RU2600098C1

RU2600098C1 - Meander delay line of two coils, which protects from ultrashort pulses

Info

Publication number: RU2600098C1
Application number: RU2015137528/08A
Authority: RU
Inventors: Роман Сергеевич Суровцев; Тальгат Рашитович Газизов; Александр Вячеславович Носов; Александр Михайлович Заболоцкий; Сергей Петрович Куксенко
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2016-10-20

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used for protection of radio electronics from ultrashort pulses. Delay line comprises a coil consisting of one support conductor, two signal conductors that are parallel to each other and to the support conductor and interconnected at one end with the product of the sum of linear delay of even and odd modes on the length of not less than the sum of duration of the front, the flat top and the decay of the pulse signal, the conductors are placed in air, to the second end of the coil the same coil is connected without electromagnetic coupling with conductors of the first coil, selection of parameters of both structures simultaneously provides equality of average geometric value of wave resistances of even and odd modes to wave impedance of the path containing the line.

EFFECT: attenuation of the amplitude of ultrashort pulses (USP).

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ).The invention relates to radio engineering and can be used to protect electronic equipment (CEA) from ultra-short pulses (SRS).

В настоящее время актуальной задачей является обеспечение защиты РЭА от импульсов наносекундного и субнаносекундного диапазонов, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Традиционными схемотехническими средствами защиты от таких СКИ являются фильтры, устройства развязки, ограничители помех, разрядные устройства, а конструктивными - защитные экраны и методы повышения однородности экранов, заземление и методы уменьшения импедансов цепей питания. Известно, что включаемые на входе аппаратуры устройства защиты обладают рядом недостатков (малая мощность, недостаточное быстродействие, паразитные параметры), затрудняющих защиту от мощных СКИ. Эффективная защита в широком диапазоне воздействий требует сложных многоступенчатых устройств. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты и дешевизны устройств защиты, поэтому необходима разработка новых устройств защиты от СКИ.Currently, the urgent task is to ensure the protection of REA from pulses of the nanosecond and subnanosecond ranges, which are able to penetrate into various REA nodes, bypassing the electromagnetic screens of the devices. Traditional circuitry protection means against such RMSs are filters, isolation devices, noise suppressors, discharge devices, and protective screens and methods for increasing the uniformity of screens, grounding and methods for reducing the impedances of power circuits are constructive. It is known that the protection devices included at the input of the equipment have a number of disadvantages (low power, insufficient speed, spurious parameters) that make it difficult to protect against powerful SRS. Effective protection over a wide range of impacts requires sophisticated multi-stage devices. Meanwhile, along with high performance, practice requires simplicity and low cost of protection devices, therefore, it is necessary to develop new protection devices against SRS.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является линия задержки, неискажающая импульс [Патент РФ на изобретение №2556438. Суровцев Р.С., Заболоцкий A.M., Газизов Т.Р. Линия задержки, неискажающая импульс. Заявка №2013159347/08(092269). Приоритет изобретения 30.12.2013.], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды, имеющая равные погонные задержки четной и нечетной моды линии, а произведение их суммы на длину линии больше или равно сумме длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса.Closest to the claimed device is a delay line that does not distort the pulse [RF Patent for the invention No. 2556438. Surovtsev R.S., Zabolotsky A.M., Gazizov T.R. Delay line, non-distorting momentum. Application No. 2013159347/08 (092269). Priority of the invention 12/30/2013.], Consisting of one reference conductor, two parallel signal conductors connected to each other at one end, and a dielectric medium having equal linear delays of the even and odd line modes, and the product of their sum by the length the line is greater than or equal to the sum of the durations of the front, flat peak, and pulse decay.

Недостатком устройства-прототипа является отсутствие у него возможности защиты от СКИ.The disadvantage of the prototype device is its lack of protection against SRS.

Предлагается линия задержки, включающая виток, состоящий из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, имеющий произведение суммы погонных задержек четной и нечетной мод линии на его длину не меньше суммы длительностей фронта, плоской вершины и спада импульсного сигнала, при этом проводники помещены в воздух, к второму концу витка подсоединен точно такой же виток, без электромагнитной связи с проводниками первого витка, выбором параметров обеих структур одновременно обеспечиваются равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, в который включена линия, и минимизация амплитуды сигнала на выходе линии.A delay line is proposed, including a coil consisting of one reference conductor, two signal conductors parallel to it and to each other, connected at one end, having the product of the sum of the running delays of the even and odd line modes by its length not less than the sum of the durations of the front, flat top and the decay of the pulse signal, while the conductors are placed in the air, the exact same turn is connected to the second end of the turn, without electromagnetic coupling with the conductors of the first turn, the choice of parameters of both structures at the same time, the equality of the geometric mean values of the wave resistances of the even and odd modes to the wave impedance of the path into which the line is included, and minimization of the signal amplitude at the output of the line are ensured.

Техническим результатом является ослабление амплитуды СКИ. Ослабление выполняется за счет разложения СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды.The technical result is the weakening of the amplitude of the SRS. Attenuation is performed by decomposing the SRS into a sequence of pulses of lower amplitude.

Реализуемость предлагаемой линии показана на фиг. 1.The feasibility of the proposed line is shown in FIG. one.

На фиг. 1а приведена схема соединений заявляемой линии с внешними устройствами. Витки меандровой линии соединены между собой последовательно. Первый из сигнальных проводников первого витка соединен с источником импульсных сигналов, представленным на схеме идеальным источником э.д.с. Е_Г и внутренним сопротивлением R_Г. Конец второго сигнального проводника второго витка линии соединен с приемным устройством, представленным на схеме сопротивлением R_Н. Значения R_Г и R_Н для минимизации отражения сигнала на концах проводников линии приняты равными среднему геометрическому волновых сопротивлений четной и нечетной мод линии.In FIG. 1 a shows the connection diagram of the inventive line with external devices. The turns of the meander line are interconnected in series. The first of the signal conductors of the first turn is connected to a source of pulse signals, represented in the diagram by an ideal source of emf E _G and internal resistance R _G. The end of the second signal conductor of the second turn of the line is connected to the receiving device shown in the diagram with resistance R _N. The values of R and _T R _H to minimize signal reflection at the ends of the conductor lines taken equal to the geometric mean of the impedances of the even and odd line modes.

На фиг. 1б приведено поперечное сечение одного витка меандровой линии, который состоит из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников. Параметры поперечного сечения: w и t - ширина и толщина проводника соответственно, s - расстояние между проводниками, h - расстояние от слоя земли до сигнального проводника.In FIG. 1 b is a cross sectional view of one turn of the meander line, which consists of a single reference conductor, two parallel to it and to each other signal conductors. Cross section parameters: w and t are the width and thickness of the conductor, respectively, s is the distance between the conductors, h is the distance from the ground layer to the signal conductor.

На фиг. 1в приведены э.д.с. источника и формы сигнала в начале и конце меандровой линии. Воздействующий импульс имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда э.д.с. 1В, длительность плоской вершины 100 пс, а фронта и спада - по 50 пс.In FIG. 1 c shows the emf source and waveform at the beginning and end of the meander line. The acting pulse has the form of a trapezoid with the parameters: amplitude of the emf 1B, the duration of a flat peak is 100 ps, and that of a front and a decline is 50 ps each.

Для пояснения реализуемости линии задержки рассмотрим линию, приведенную на фиг. 1а, для поперечного сечения на фиг. 1б. Исходные параметры поперечного сечения каждого из витков линии сначала соответствуют следующим соотношениям: w/h=t/h=0,5, s/h=0,5. Длина каждого из витков линии выбрана так, чтобы для каждого из них обеспечивалось условиеTo clarify the feasibility of the delay line, consider the line shown in FIG. 1 a, the cross-section in FIG. 1 b The initial cross-sectional parameters of each of the turns of the line first correspond to the following relations: w / h = t / h = 0.5, s / h = 0.5. The length of each of the turns of the line is chosen so that for each of them the condition

где τ - погонная задержка четной или нечетной моды линии при условии их равенства, t_r, t_d и

- длительности фронта, плоской вершины и спада импульса соответственно. Так как линия находится в воздушном диэлектрическом заполнении, тоwhere τ - the linear delay is even or odd line fashion under the condition of equality, t _r, t _d and

- the duration of the front, flat top and the decline of the pulse, respectively. Since the line is in air dielectric filling, then

где τ_е и τ_o - погонные задержки четной и нечетной мод.where τ _e and τ _o are the linear delays of the even and odd modes.

Выполнение условий (1) и (2) отдельно для первого и второго витков линии обеспечивает прохождение импульсного сигнала по линии, состоящей из двух витков, без искажения его формы перекрестными наводками.The fulfillment of conditions (1) and (2) separately for the first and second turns of the line ensures the passage of the pulse signal along the line consisting of two turns, without distorting its shape by crosstalk.

Для выполнения условия (1) достаточно значений длин каждого из витков линии l=29,98 мм. Изменение формы сигнала в конце линии при l=10, 20, 30, 40 мм показано на фиг. 2. Видно, что при l=30 мм сигнал на выходе линии не искажен перекрестными наводками и выполняется условие (1). Значение l=40 мм является избыточным, поэтому дальнейшее моделирование выполнено при l=30 мм.To fulfill condition (1), the lengths of each of the turns of the line l = 29.98 mm are sufficient. The change in the waveform at the end of the line at l = 10, 20, 30, 40 mm is shown in FIG. 2. It is seen that at l = 30 mm the signal at the output of the line is not distorted by crosstalk and condition (1) is satisfied. The value l = 40 mm is redundant; therefore, further modeling was performed at l = 30 mm.

Для демонстрации достижения технического результата выполнено усиление торцевой связи между сигнальными проводниками в каждом витке за счет уменьшения расстояния между ними (s). На фиг. 3 приведены формы сигналов в конце меандровой линии при s/h=0,4, 0,3, 0,2. Видно, что с уменьшением s увеличивается амплитуда второго положительного импульса, а амплитуда третьего положительного импульса, наоборот, уменьшается. В диапазоне между s/h=0,3 и 0,2 существует оптимальное значение s/h, при котором второй и третий импульсы имеют одинаковую амплитуду, которая является минимальной.To demonstrate the achievement of the technical result, reinforcement of the end connection between the signal conductors in each turn was performed by reducing the distance between them (s). In FIG. Figure 3 shows the waveforms at the end of the meander line at s / h = 0.4, 0.3, 0.2. It is seen that with decreasing s, the amplitude of the second positive pulse increases, and the amplitude of the third positive pulse, on the contrary, decreases. In the range between s / h = 0.3 and 0.2, there is an optimal value of s / h at which the second and third pulses have the same amplitude, which is minimal.

На фиг. 4 приведен технический результат, на достижение которого направлено изобретение. При выборе оптимального отношения расстояния между сигнальными проводниками к расстоянию между опорным и сигнальным проводниками s_opt/h=0,28 в конце линии наблюдается разложение исходного сигнала на последовательность импульсов меньшей амплитуды. Второй и третий импульсы имеют положительную полярность и одинаковую амплитуду (V_opt=0,3В), которая является максимальной и составляет 60% от амплитуды сигнала в начале линии. Остальные импульсы, по сравнению со вторым и третьим имеют меньшую амплитуду. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия.In FIG. 4 shows the technical result, the achievement of which the invention is directed. When choosing the optimal ratio of the distance between the signal conductors to the distance between the reference and signal conductors s _opt / h = 0.28 at the end of the line, the decomposition of the initial signal into a sequence of pulses of lower amplitude is observed. The second and third pulses have a positive polarity and the same amplitude (V _opt = 0.3V), which is maximum and 60% of the signal amplitude at the beginning of the line. The remaining pulses, compared with the second and third, have a lower amplitude. Thus, the technical result is shown, the achievement of which the claimed line is directed.

Claims

The delay line, which includes a coil consisting of one reference conductor, two signal conductors parallel to it and to each other, connected at one end, having the product of the sum of the running delays of the even and odd line modes by its length is not less than the sum of the durations of the front, flat top and the decay of the pulse signal, characterized in that the conductors are placed in the air, the exact same turn is connected to the second end of the turn, without electromagnetic coupling with the conductors of the first turn, by choosing the parameters of both structures dnovremenno provided equality geometric mean values of impedances of the even and odd mode characteristic impedance path, which includes the line, and minimization of the signal amplitude at the output line.