В.О. Гордеева1

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

1 viktoriia.gordeeva@tusur.ru

Постановка проблемы. Современные радиоэлектронные средства (РЭС) должны удовлетворять жестким требованиям к обеспечению их электромагнитной совместимости (ЭМС) и устойчивости к преднамеренным помехам, среди которых наиболее опасны сверхкороткие импульсы (СКИ), проникающие в РЭС по сигнальным и питающим цепям. Для подавления СКИ применяют модальные фильтры (МФ), раскладывающие эти импульсы на последовательность импульсов ме́ньшей амплитуды за счет различий задержек мод. На этапе проектирования МФ выполняется оптимизация по различным критериям, однако критерий, сохраняющий качество полезного сигнала, отсутствует. В настоящее время универсальным методом оценки целостности сигнала является глазковая диаграмма, раскрытие которой напрямую связано с наличием искажений, затухания и интерференции. Следовательно, требуется критерий оптимизации МФ на основе анализа глазковой диаграммы (глазковый критерий), ориентированный на увеличение степени ее раскрытия как показателя качества передачи сигнала.

Цель. Сформулировать критерий оптимизации МФ на основе анализа глазковой диаграммы в аналитическом виде и выполнить его апробацию посредством оптимизации реальных конфигураций МФ на основе полосковых структур глобальным алгоритмом.

Результаты. Разработаны глазковые критерии оптимизации, базирующиеся на максимизации разности между 90- и 10-м процентилями амплитуды сигнала. Выполнена апробация критерия максимизации высоты глаза на примере МФ на основе трехпроводной микрополосковой линии (МФ 1) и двухпроводной полосковой линии с лицевой связью (МФ 2). Установлено, что для МФ 1 в результате оптимизации разность процентилей напряжения увеличилась с 469,6 мВ до 496,7 мВ (увеличение высоты глазковой диаграммы на 2,8 %), а для МФ 2 – с 125,8 мВ до 255,4 мВ (увеличение на 34 %). Выявлено, что приемлемое качество оптимизации достигается уже при 50 вычислениях посредством эволюционных стратегий.

Практическая значимость. Применение представленных глазковых критериев при оптимизации МФ значительно расширяет инструментарий разработчиков и инженеров, позволяя не только обеспечивать эффективную защиту РЭС от сверхширокополосных импульсных воздействий, но и минимизировать влияние МФ на целостность полезных сигналов, что увеличивает раскрытие глазковой диаграммы примерно в 2 раза (при использовании критерия максимизации высоты глаза).

Гордеева В.О. Оптимизация полосковых модальных фильтров с сохранением целостности полезных сигналов // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 8. С. 5−13. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202608-01

1. Гизатуллин З.М. Помехоустойчивость средств вычислительной техники внутри зданий при широкополосных электромагнитных воздействиях. Монография. Казань: Изд-во Казанского гос. технич. ун-та. 2012. 254 с.
2. Chen Z., Claeys T., Deseine R., Catrysse J., Pissoort D. Influences of wiring inside ready-made connecting devices on EMI in medical electronic systems // IEEE Letters on Electromagnetic Compatibility Practice and Applications. 2023. V. 5. № 4. P. 142–148. DOI: 10.1109/LEMCPA.2023.3286727.
3. Alnamir H. Study of low frequency electromagnetic interference problems in hospital environment // 2019 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). 2019. P. 1–5. DOI: 10.1109/ATEE.2019.8724736.
4. Luo X., Tian J. Reducing electromagnetic interference in printed circuit board // 2022 International Conference on Applied Physics and Computing (ICAPC). 2022. P. 314–319. DOI: 10.1109/ICAPC57304.2022.00066.
5. Garg S., Lashkari H.M.E., Pokale H. Electromagnetic compatibility: challenges, solutions, and best practices for mitigating EMI in electronic systems // Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT). 2023. P. 1–5. DOI: 10.1109/i-PACT58649.2023.10434907.
6. Zhang Y., Zhou C., Carr J., Srednicki J.R. Improving battery design for electromagnetic compatibility: a magnetic field cancellation method // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2024, V. 67. № 1. P. 51–59. DOI: 10.1109/TEMC.2024.3421377.
7. Mora N., Vega F., Lugrin G., Rachidi F., Rubinstein M. Study and classification of potential IEMI sources // System and assessment notes. 8 July 2014. Note 41.
8. Zhang J., Ning C., Heng J., Yu S., Zhang Z. Ultra-short pulse generation from optical parametric oscillators with a cavity-length detuning // IEEE Photonics Technology Letters. 2022. V. 34. № 5. P. 263–266. DOI: 10.1109/LPT.2022.3149528.
9. Gaynutdinov R., Chermoshentsev S. Studies of electromagnetic disturbances in coupling path by application of intentional ultrashort electromagnetic pulses // 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS). 2019. P. 1–4. DOI: 10.1109/ICOECS46375.2019.8949973.
10. Егоров А.Б., Сотников А.М., Рыбалко И.Ф. Воздействие мощного электромагнитного излучения на радиоэлектронные средства // Сб. науч. трудов ДонИЖТ. 2012. № 29. С. 49–54.
11. Gazizov A.T., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. UWB pulse decomposition in simple printed structures // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2016. V. 58. № 4. P. 1136–1142. DOI: 10.1109/TEMC.2016.2548783.
12. Belousov A.O., Gordeyeva V.O. Optimization of protective devices with modal phenomena using global optimization algorithms // Mathematical Models and Computer Simulations. 2024. V. 16. Suppl. 1. P. S12–S35. DOI: 10.1134/S2070048224700777.
13. Belousov A.O., Gazizov T.R. Systematic approach to optimization for protection against intentional ultrashort pulses based on multiconductor modal filters // Complexity. 2018. V. 2018. P. 1–15. DOI: 10.1155/2018/5676504.
14. Белоусов А.О., Гордеева В.О. Сравнение генетического алгоритма и эволюционных стратегий при оптимизации полосковых модальных фильтров // Радиотехника и электроника. 2023. № 11(68). С. 1079–1089. DOI: 10.31857/S0033849423110037.
15. Куксенко С.П., Газизов Т.Р., Квасников А.А., Демаков А.В., Иванов А.А., Клюкин Д.В., Алхадж Хасан А., Максимов А.Е., Осинцев А.В. Разработка программного обеспечения для моделирования радиоэлектронных средств с учетом электромагнитной совместимости в ТУСУР // Наноиндустрия. 2023. Т. 16. № S9–1(119). С. 170–178.
16. Gordeyeva V.O., Belousov A.O. Optimization of a broad-side coupling modal filter by evolutionary strategy algorithm with setting the ranges of the optimization parameters // Journal of Physics: conference Series [URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2291/1/012014/pdf]. 2022. V. 2291. № 1. P. 1–8. DOI: 10.1088/1742-6596/2291/1/012014.