В.Ф. Дмитриков1, Д.В. Шушпанов2

1,2 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург, Россия)

1 Dmitrikov_VF@mail.ru, 2 dimasf@inbox.ru

Постановка проблемы. Провода - неотъемлемая часть любого радиоэлектронного устройства, но как отдельный элемент провод практически не изучен. Однако именно частотные характеристики комплексного сопротивления провода ограничивают частотные характеристики комплексного сопротивления дросселя, т.е. ограничивают частотный диапазон фильтра радиопомех. Поэтому очень важно понимать не только физику процессов, протекающих в проводе, но и какое влияние оказывают паразитные параметры провода на паразитные параметры других элементов цепи.

Цель. Описать физику возможных процессов, протекающих в электрическом проводе, и рассмотреть возможность применения термина «взаимной емкости» как дуального аналога термину «взаимная индуктивность».

Результаты. Предложено объяснение наличия емкости в схеме замещения провода через явление скин-эффекта. Выдвинута гипотеза об использования концепции емкостно-связанных цепей как дуального аналога индуктивно-связанных цепей. Установлено, что дуальность индуктивно-связанных цепей и емкостно-связанных цепей возможна только благодаря дуальности переменного вихревого магнитного поля и переменного вихревого электрического поля. На примере измеренных частотных характеристик комплексного сопротивления различного варианта параллельного соединения двух проводов показана состоятельность использования концепции емкостно-связанных цепей.

Практическая значимость. Глубокое понимание физики процессов, протекающих в электрическом проводе, позволяет создавать устройства с лучшими частотными характеристиками.

Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. К вопросу использования емкостно-связанных элементов для объяснения взаимного влияния электрических проводов // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 1. С. 15−30. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202401-03

1. Cuellar C. HF Characterization and Modeling of Magnetic Materials for the Passive Components Used in EMI Filters // PhD Doctoral, Electrical Engineering. University of Lille. Lille, France. 2013. 2010 p. URL: https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIB-RE/EDSPI/2013/50376-2013-Cuellar.pdf.
2. Бабунько С.А., Бажилов В.А., Белов Ю.Г. Автоматизированное проектирование СВЧ-устройств на чип-элементах // Антенны. 2010. № 7(158). С. 67-72.
3. Канаев К.А., Попов О.В., Борисов Г.Н., Тумашов А.В. Математическая модель и эквивалентная схема трехобмоточного трансформатора // Успехи современной радиоэлектроники. 2017. № 10. С. 70-75.
4. Дмитриков В.Ф., Исаев В.М., Куневич А.В. Разработка поведенческих моделей конденсаторов и дросселей с учетом частотных свойств диэлектрической и магнитной проницаемости диэлектриков и магнетиков // Наноиндустрия. 2020. Т. 13. № S4(99). С. 372–373. DOi: 10.22184/1993-8578.2020.13.4s.372.373.
5. Дмитриков В.Ф., Исаев В.М., Куневич А.В., Шушпанов Д.В., Петроченко А.Ю. Высокочастотная модель катушки индуктивности // Наноиндустрия. 2021. Т. 14. № S7(107). С. 415–417. DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.7S.415.417.
6. Taylor L., Tan W., Margueron X., Idir N. Reducing of parasitic inductive couplings effects in EMI filters // 2013 15th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE). Lille, France. 2013. Р. 1–8. DOI: 10.1109/EPE.2013.6634643.
7. Cuellar C., Idir N. Reduction of the parasitic couplings in the EMI filters to improve the high frequency insertion loss // IECON 2018. 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. 2018. Р. 5766–5771. DOI: 10.1109/IECON.2018.8591234.
8. Wang S., Lee F.C., van Wyk J.D. Integration of parasitic cancellation techniques for EMI filter design // 2008 Twenty-Third Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Austin, TX, USA. 2008, Р. 736–742. DOI: 10.1109/APEC.2008.4522803.
9. Wang S., Lee F.C., van Wyk J.D. Design of Inductor Winding Capacitance Cancellation for EMI Suppression // IEEE Transactions on Power Electronics. Nov. 2006. V. 21. № 6. Р. 1825–1832. DOI: 10.1109/TPEL.2006.882898.
10. Wang S., Lee F.C., van Wyk J.D. Inductor winding capacitance cancellation using mutual capacitance concept for noise reduction application // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. May 2006. V. 48. № 2. Р. 311–318. DOI: 10.1109/TEMC.2006.873867.
11. Yang Z.L. Mutual capacitance-duality principle evolved from planar network // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. Dec. 1992. V. 39. № 12. Р. 1005–1006. DOI: 10.1109/81.207722.
12. Massarini A., Kazimierczuk M.K. Self-capacitance of inductors // IEEE Transactions on Power Electronics. July 1997. V. 12. № 4. Р. 671–676. DOI: 10.1109/63.602562.
13. Cuellar C., Idir N., Benabou A. High Frequency Behavioral Ring Core Inductor Model // IEEE Transactions on Power Electronics. May 2016. V. 31. Is. 5. Р. 3763–3772. DOI: 10.1109/TPEL.2015.2460374.
14. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Эквивалентная схема замещения дросселя, намотанного на феррите, в широком диапазоне частот (0 Гц – 500 МГц) // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2021. Т. 24. № 4. С. 25–45. DOI: 10.18469/1810-3189.2021.24.4.25-45.
15. Salomez F., Videt A., Idir N. Modeling and Minimization of the Parasitic Capacitances of Single-Layer Toroidal Inductors // IEEE Transactions on Power Electronics. Oct. 2022. V. 37. № 10. Р. 12426–12436. DOI: 10.1109/TPEL.2022.3177642.
16. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В., Фоченков Э.А. Эквивалентная схема замещения дросселя на нанокристаллическом сердечнике с большой магнитной проницаемостью // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2022. Т. 25.
    № 4. С. 100–121. DOI: 10.18469/1810-3189.2022.25.4.100-121.
17. Матвеев А.В. Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа. 1983. 463 с.
18. Дмитриков В.Ф., Шушпанов Д.В. Эквивалентная схема замещения диэлектрика в широком диапазоне частот (0 Гц – 500 МГц) // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2022. Т. 25. № 3. С. 43–57. DOI: 10.18469/1810-3189.2022.25.3.43-57.
19. Белецкий А.Ф. Теория линейных электрических цепей: Учебник. Изд. 2-е, стер. СПб: Лань. 2009. 544 с.
20. ГОСТ 19880-74. Электротехника. Основные понятия. Термины и определения.
21. Мартенс Л.К. Техническая энциклопедия. Т. 7. М.: АО «Советская энциклопедия». 1929. 467 с.
22. Вильгельм Р., Уотерс М. Заземление нейтрали в высоковольтных системах: Пер. с англ. / Под ред. Д.В. Разевига. M.; Л.: Госэнергоиздат. 1959. 416 с.
23. Аполлонский С.М. Проблемы электромагнитной безопасности на железной дороге, электрифицированной постоянным током. Т.I. Электромагнитная безопасность на железной дороге с постоянным током в тяговой сети. М.: Русайнс. 2017. 386 с.
24. Ташлыкова-Бушкевич И.И. Физика: учебное пособие. В 2-х частях. Ч. 1. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. Электричество и магнетизм. Минск: БГУИР. 2006. 232 с.
25. Иоссель Ю.А., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-е. 1981. 288 с.
26. Kotny J.-L., Margueron X., Idir N. High-Frequency Model of the Coupled Inductors Used in EMI Filters // IEEE Transactions on Power Electronics. June 2012. V. 27. № 6. Р. 2805–2812. DOI: 10.1109/TPEL.2011.2175452.