ПОЛОСКОВАЯ СТРУКТУРА С ЛИЦЕВОЙ СВЯЗЬЮ, ЗАЩИЩАЮЩАЯ ОТ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ В СИНФАЗНОМ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОМ РЕЖИМАХ Российский патент 2024 года по МПК H01P3/08 H04B15/02 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ).

На текущий момент наблюдается интенсивное распространение радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) во всех отраслях жизнедеятельности человека. Эксплуатация РЭА сопряжена с риском нарушений ее работы или отказами. От правильного функционирования РЭА зависит успех проекта, что накладывает дополнительные требования к надежности и обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Увеличение плотности монтажа, рабочих частот и количества межсоединений проводников приводит к ухудшению ЭМС. РЭА, по мере увеличения быстродействия, становится чувствительнее к импульсным помехам, ранее не оказывающим значительного влияния на ее работу, но теперь способные приводить к ложным срабатываниям и сбоям. Важным направлением ЭМС является защита РЭА от помех, проникающих в электронику по проводникам цепей питания и интерфейсов. Наиболее опасным помеховым воздействием является сверхкороткий импульс (СКИ), который характеризуется малой длительностью воздействия. Такой импульс обладает спектром, перекрывающим широкий диапазон частот, в результате традиционные средства ограничения импульсных помех оказываются неэффективными. Распространяясь по проводникам, СКИ приводит к пробою диэлектриков и полупроводников, повреждая оборудование. Для защиты от СКИ существуют устройства, в основе работы которых лежат модальные искажения, возникающие в линиях передачи из-за разности задержек мод. К таким устройствам относят модальные фильтры (МФ) и защитные меандровые линии. Ослабление СКИ требуется, как в синфазном, так и в дифференциальном режимах, что достигается при использовании подобных устройств.

Известно устройство защиты, представляющее собой модальный фильтр с лицевой связью [Газизов А.Т., Заболоцкий А.М., Газизов Т.Р. Измерение и моделирование временного отклика печатных модальных фильтров с лицевой связью // Радиотехника и электроника. - 2018. - Т. 63. - №. 3. - С. 292-298], состоящий из опорного проводника и двух параллельных ему проводников и диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, и значение минимального модуля разности погонных задержек мод линии, умноженное на длину линии, не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося между сигнальным и опорным проводниками.

Недостатком устройства является отсутствие возможности работы в синфазном и дифференциальном режимах одновременно.

Наиболее близким к заявляемому устройству является полосковая структура, защищающая от сверхкоротких импульсов в дифференциальном и синфазном режимах [Патент на изобретение №2748423. Полосковая структура, защищающая от сверхкоротких импульсов в дифференциальном и синфазном режимах / В.П. Костелецкий, А.М. Заболоцкий], состоящая из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, со стороны пассивного проводника через воздушный зазор расположена аналогичная структура центрально-симметрично относительно центра поперечного сечения всей полосковой структуры, добавлен прямоугольный в поперечном сечении электрический экран, ширина опорных проводников больше ширины остальных, а их внешняя торцевая сторона соединена по всей длине с экраном, между экраном и проводниками в верхней и нижней частях структуры есть одинаковые воздушные зазоры, на дальнем конце пассивные проводники соединены с экраном, все проводники расположены на одинаковом расстоянии от вертикальной оси, проходящей через центр симметрии.

Недостатками устройства являются большая масса и сложность конструкции, вызванные применением электрического экрана, использованием дополнительной структуры на отдельной диэлектрической подложке и наличием между структурами воздушного зазора определенной толщины.

Предлагается устройство защиты, состоящее из полосковой структуры, состоящей из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, отличающееся тем, что пассивный проводник продлен до уровня внешнего края опорного проводника, а аналогичная структура расположена центрально-симметрично со стороны левого края поперечного сечения всей полосковой структуры.

Технический результат состоит в увеличении уровней ослабления помеховых сигналов как в синфазном, так и в дифференциальном режимах воздействия.

Технический результат достигается за счет усиления связей между активными и пассивными проводниками путем увеличения ширины пассивных проводников и расположения их на обеих сторонах диэлектрической подложки, применением комбинации оконечных нагрузок на ближнем и дальнем концах пассивных проводников, а также сохранением центральной симметрии поперечного сечения.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение заявляемой структуры. Активный и опорный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному и опорному проводникам на другой стороне диэлектрической подложки, ширина пассивного проводника равна ширинам активного и опорного проводников и расстоянию между ними. Аналогичная структура расположена центрально-симметрично со стороны левого края поперечного сечения всей полосковой структуры. Параметры поперечного сечения: w - ширина активных и опорных проводников, w₁ - ширина пассивных проводников, s - расстояние между проводниками, t - толщина проводников, h - толщина диэлектрического слоя структур, g - защитный интервал между проводниками и краями структуры. Значения параметров: w = 10 мм, w₁ = 21 мм, s = 2 мм, t = 0,105 мм, h = 0,36 мм, ε_r1 = 1, ε_r2 = 20.

На фиг. 2 приведена схема соединений структуры. Она состоит из шести проводников одинаковой длины l = 100 мм, два из которых (опорные) представлены на схеме обозначением схемной земли, источников импульсных сигналов, представленных идеальными источниками э.д.с. Е_Г1 и Е_Г2 с внутренними сопротивлениями R_Г, которые подсоединены к активным проводникам на ближнем конце, и нагрузочных резисторов R_Н, которые подсоединены к активным проводникам на дальнем конце заявляемой структуры. Значения всех резисторов, представленных на схеме, равны 50 Ом. На ближнем и дальнем концах пассивных линий используются оконечные нагрузки в виде холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ) соответственно. В качестве входного сигнала используется трапециевидный импульс, длительности фронта, спада и плоской вершины выбраны равными по 100 пс, а амплитуда э.д.с. источника - изменяется в зависимости от режима воздействия помехи. Для реализации синфазного режима амплитуда э.д.с. источников Е_Г1 = 1 В, а Е_Г2 = 1 В. Для реализации дифференциального режима амплитуда э.д.с. источников Е_Г1 = 0,5 В, а Е_Г2 = -0,5 В. Проводники, к которым подключены источники э.д.с., являются активными.

На фиг. 3 представлены результаты вычислительного эксперимента в синфазном (--) и дифференциальном (---) режимах работы, из которых наблюдается ослабление воздействующего импульсного сигнала за счет его разложения на импульсы меньшей амплитуды относительно половины уровня входной э.д.с., а также частичного отражения из-за оконечных нагрузок на ближнем и дальнем концах пассивных линии. Максимальное напряжение импульсов на выходе составило 99 мВ для синфазного и 93 мВ для дифференциального режимов. Вносимые потери составили 14,05 дБ и 14,54 дБ для дифференциального и синфазного режимов соответственно.

Устройство работает следующим образом: на вход устройства, на активные проводники относительно опорных проводников, подаются помеховые импульсы - в синфазном режиме однополярные, в дифференциальном разнополярные: распространяясь вдоль структуры, помеховые импульсы раскладываются на последовательность импульсов с меньшей амплитудой относительно половины уровня входной э.д.с., за счет модального разложения сигнала и конфигурации оконечных нагрузок пассивных линий на ближнем и дальнем концах. Таким образом, устройство способно ослаблять помеховый сигнал как в синфазном, так и в дифференциальном режимах воздействия помехового сигнала.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты различной аппаратуры, преимущественно критичной к воздействию сверхкоротких импульсов (СКИ), передающихся по проводникам. Технический результат заключается в увеличении уровней ослабления помеховых сигналов как в синфазном, так и в дифференциальном режимах воздействия. Предложено устройство защиты, состоящее из полосковой структуры, которая состоит из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки. Пассивный проводник продлен до уровня внешнего края опорного проводника, а аналогичная структура расположена центрально-симметрично со стороны левого края поперечного сечения всей полосковой структуры. Технический результат достигается за счет усиления связей между активными и пассивными проводниками путем увеличения ширины пассивных проводников и расположения их на обеих сторонах диэлектрической подложки, применения комбинации оконечных нагрузок на ближнем и дальнем концах пассивных проводников, а также сохранения центральной симметрии поперечного сечения. 3 ил.

Устройство защиты, состоящее из полосковой структуры, состоящей из опорного проводника и двух параллельных ему проводников, а также диэлектрической среды, состоящей из диэлектрической подложки и окружающего воздуха, так что опорный и активный проводники расположены на одной стороне диэлектрической подложки, а пассивный проводник расположен симметрично активному проводнику на другой стороне диэлектрической подложки, отличающееся тем, что пассивный проводник продлен до уровня внешнего края опорного проводника, а аналогичная структура расположена центрально-симметрично со стороны левого края поперечного сечения всей полосковой структуры.