Р.С. Суровцев1, С. Карри2, И.А. Скорняков3

1–3 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (г. Томск, Россия)

1 surovtsevrs@gmail.com, 2 karrisalim.h@gmail.com, 3 ivan_sk94@mail.ru

Постановка проблемы. Обеспечение функциональной безопасности радиоэлектронных средств (РЭС) в условиях электромагнитных воздействий (ЭМВ) актуально в связи с уменьшением порога их восприимчивости из-за увеличения плотности монтажа печатных плат и граничных частот спектра используемых сигналов. Это ведет к тому, что РЭС становятся более уязвимыми к ЭМВ, а такие традиционные решения, как RLC-фильтры или газоразрядники не всегда способны обеспечить защиту от них. В связи с этим поиск и исследование новых решений для защиты РЭС не теряют актуальности. Внимания заслуживают полосковые устройства защиты от ЭМВ с модальным разложением, например, на основе одного витка меандровой линии (МЛ). Однако такое применение МЛ требует увеличения длины витка (до нескольких метров) даже при сравнительно малой длительности помехи. Поэтому актуален поиск путей к уменьшению их габаритов. Одним из них является сворачивание витка МЛ с сильной связью между проводниками в меандр со слабой связью между его полувитками. Подход ограничивается выбором оптимального расстояния между полувитками меандра, поскольку их избыточная близость может приводить к ухудшению модального разложения. Уменьшить расстояние можно за счёт размещения дополнительных опорных проводников между полувитками.

Цель. Выполнить комплексное исследование влияния дополнительных опорных проводников на характеристики полосковых устройств с модальным разложением на основе витка МЛ.

Результаты. Оценена с помощью численного моделирования возможность миниатюризации устройств. Подтверждено, что добавление дополнительных опорных проводников даёт возможность увеличить длину устройства на заданной исходной площади либо уменьшить размеры устройства на плате с сохранением защитных характеристик. Показан рост ослабления на примере импульсного воздействия в 1,3 раза.

Практическая значимость. Результаты исследования показывают возможности миниатюризации полосковых устройств с модальным разложением на заданной площади печатной платы с сохранением защитных характеристик.

Суровцев Р.С., Карри С., Скорняков И.А. Комплексное исследование влияния дополнительных опорных проводников на характеристики полосковых устройств с модальным разложением на основе витка меандровой линии // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 2. С. 30−43. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202402-04

1. Сидоров А.В., Бокова О.И., Хохлов Н.С. Электромагнитный терроризм как источник угроз инфокоммуникационным системам связи и управления // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2014. № 13. С. 106–109.
2. Tihanyi L. EMC in power electronics. N.J.: IEEE Press. 1995. 415 p.
3. ГОСТ Р 51318.11–2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Промышленные, научные, медицинские и бытовые (ПНМБ) высокочастотные устройства. Радиопомехи индустриальные. Нормы и методы измерений. М.: Стандартинформ. 2007. 39 с.
4. Сахаров К.Ю., Соколов А.А., Михеев О.В., Туркин В.А., Корнев А.Н., Долбня С.Н., Певнев А.В. Исследование функционирования локальной вычислительной сети в условиях воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов // Технологии электромагнитной совместимости. 2006. № 3(18). С. 36–40.
5. Гизатуллин З.М. Помехоустойчивость средств вычислительной техники внутри зданий при широкополосных электромагнитных воздействиях. Казань: Издательств КГТУ. 2012. 254 с.
6. Gizatullin Z.M., Gizatullin R.M. Investigation of the immunity of computer equipment to the power-line electromagnetic interference // Journal of Communications Technology and Electronics. 2016. V. 61. № 5. P. 546–550. DOI 10.1134/S1064226916050053.
7. Mora N., Vega F., Lugrin G., Rachidi F., Rubinstein M. Study and classification of potential IEMI sources // System and assessment notes. 2014. № 41. P. 92.
8. Weber T., Krzikalla R., Ter Haseborg L. Linear and nonlinear filters suppressing UWB pulses // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2004. V. 46. № 3. P. 423–430. DOI 10.1109/TEMC.2004.831887.
9. Krzikalla R., Luiken J., Ter Haseborg L. Systematic description of the protection capability of protection elements // IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. Honolulu, USA. 2007. P. 1–5. DOI 10.1109/ISEMC.2007.177.
10. Cui Q., Dong S., Han Y. Investigation of waffle structure SCR for electrostatic discharge (ESD) protection // IEEE International Conference on Electron Devices and Solid State Circuit. Bangkok, Thailand. 2012. P. 1–4. DOI 10.1109/EDSSC.2012.6482791.
11. Hayashi H., Kuroda T., Kato K., Fukuda K., Baba S., Fukuda Y. ESD Protection Design Optimization Using a Mixed-Mode Simulation and Its Impact on ESD Protection Design of Power Bus Line Resistance // International Conference On Simulation of Semiconductor Processes and Devices. Tokyo, Japan. 2005. P. 99–102. DOI 10.1109/SISPAD.2005.201482.
12. Surovtsev R.S., Nosov A.V., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. Possibility of protection against UWB pulses based on a turn of a meander microstrip line // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2017. V. 59. № 6. P. 1864–1871. DOI 10.1109/TEMC.2017.2678019.
13. Surovtsev R.S., Nosov A.V., Gazizov T.R. Comparison of time responses of a meander line turn to ultrashort pulse excitation // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2022. V. 64. № 4. P. 1265–1269. DOI 10.1109/TEMC.2022.3162640.
14. Скорняков И.А., Суровцев Р.С. Анализ влияния ширины развязывающей трассы на амплитуду перекрестных наводок в связанной двухпроводной линии // Сборник избранных статей междунар. науч.-технич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР–2021». Томск, Россия. 2021. Ч. 2. С. 86–91.
15. Суровцев Р.С., Скорняков И.А., Карри С. Миниатюризация устройства на основе витка меандровой линии с помощью дополнительных заземленных проводников // Доклады ТУСУР. 2022. Т. 25. № 3. С. 14–20.
16. Семенов Э.В., Маничкин А.Н., Малютин Н.Д. Особенности импульсных последовательностей, формируемых фазовыми фильтрами на основе C-секций с периодической характеристикой группового времени запаздывания // Радиотехника. 2006. № 6. С. 27–30.
17. Demakov A.V., Komnatnov M.E. TEM cell for Testing Low-profile Integrated Circuits for EMC // International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. 2020. P. 154–158. DOI 10.1109/EDM49804.2020.9153508.
18. IEC 62132–2 Integrated Circuits. Measurement of Electromagnetic Immunity. Part 2. Measurement of Radiated Immunity, TEM Cell and Wideband TEM Cell Method. First Edit. 2010.
19. PathWave Advanced Design System. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.keysight.com/us/en/products/soft­ware/pathwave-design-software, дата обращения 05.04.2023.
20. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир. 1979. 392 с.
21. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир. 1975. 541 с.
22. PathWave EM Design. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.keysight.com/us/en/products/software/pathwave-design-software/pathwave-em-design-software.html, дата обращения 05.05.2023.
23. Giri D. High-power electromagnetic radiators: nonlethal weapons and other applications. Cambridge: Harvard University Press. 2004.
24. Baum C.E. Norms and eigenvector norms // Mathematics Notes. 1979. V. 63. P. 1–42.
25. MIL-STD-461F. Requirements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment. Interface Standard. 2007.