационные, с увеличенным ослаблением, выравненными интервалами времени, значение которых увеличено, при отсутствии резисторов в начале и конце пассивного проводника.

Технический результат достигается за счет расположения пассивного проводника под активным, в результате чего возникает сильная лицевая связь, холостого хода в начале и короткого замыкания в конце пассивного проводника, использование ресурса комбинационных импульсов, а также за счет выбора параметров поперечного сечения, при которых задержка одной моды будет в 2 раза больше другой.

На фиг. 1а приведена эквивалентная схема, моделируемая для подтверждения реализуемости заявки. Первый (активный) проводник линии на одном конце соединен с источником СКИ, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е_г и внутренним сопротивлением R1. На другом конце первый проводник линии соединен с защищаемой цепью, представленной сопротивлением R2. Значения резисторов равны среднему геометрическому значению волновых сопротивлений двух мод линии. В начале третьего (пассивного) проводника обеспечивается режим холостого хода, а в конце - короткого замыкания, что приводит к возникновению комбинационных импульсов во временном отклике. Длина проводников l=1 м каждый. Воздействующий СКИ имеет форму трапеции с с э.д.с. 5 В и длительностями фронта, спада и плоской вершины по 50 пс.

На фиг. 1б представлено поперечное сечение заявленной линии, где w - ширина проводников, s - расстояние между проводниками, t - толщина проводников, h - толщина диэлектрика, ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость подложки. Проводники 1 и 2 (опорный) расположены на одной стороне диэлектрического слоя, а проводник 3 - на обратной. Значения параметров: w=5,6 мм, s=5,1 мм, h=0,1 мм, t=0,035 мм, ε_r=4.

Значения параметров поперечного сечения и длины линии выбраны исходя из условия равенства временных интервалов, которое заключается в том, чтобы задержка одной моды была в 2 раза больше другой и обеспечивает выравнивание 4 временных интервалов: между основными импульсами разложения с задержками ф_e и ф_o, между импульсами с задержками ф_o и 3ф_e, между импульсом с задержкой 3ф_e и комбинационным импульсом с задержкой 2ф_e+ф_o и между двумя комбинационными импульсами с задержками 2ф_e+ф_o и ф_e+2ф_o (Дt₄).

ф_o=2ф_e, (1)

где τ_e и τ_o - погонные задержки четной и нечетной мод.

Для демонстрации достижения технического результата выполнено моделирование временного отклика на воздействие СКИ амплитудой ЭДС 1 В и общей длительностью 150 пс. Моделирование выполнено с помощью квазистатического подхода, реализованного в системе TALGAT. Детально вычисление временного отклика на воздействие импульса описано, например, в пункте 1.2.1 монографии [Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Временной отклик многопроводных линий передачи. Томск: Томский государственный университет, 2007. 152 с.].

На фиг. 1в представлен результат моделирования временного отклика на выходе устройства (узел V). Наблюдаются импульсы четной и нечетной мод (ф_e и ф_o), отражение четной моды (3ф_e), а также комбинационные импульсы с задержками, состоящими из комбинаций основных мод (2ф_e+ф_o и ф_e+2ф_o). Значение U_max составило 0,02 В, что в 25 раз меньше половины ЭДС. Значения задержек при l=1 м: ф_el=3,35 нс, и ф_ol=6,57 нс. Интервалы между импульсами составили 3,22 нс, 3,48 нс, 3,22 нс и 3,22 нс, соответственно. В результате обеспечивается защита от СКИ с увеличенным коэффициентом ослабления, выравненными временными интервалами между всеми, включая комбинационные, импульсами разложения, значение которых увеличено, при отсутствии резисторов в начале и конце пассивного проводника. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлено заявленное устройство.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронных средств (РЭС) от помеховых сверхкоротких импульсов (СКИ), которые распространяются кондуктивным путем. Устройство защиты от импульсных сигналов с выравниванием временных интервалов между импульсами разложения, включая комбинационные, состоящее из трех параллельных проводников, 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, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, отличается тем, что первый и второй проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а третий проводник расположен симметрично первому относительно подложки на ее обратной стороне с обеспечением холостого хода в начале и короткого замыкания в конце для возникновения во временном отклике устройства импульсов с задержками, состоящими из комбинаций задержек основных мод, и выбором параметров поперечного сечения, обеспечивающим равенство временных интервалов между всеми, включая комбинационные, импульсами разложения, исходя из условия, при котором необходимо, чтобы задержка одной моды была в 2 раза больше другой. 1 ил.

Устройство защиты от импульсных сигналов с выравниванием временных интервалов между импульсами разложения, включая комбинационные, состоящее из трех параллельных проводников, 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, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, отличающееся тем, что первый и второй проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а третий проводник расположен симметрично первому относительно подложки на ее обратной стороне с обеспечением холостого хода в начале и короткого замыкания в конце для возникновения во временном отклике устройства импульсов с задержками, состоящими из комбинаций задержек основных мод, и выбором параметров поперечного сечения, обеспечивающим равенство временных интервалов между всеми, включая комбинационные, импульсами разложения, исходя из условия, при котором необходимо, чтобы задержка одной моды была в 2 раза больше другой.