СПОСОБ ТРАССИРОВКИ ПРОВОДНИКОВ МОДАЛЬНОГО ФИЛЬТРА НА ОСНОВЕ КАБЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2024 года по МПК H01B7/02 H02H3/22 

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

Сложность современной РЭА неуклонно возрастает с каждым годом, актуализируя проблемы обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) [W.A. Radasky and R. Hoad, “Recent Developments in High Power EM (HPEM) Standards With Emphasis on High Altitude Elec-tromagnetic Pulse (HEMP) and Intentional Electromagnetic Interference (IEMI),” IEEE Letters on Electromagnetic Compatibility Practice and Applications, vol. 2, no. 3, pp. 62-66, 2020.]. Защита РЭА от кондуктивных помех является одной из основных задач ЭМС. Кондуктивные помехи проникают в РЭА непосредственно по проводникам. Особую опасность представляют СКИ, обладающие широким спектром, большой мощностью и малой длительностью (нано- и субнаносекундный диапазоны). Они могут привести к различным негативным последствиям в работе РЭА. В то же время традиционные средства защиты от помех имеют ряд недостатков и могут затруднять защиту РЭА от СКИ, что может потребовать дополнительных мер защиты РЭА. Известны устройства защиты РЭА от СКИ, функционирующие по принципу модальной фильтрации, принцип которой заключается в разложении помехового импульса на последовательность импульсов меньшей амплитуды за счет различия задержек мод в линии передачи. Такие устройства называются модальными фильтрами и имеют варианты исполнения в виде печатных плат и кабельных структур. Между тем наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты реализации, а также близкое к общепринятому согласование с трактом 50 Ом, поэтому их дальнейшее совершенствование актуально.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является выбранный за прототип способ трассировки проводников модального фильтра с круговым сечением [Белоусов А.О., Газизов Т.Р. Патент РФ на изобретение № 2747104, опубликован 27.04.2021], в котором исполнение одного из сигнальных проводников полым позволяет уменьшить массу устройства с сохранением разложения СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды.

Недостатком такого технического решения является малое ослабление помехового импульса, нарушение согласования в тракте 50 Ом и усложненная реализация устройства при использовании полого проводника.

Предлагается способ трассировки круглых проводников, включающий трассировку центрального опорного проводника в круглом диэлектрическом слое, по краям которого симметрично расположены два других проводника - активный и пассивный, а вся структура помещена в круглый диэлектрический слой, отличающийся тем, что активный и пассивный проводники помещены в круглые диэлектрические слои, пассивный проводник выполнен сплошным, а вся структура помещена во внешний круглый диэлектрический слой.

Технический результат является увеличение ослабления помехового импульса, согласование с трактом 50 Ом и упрощение реализации при сохранении разложения помехового импульса на последовательность импульсов меньшей амплитуды.

Увеличение ослабления достигается за счет разделения диэлектрических сред посредством добавления круглых диэлектрических слоев вокруг активного и пассивного проводников внутри структуры и внешнего слоя вокруг структуры, со значениями относительных диэлектрических проницаемостей, отличных от значения внутреннего заполнения. Согласование с трактом 50 Ом достигается за счет исполнения пассивного проводника сплошным. Упрощение реализации также достигается за счет исполнения пассивного проводника сплошным и добавления круглых диэлектрических слоев вокруг активного и пассивного проводников, что фактически приводит их к стандартному виду промышленных проводов, упрощая реализацию. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются количественными оценками, приведенными ниже, полученными с помощью моделирования.

Достижимость технического результата продемонстрирована на примере распространения подаваемой между активным (А) и опорным (О) проводниками импульсной помехи с ЭДС 1 В и длительностями фронта, спада и плоской вершины по 100 пс в модальном фильтре на основе кабельной структуры длиной 500 мм, где П - пассивный проводник, r₁ - радиус проводников, r₂ - радиус диэлектрических слоев вокруг проводников, r₃ - радиус внутреннего диэлектрического заполнения, r₄ - радиус внешнего диэлектрического слоя, ε_r1 - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха, ε_r2 - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрических слоев вокруг проводников, ε_r3 - относительная диэлектрическая проницаемость внутреннего заполнения на основе радиопоглощающего материала, ε_r4 - относительная диэлектрическая проницаемость внешнего диэлектрического слоя (фиг. 1). Значения параметров: r₁=1,4 мм, r₂=2,2 мм, r₃=10 мм, r₄=12 мм, ε_r1=1, ε_r2=4,2, ε_r3=17, ε_r4=2. Они соответствуют геометрическим и электрофизическим параметрам, используемым в производстве проводов и изоляционных материалов. Так, значения радиусов проводников r₁ и круглых диэлектрических слоев вокруг них r₂ приняты равными размерам медных проводов ПВ-1. Значение r₃ принято равным размерам распространенного кабеля ВБШвнг(А)-Ls, а r₄ - кабеля РК 75-24-17. Значения диэлектрических проницаемостей приняты равными реальными значениями ПВХ-пластиката (ε_r2), радиопоглощающего материала ЗИПСИЛ 410 РПМ-Л (ε_r3) и тефлона (ε_r4), соответственно. Активный и пассивный проводники расположены симметрично друг другу на разных сторонах диэлектрического слоя опорного проводника, при этом пассивный - выполнен сплошным.

На фиг. 2 приведена эквивалентная схема структуры. Она состоит из двух (не считая опорного) проводников длиной l, равной 500 мм. Активный проводник соединен на одном конце с источником сигналов, представленным на схеме идеальным источником ЭДС E (1 В) с внутренним сопротивлением R_Г, а на другом конце соединен с защищаемой цепью, представленной на схеме эквивалентным сопротивлением R_Н. Резисторы R подсоединены в начале и конце пассивного проводника. Значения резисторов R_Г, R_Н и R приняты равными 50 Ом, среднегеометрическое значение волновых сопротивлений четной (65,5 Ом) и нечетной (38,8 Ом) мод составляет 50,4 Ом. При этом в прототипе значения резисторов R_Г, R_Н и R приняты равными среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной (36,2 Ом) и нечетной (46,9 Ом) мод, равному 41,2 Ом.

На фиг. 3 показаны формы ЭДС (V₁) и напряжений на входе (V₂) и выходе (V₄) структуры. Видно, что при прохождении по линии СКИ раскладывается на 2 импульса. Максимальное напряжение на входе составляет 0,5 В (при согласовании с трактом 50 Ом), на выходе - 0,246 В, что не превышает 50% от половины ЭДС. При том же воздействии, максимальное напряжение на входе прототипа составляет 0,5 В (при согласовании с трактом 41,2 Ом), а на выходе - 0,249 В, не превышая 50% от половины ЭДС.

Таким образом, показан технический результат - увеличение ослабления помехового импульса, согласование с трактом 50 Ом и упрощение реализации при сохранении разложения помехового импульса на последовательность импульсов меньшей амплитуды.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для защиты РЭА от сверхкоротких импульсов. Технический результат изобретения заключается в увеличении ослабления помехового импульса, согласовании с трактом 50 Ом и упрощении реализации устройства при сохранении разложения помехового импульса на последовательность импульсов меньшей амплитуды. Такой результат обеспечивается за счет того, что активный и пассивный проводники модального фильтра помещены в круглые диэлектрические слои, при этом пассивный проводник выполнен сплошным, а вся структура помещена во внешний круглый диэлектрический слой. 3 ил.

Способ трассировки круглых проводников, включающий трассировку центрального опорного проводника в круглом диэлектрическом слое, по краям которого симметрично расположены два других проводника – активный и пассивный, а вся структура помещена в круглый диэлектрический слой, отличающийся тем, что активный и пассивный проводники помещены в круглые диэлектрические слои, пассивный проводник выполнен сплошным, а вся структура помещена во внешний круглый диэлектрический слой.