RU2772792C1 - Advanced meander microstrip line with two passive conductors, protecting against ultrashort pulses - Google Patents
Advanced meander microstrip line with two passive conductors, protecting against ultrashort pulses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772792C1 RU2772792C1 RU2021117877A RU2021117877A RU2772792C1 RU 2772792 C1 RU2772792 C1 RU 2772792C1 RU 2021117877 A RU2021117877 A RU 2021117877A RU 2021117877 A RU2021117877 A RU 2021117877A RU 2772792 C1 RU2772792 C1 RU 2772792C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- passive
- line
- conductors
- conductor
- pulses
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 230000002633 protecting Effects 0.000 title abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 2
- 101700029512 andL Proteins 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
В настоящее время актуальной задачей является защита радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от сверхкоротких импульсов (СКИ) наносекундного и субнаносекундного диапазонов, которые способны проникать в различные узлы РЭА, минуя электромагнитные экраны устройств. Традиционными схемотехническими средствами защиты от таких импульсов 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 должную 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, an urgent task is to protect electronic equipment (REA) from ultrashort pulses (USP) of nanosecond and subnanosecond ranges, which are able to penetrate into various REE nodes, bypassing the electromagnetic screens of devices. Traditional circuitry protection against such pulses are filters, decoupling devices, noise limiters, discharge devices, and constructive - protective screens and methods for increasing the uniformity of screens, grounding and methods for reducing the impedances of power circuits. It is known that protection devices switched on at the input of the equipment have a number of disadvantages (low power, insufficient speed, parasitic parameters) that make it difficult to properly protect against powerful SQIs. Effective protection in a wide range of influences requires complex multi-stage devices. Meanwhile, along with high performance, practice requires the simplicity and low cost of protection devices, so it is necessary to develop new protection devices against SKI.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов [Патент на изобретение №2607252. Меандровая микрополосковая линия задержки, защищающая от сверхкоротких импульсов / Р.С. Суровцев, Т.Р. Газизов, А.В. Носов, А.М. Заболоцкий, С.П. Куксенко - Заявка №2015129255; заявлен 16.07.2015; опубликован 10.01.2017], состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце, и диэлектрической среды, с таким выбором параметров поперечного сечения линии, что одновременно обеспечиваются: равенство среднего геометрического значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод волновому сопротивлению тракта, в который включена линия; значения минимальной из погонных задержек четной и нечетной мод линии, а также модуля их разности, умноженных на длину линии, большие, чем сумма длительностей фронта, плоской вершины и спада импульса, подающегося в линию.Closest to the claimed device is a meander microstrip delay line that protects against ultrashort pulses [Patent for invention No. 2607252. Meander microstrip delay line protecting against ultrashort pulses / R.S. Surovtsev, T.R. Gazizov, A.V. Nosov, A.M. Zabolotsky, S.P. Kuksenko - Application No. 2015129255; declared 07/16/2015; published on January 10, 2017], consisting of one reference conductor, two signal conductors parallel to it and to each other, interconnected at one end, and a dielectric medium, with such a choice of line cross-sectional parameters that simultaneously ensure: equality of the geometric mean value of wave resistances even and odd modes to the wave impedance of the path in which the line is included; the values of the minimum of the linear delays of the even and odd modes of the line, as well as the modulus of their difference, multiplied by the length of the line, are greater than the sum of the durations of the front, flat top, and decay of the pulse fed into the line.
Недостатком устройства-прототипа является недостаточное ослабление СКИ.The disadvantage of the prototype device is the insufficient attenuation of the SKI.
Заявляется линия задержки, состоящая из одного опорного проводника, двух параллельных ему и друг другу сигнальных проводников, соединенных между собой на одном конце и диэлектрической среды, отличающаяся тем , что сигнальные проводники расположены слева от двух дополнительно введенных пассивных проводников на одной стороне диэлектрической подложки, каждый из которых расположены параллельно им и опорному проводнику, и резисторами, соединяющими каждый конец пассивных проводников с опорным, расположенном на обратной стороне диэлектрической подложки, при этом тракт, в который включена линия, имеет сопротивление 50 Ом, а резисторы ближнего к сигнальным проводникам пассивного проводника имеют сопротивления близкие к сопротивлению короткого замыкания, резисторы дальнего пассивного проводника - к сопротивлению холостого хода, при этом выбором параметров поперечного сечения линии обеспечивается разложение на последовательность из одиннадцати импульсов меньшей амплитуды, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего.A delay line is claimed, consisting of one reference conductor, two signal conductors parallel to it and to each other, interconnected at one end and a dielectric medium, characterized in that the signal conductors are located to the left of two additionally introduced passive conductors on one side of the dielectric substrate, each of which are located parallel to them and the reference conductor, and resistors connecting each end of the passive conductors to the reference one located on the reverse side of the dielectric substrate, while the path in which the line is connected has a resistance of 50 Ohm, and the resistors of the passive conductor closest to the signal conductors have resistance close to the short-circuit resistance, the resistors of the distant passive conductor - to the open-circuit resistance, while the choice of line cross-sectional parameters provides expansion into a sequence of eleven pulses of smaller amplitude, each of which arrives it to the end of the line at the end of the previous one.
Достоинством заявляемого устройства, в отличие от устройства-прототипа, является увеличенное ослабление СКИ.The advantage of the proposed device, in contrast to the prototype device, is the increased attenuation of the SQI.
Техническим результатом является увеличенное ослабление СКИ, за счет его разложения на последовательность из одиннадцати импульсов: четырех основных импульсов меньшей амплитуды и семи дополнительных импульсов, возникающих из-за асимметрии поперечного сечения линии. Технический результат достигается за счет асимметрии поперечного сечения линии и выбора ее параметров такими, чтобы выполнить ряд условий, обеспечивающих разложение СКИ на последовательность из одиннадцати основных импульсов, каждый из которых приходит к концу линии по окончании предыдущего: первый импульс – перекрестная наводка, наведенная с входа линии на ее выход; второй, четвертый, восьмой и одиннадцатый – импульсы первой, второй, третьей и четвертой мод линии; третий, пятый, шестой, седьмой, девятый и десятый импульсы – дополнительные, возникающие из-за асимметрии поперечного сечения линии. Разложением СКИ на последовательность импульсов уменьшается максимальная амплитуда выходного сигнала. Также к концу линии будут приходить импульсы разной полярности меньшей амплитуды, вызванные отражениями. Приведенные выше качественные оценки достижимости технического результата подтверждаются ниже количественными оценками, полученными с помощью моделирования.The technical result is an increased attenuation of the SQI, due to its decomposition into a sequence of eleven pulses: four main pulses of smaller amplitude and seven additional pulses arising due to the asymmetry of the line cross section. The technical result is achieved due to the asymmetry of the line cross section and the choice of its parameters such as to fulfill a number of conditions that ensure the decomposition of the SQI into a sequence of eleven main pulses, each of which comes to the end of the line at the end of the previous one: the first pulse is crosstalk induced from the input lines to her exit; the second, fourth, eighth and eleventh are the pulses of the first, second, third and fourth line modes; the third, fifth, sixth, seventh, ninth and tenth pulses are additional, arising due to the asymmetry of the line cross section. By decomposing the SQI into a sequence of pulses, the maximum amplitude of the output signal decreases. Also, pulses of different polarity of smaller amplitude, caused by reflections, will come to the end of the line. The above qualitative estimates of the feasibility of the technical result are confirmed below by quantitative estimates obtained using modeling.
На фиг. 1 представлена схема соединений заявляемой линии. Она состоит из четырех проводников длиной l, расположенных на одной стороне диэлектрической подложки, первый и второй из которых сигнальные, соединенные между собой на одном конце и расположенные слева от двух пассивных проводников. Один из сигнальных проводников соединен с источником э.д.с, имеющим внутреннее сопротивление R1, а второй - с приемным устройством, представленным на схеме резистором R2. Воздействующий импульс имеет форму трапеции с параметрами: амплитуда э.д.с. 1 В, длительность плоской вершины 100 пс, а фронта и спада – по 50 пс. Значения сопротивлений на схеме приняты следующими: R1=R2=50 Ом, R3=R5=КЗ, а R4=R6=ХХ. На фиг. 2 представлено поперечное сечение заявляемой линии. Его параметры выбраны таким образом, чтобы выполнялись вышеописанные условия:In FIG. one the connection diagram of the proposed line is presented. It consists of four conductorsllocated on one side of the dielectric substrate, the first and second of which are signal, interconnected at one end and located to the left of two passive conductors. One of the signal conductors is connected to an emf source having an internal resistanceR1, and the second - with a receiving device, represented in the diagram by a resistorR2. The acting pulse has the shape of a trapezoid with the following parameters: emf amplitude. 1 V, the duration of the flat top is 100 ps, and the rise and fall are 50 ps each. The resistance values in the diagram are taken as follows:R1=R2=50 ohm,R3=R5=short circuit, aR4=R6=XX. In FIG. 2 shows a cross section of the claimed line. Its parameters are chosen in such a way that the above conditions are met:
2lτ1≥t СКИ, (1)2 l τ 1 ≥ t USP , (1)
lτ2≥lτ1+t СКИ, (2) l τ 2 ≥ l τ 1 + t USP , (2)
l(τ1+τ3)≥2lτ2+t СКИ, (3) l (τ 1 +τ 3 )≥2 l τ 2 + t USP , (3)
lτ3≥lτ2+t СКИ, (4) l τ 3 ≥ l τ 2 + t USP , (4)
l(τ1+τ4)≥l(τ2+τ3)+t СКИ, (5) l (τ 1 +τ 4 )≥ l (τ 2 +τ 3 )+ t USP , (5)
2lτ3≥l(τ1+τ4)+t СКИ, (6)2 l τ 3 ≥ l (τ 1 +τ 4 )+ t USP , (6)
lτ4≥lτ3+t СКИ, (7) l τ 4 ≥ l τ 3 + t USP , (7)
где l – длина отрезка линии передачи, τ1–τ4 – погонные задержки мод линии, а t USP – общая длительность сверхкороткого импульса.where l is the length of the transmission line segment, τ 1 –τ 4 are the linear mode delays of the line, and t USP is the total duration of the ultrashort pulse.
Для подтверждения возможности выполнения условий (1)-(7) рассмотрим линию, представленную на фиг. 1, со следующими параметрами поперечного сечения (фиг. 2): w=2000 мкм, t=18 мкм, s 1=s 2=50 мкм, s 3=105 мкм, h=300 мкм, ε r =20, l=1,2 м. Вычисленные матрицы C и L, а также Z:To confirm the possibility of fulfilling conditions (1)-(7), consider the line shown in Fig. 1, with the following cross-sectional parameters (Fig. 2):w=2000 µm,t=18 µm,s one=s 2=50 µm, s 3=105 µm,h=300 µm, ε r =20,l=1.2 m. Calculated matricesC andL, as well asZ:
С 
L 
Z 
Вычисленные погонные задержки мод: τ1=11,34 нс/м, τ2=12,11 нс/м, τ3=13,05 нс/м, τ4=14,20 нс/м. При подстановке известных переменных в (1)-(7) они выполняются с запасом. На фиг. 3 представлена форма напряжения на выходе заявляемой линии. Из нее видно, что СКИ представлен последовательностью из 11 импульсов с амплитудой, не превышающей 47 мВ, что составляет 9,4% от половины э.д.с. Также к концу линии приходят импульсы с меньшей амплитудой, вызванные отражениями. Между тем в прототипе она составляет 40%. Таким образом, показан технический результат, на достижение которого направлена заявляемая линия.Calculated linear mode delays: τone=11.34 ns/m, τ2=12.11 ns/m, τ3=13.05 ns/m, τfour=14.20 ns/m. When substituting known variables in (1)-(7), they are performed with a margin. In FIG. 3 shows the voltage shape at the output of the claimed line. It can be seen from it that the USP is represented by a sequence of 11 pulses with an amplitude not exceeding 47 mV, which is 9.4% of half the emf. Also, pulses with a smaller amplitude, caused by reflections, arrive at the end of the line. Meanwhile, in the prototype it is 40%. Thus, the technical result is shown, the achievement of which is directed by the claimed line.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772792C1 true RU2772792C1 (en) | 2022-05-25 |
Family
ID=
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990760A (en) * | 1996-07-08 | 1999-11-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Delay line for providing a delay time at a desired peak frequency |
| US7478474B2 (en) * | 2005-05-25 | 2009-01-20 | Alps Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing shielded electronic circuit units |
| RU2431912C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Твердь" | Device for protection from pulsed signals |
| RU147789U1 (en) * | 2014-02-17 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Бегаз Модель Технолоджи" | MEDIUM LAYER FILTER |
| RU2603848C1 (en) * | 2015-12-28 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of flat cables backing up |
| RU2015129259A (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | CIRCUIT-FREE SIX-CASE ETHERNET 100 BASE-T PORT PROTECTION AGAINST DANGEROUS PULSE SIGNALS |
| RU2015137543A (en) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | A SEMICASCADE DEVICE WITHOUT RESISTORS AND HOLEES PROTECTING A 100 Mbit / s PORT FROM DANGEROUS PULSE SIGNALS |
| RU2738955C1 (en) * | 2019-11-27 | 2020-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of triple backup of interconnections |
| RU2747104C1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for routing conductors of modal filter with circular section |
| RU2748423C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-05-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Strip structure protecting against extra short pulses in differential and synphase modes |
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5990760A (en) * | 1996-07-08 | 1999-11-23 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Delay line for providing a delay time at a desired peak frequency |
| US7478474B2 (en) * | 2005-05-25 | 2009-01-20 | Alps Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing shielded electronic circuit units |
| RU2431912C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Твердь" | Device for protection from pulsed signals |
| RU147789U1 (en) * | 2014-02-17 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Бегаз Модель Технолоджи" | MEDIUM LAYER FILTER |
| RU2015129259A (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | CIRCUIT-FREE SIX-CASE ETHERNET 100 BASE-T PORT PROTECTION AGAINST DANGEROUS PULSE SIGNALS |
| RU2015137543A (en) * | 2015-09-02 | 2017-03-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | A SEMICASCADE DEVICE WITHOUT RESISTORS AND HOLEES PROTECTING A 100 Mbit / s PORT FROM DANGEROUS PULSE SIGNALS |
| RU2603848C1 (en) * | 2015-12-28 | 2016-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of flat cables backing up |
| RU2738955C1 (en) * | 2019-11-27 | 2020-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) | Method of triple backup of interconnections |
| RU2748423C1 (en) * | 2020-08-10 | 2021-05-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Strip structure protecting against extra short pulses in differential and synphase modes |
| RU2747104C1 (en) * | 2020-09-15 | 2021-04-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Method for routing conductors of modal filter with circular section |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2607252C1 (en) | Meander micro-strip delay line, protecting against ultrashort pulses | |
| RU2606709C1 (en) | Meander delay line with face connection, which protects from ultrashort pulses | |
| Surovtsev et al. | Pulse decomposition in the turn of meander line as a new concept of protection against UWB pulses | |
| Surovtsev et al. | Simple method of protection against UWB pulses based on a turn of meander microstrip line | |
| RU2656834C2 (en) | Improved delay line, protecting against short-term pulses with the increased duration | |
| RU2772792C1 (en) | Advanced meander microstrip line with two passive conductors, protecting against ultrashort pulses | |
| RU2691844C1 (en) | Improved meander microstrip delay line, which protects from electrostatic discharge | |
| RU2728327C1 (en) | Modified microstrip line with improved protection against ultrashort pulses | |
| RU2724970C1 (en) | Meander line delay with face communication of two turns, which protects from ultrashort pulses | |
| RU2769104C1 (en) | Meander microstrip line with two passive conductors, protecting against ultrashort pulses | |
| RU2767975C1 (en) | Meandra line with face coupling and passive conductor protecting against ultra-short pulses | |
| RU2772794C1 (en) | Device for protection against ultrashort pulses based on a cascade connection of a three-wire modal filter and a turn of a meander line with a face connection | |
| RU2789340C1 (en) | Three-turn square wave microstrip delay line protecting against ultra-short pulses | |
| RU2789435C1 (en) | Four-turn face-coupled square wave delay line that protects against ultra-short pulses | |
| RU2742049C1 (en) | Meander line delay with face communication, protecting from ultrashort pulses with increased duration | |
| RU2600098C1 (en) | Meander delay line of two coils, which protects from ultrashort pulses | |
| RU2724983C1 (en) | Improved meander delay line with face connection, which protects from ultrashort pulses | |
| RU2748423C1 (en) | Strip structure protecting against extra short pulses in differential and synphase modes | |
| RU2724972C1 (en) | Meander microstrip delay line of two turns, which protects against ultrashort pulses | |
| RU2796636C1 (en) | Electrostatic discharge protection meander line with face coupling | |
| RU2694741C1 (en) | Meander microstrip line of delay, which protects from electrostatic discharge | |
| RU2597940C1 (en) | Delay line protecting from ultrashort pulses | |
| RU2726743C1 (en) | Mirror-symmetric meander line, which protects from ultrashort pulses | |
| RU2813609C1 (en) | Improved microstrip delay line of two sections, which protects against ultrashort pulses | |
| RU2637484C1 (en) | Delay line protecting from ultrashort pulses with increased duration |