radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2023-26-5-21-30radioelectronics-796Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВRADIO ELECTRONIC FACILITIES FOR SIGNAL TRANSMISSION, RECEPTION AND PROCESSINGАналитические модели временного отклика микрополосковой линии с двумя дополнительными симметричными проводниками сверху при различных граничных условиях на их концахAnalytical Models for the Time Response of a Microstrip Line with Two Additional Symmetrical Conductors on Top under Different Boundary Conditions at Their EndsСекеноваА.SekenovaA.

Айтгул Секенова, магистрант. Автор девяти научных публикаций

кафедра телевидения и управления

Сфера научных интересов – электромагнитная совместимость

634050

пр. Ленина, д. 40

Томск

Aitgul Sekenova, Master's student. The author of 9 scientific publications

Department of Television and Control

Area of expertise: electromagnetic compatibility

634050

40, Lenin Ave.

Tomsk

aitowaas@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0984-5088КенжегуловаЗ. М.KenzhegulovaZ. M.

Зарина Муратбековна Кенжегулова, магистр по направлению "Инфокоммуникационные технологии и системы связи" (ТУСУР, 2020), аспирантка. Автор 14 научных работ

кафедра телевидения и управления

Сфера научных интересов – электромагнитная совместимость

634050

пр. Ленина, д. 40

Томск

Zarina M. Kenzhegulova, Postgraduate student. The author of 14 scientific publications

Department of Television and Control

Area of expertise: electromagnetic compatibility

634050

40, Lenin Ave.

Tomsk

zarina.kenzhegulova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7119-0583СагиеваИ. Е.SagiyevaI. Y.

Индира Ериковна Сагиева, кандидат технических наук (2021), доцент. Автор 59 научных работ

кафедра телевидения и управления

Сфера научных интересов – электромагнитная совместимость

634050

пр. Ленина, д. 40

Томск

Indira Y. Sagiyeva, Cand. Sci. (Eng.) (2021), Docent. The author of 59 scientific publications

Department of Television and Control

Area of expertise: electromagnetic compatibility

634050

40, Lenin Ave.

Tomsk

indira_sagieva@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1192-4853ГазизовТ. Р.GazizovT. R.

Тальгат Рашитович Газизов, доктор технических наук (2010), заведующий кафедрой. Автор 482 научных работ

кафедра телевидения и управления 

Сфера научных интересов – электромагнитная совместимость

634050

пр. Ленина, д. 40

Томск

Talgat R. Gazizov, Dr Sci. (Eng.) (2010), Head of the Department. The author of 482 scientific publications

Department of Television and Control

Area of expertise: electromagnetic compatibility

634050

40, Lenin Ave.

Tomsk

talgat@tu.tusur.ruТомский университет систем управления радиоэлектроникиРоссияTomsk State University of Control Systems and RadioelectronicsRussian Federation2023271120232652130Copyright © Секенова А., Кенжегулова З.М., Сагиева И.Е., Газизов Т.Р., 20232023Секенова А., Кенжегулова З.М., Сагиева И.Е., Газизов Т.Р.Sekenova A., Kenzhegulova Z.M., Sagiyeva I.Y., Gazizov T.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/796   Введение

   Введение. Защита радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) от различных электромагнитных помех является важным аспектом электромагнитной совместимости. Опасными среди помех для РЭА являются сверхкороткие импульсы пикосекундного и наносекундного диапазонов из-за высокого напряжения, малой длительности и широкого спектра. Одним из эффективных видов защиты является применение полосковых устройств на основе модального разложения: модальных фильтров (МФ). Для этого важно анализировать искажения временного отклика полосковых устройств. Обычно анализ выполняется численными методами, однако требуемые для этого вычислительные затраты часто высоки даже для простых конфигураций. Между тем применение несложных аналитических моделей временного отклика в ряде случаев оказывается приемлемым. На начальных этапах проектирования такие модели весьма полезны, поскольку позволяют найти предварительное решение и быстро оценить искажения отклика. В связи с этим сравнение временных откликов, полученных с помощью численных методов и аналитических моделей, важно.

   Цель работы

   Цель работы. Сравнение временных откликов, полученных в результате квазистатического анализа и с помощью предложенных аналитических моделей.

   Материалы и методы

   Материалы и методы. Рассмотрены аналитические модели для вычисления временных откликов, основанные на методике модального анализа. Проведено квазистатическое моделирование микрополосковой линии (МПЛ) с двумя дополнительными симметричными проводниками сверху в системе TALGAT.

   Результаты

   Результаты. Предложены аналитические модели для МПЛ с двумя дополнительными симметричными проводниками сверху с учетом различных граничных условий на концах. Проверка точности и достоверности предложенных моделей выполнена сравнением временных откликов, полученных квазистатическим анализом и моделями. В результате наблюдается их совпадение.

   Заключение

   Заключение. Показано, что МПЛ с двумя дополнительными симметричными проводниками сверху может использоваться как МФ при различных граничных условиях на концах этих проводников. Модели позволяют с приемлемой точностью и быстро оценить форму и амплитуду отклика без затратного численного моделирования.

   Introduction

   Introduction. Protection of radio electronic equipment (REA) against various electromagnetic interferences is an important aspect of electromagnetic capability. Among interferences for REA, ultra-short pulses of picosecond and nanosecond ranges represent the highest danger due to their high voltage, short duration, and wide spectrum. One effective protection measure consists in the use of bandpass devices based on modal decomposition, such as modal filters (MF). This requires an analysis of distortion of the temporal response of bandpass devices, which is usually carried out numerically. However, even for simple configurations, this approach is associated with high computational costs. Yet simple analytical time-response models are acceptable in some cases. In the initial design stages, such models are extremely useful in providing a preliminary solution and a rapid assessment of response distortions. Therefore, comparison of time responses obtained by numerical methods and analytical models appears an important research task.

   Aim

   Aim. To compare the time responses obtained by quasi-static analysis and analytical models.

   Materials and methods

   Materials and methods. Analytical models for computing time responses based on a modal analysis technique were considered. A quasi-static modeling of a microstrip line (MSL) with two additional symmetrical conductors on top in the TALGAT system was carried out.

   Results

   Results. Analytical models are proposed for an MSL with two additional symmetrical conductors on top taking different boundary conditions at their ends into account. The accuracy and reliability of the proposed models are verified by comparing the time responses obtained by quasi-static analysis and the proposed models. The results obtained showed good agreement.

   Conclusion

   Conclusion. It is shown that an MSL with two additional symmetrical conductors on top can be used as an MF under different boundary conditions at the ends of these conductors. The proposed models allow the shape and amplitude of the response to be estimated with acceptable accuracy, reducing time and computational costs.

микрополосковая линиясверхкороткий импульсмодальный фильтрвременной откликаналитическая модельmicrostrip lineultrashort pulsemodal filtertime responseanalytical modelРабота выполнена в рамках госзадания Министерства образования и науки РФ, проект FEWM-2022-0001The study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project FEWM-2022-0001)ReferencesZheng J., Wei G. New development of electromagnetic compatibility in the future: cognitive electromagnetic environment adaptation // 13<sup>th</sup> Global Symp. on Millimeter-Waves and Terahertz (GSMM), Nanjing, China, 17 Aug. 2021. IEEE, 2021. P. 1–3. doi: 10.1109/GSMM53250.2021.9511983Zheng J., Wei G. New development of electromagnetic compatibility in the future: cognitive electromagnetic environment adaptation // 13<sup>th</sup> Global Symp. on Millimeter-Waves and Terahertz (GSMM), Nanjing, China, 17 Aug. 2021. IEEE, 2021. P. 1–3. doi: 10.1109/GSMM53250.2021.9511983Три возможных механизма возникновения отказов электронных устройств в результате электромагнитного воздействия / Л. Н. Здухов, Ю. В. Парфёнов, О. А. Тарасов, В. М Чепелев // Технологии электромагнитной совместимости. 2018. № 2 (65). С. 22–34.Zdukhov L. N., Parfenov Yu. V., Tarasov O. A., Chepelev V. M. Three Possible Mechanisms for the Failure of Electronic Devices as a Result of Electromagnetic Interference. Tekhnologii elektromagnitnoy otrazheniya [Electromagnetic Compatibility Technologies]. 2018, no. 2 (65), pp. 22–34. (In Russ.)Radasky W. A., Baum C. E., Wik M. W. Introduction to the special issue on high-power electromagnetics and intentional electromagnetic interference // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2004. Vol. 46, iss. 3. P. 314–321. doi: 10.1109/TEMC.2004.831899Radasky W. A., Baum C. E., Wik M. W. Introduction to the Special Issue on High-Power Electromagnetics and Intentional Electromagnetic Interference. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2004, vol. 46, iss. 3, pp. 314–321. doi: 10.1109/TEMC.2004.831899Kotny J. C., Margueron X., Idir N. High frequency model of the coupled inductors used in EMI filter // IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. Vol. 27, № 6. P. 2805–2812. doi: 10.1109/TPEL.2011.2175452Kotny J. C., Margueron X., Idir N. High frequency model of the coupled inductors used in EMI filter // IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. Vol. 27, № 6. P. 2805–2812. doi: 10.1109/TPEL.2011.2175452Yoshida T., Endo M. A Study on ESD protection characteristic difference measurement of TVS diodes by VNA // IEEE 5<sup>th</sup> Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility (EMC), Beijing, China, 2018. P. 1–4. doi: 10.1109/EMC-B.2017.8260474Yoshida T., Endo M. A Study on ESD protection characteristic difference measurement of TVS diodes by VNA // IEEE 5<sup>th</sup> Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility (EMC), Beijing, China, 2018. P. 1–4. doi: 10.1109/EMC-B.2017.8260474Смирнов В., Шалаева А., Харитонов А. Электромагнитная совместимость в электронике. М.: Медиа КиТ, 2018. C. 34–40.Smirnov V., Shalayeva A., Kharitonov A. Elektromagnitnaya sovmestimost' v elektronike [Electromagnetic Compatibility in Electronics]. Moscow, Media KiT, 2018, pp. 34–40. (In Russ.)Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Теоретические основы модальной фильтрации // Техника радиосвязи. 2014. № 3. С. 79–83.Zabolotsky A. M., Gazizov T. R. Theoretical Foundations of Modal Filtering. Tekhnika radiosvyazi [Radio Communications Technology]. 2014, no. 3, pp. 79–83. (In Russ.)Gazizov A. T., Zabolotsky A. M., Gazizov T. R. UWB pulse decomposition in simple printed structures // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2016. Vol. 58, № 4. P. 1136–1142. doi: 10.1109/TEMC.2016.2548783Gazizov A. T., Zabolotsky A. M., Gazizov T. R. UWB pulse decomposition in simple printed structures // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2016. Vol. 58, № 4. P. 1136–1142. doi: 10.1109/TEMC.2016.2548783Belousov A. O., Zabolotsky A. M., Gazizov T. T. Optimization of parameters of multiconductor modal filters for protection against ultrashort pulses // 17<sup>th</sup> Intern. Conf. of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. Altai, Russia, 30 June – 4 July 2016. P. 67–70. doi: 10.1109/EDM.2016.7538694Belousov A. O., Zabolotsky A. M., Gazizov T. T. Optimization of parameters of multiconductor modal filters for protection against ultrashort pulses // 17<sup>th</sup> Intern. Conf. of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices. Altai, Russia, 30 June – 4 July 2016. P. 67–70. doi: 10.1109/EDM.2016.7538694Park S. W., Xiao F., Kami Y. Analytical approach for crosstalk characterization of multiconductor transmission lines using mode decomposition technique in the time domain // IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility. 2010. Vol. 52, iss. 2. P. 436–446. doi: 10.1109/temc.2010.2045759Park S. W., Xiao F., Kami Y. Analytical approach for crosstalk characterization of multiconductor transmission lines using mode decomposition technique in the time domain // IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility. 2010. Vol. 52, iss. 2. P. 436–446. doi: 10.1109/temc.2010.2045759Xiao F., Murano K., Kami Y. Analytical Solution of the Electromagnetic Radiation from Coupled Differential Microstrip Pairs // Asia-Pacific Symp. on Electromagnetic Compatibility (APEMC), Taipei, Taiwan, 26–29 May 2015. IEEE, 2015. P. 708–711. doi: 10.1109/APEMC.2015.7175358Xiao F., Murano K., Kami Y. Analytical Solution of the Electromagnetic Radiation from Coupled Differential Microstrip Pairs // Asia-Pacific Symp. on Electromagnetic Compatibility (APEMC), Taipei, Taiwan, 26–29 May 2015. IEEE, 2015. P. 708–711. doi: 10.1109/APEMC.2015.7175358Soleimani N., Mohammad G. H. A., Mohammad H. N. Crosstalk analysis at nearend and far-end of the coupled transmission lines based on eigenvector decomposition // Intern. J. of Electronics and Communications. 2012. Vol. 12. P. 1–8. doi: 10.1016/j.aeue.2019.152944Soleimani N., Mohammad G. H. A., Mohammad H. N. Crosstalk analysis at nearend and far-end of the coupled transmission lines based on eigenvector decomposition // Intern. J. of Electronics and Communications. 2012. Vol. 12. P. 1–8. doi: 10.1016/j.aeue.2019.152944Sagiyeva I. Y., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Analytical Models for the Time Response of a Modal Filter Having a Symmetrical Pair of Passive Conductors with Grounded Ends // IEEE Intern. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Yekaterinburg, Russia, 11–13 Nov. 2022. IEEE, 2022. P. 1080–1084. doi: 10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017074.Sagiyeva I. Y., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Analytical Models for the Time Response of a Modal Filter Having a Symmetrical Pair of Passive Conductors with Grounded Ends // IEEE Intern. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Yekaterinburg, Russia, 11–13 Nov. 2022. IEEE, 2022. P. 1080–1084. doi: 10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017074.Sagiyeva I. Y., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Modal filters based on a microstrip line with overhead conductors grounded at both ends // 22<sup>nd</sup> Intern. Conf. of Young Professionals in Electron Devices and Materials. Altai, Russia. 30 June – 4 July 2021. IEEE, 2021. P. 176–179. doi: 10.1109/EDM52169.2021.9507610Sagiyeva I. Y., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Modal filters based on a microstrip line with overhead conductors grounded at both ends // 22<sup>nd</sup> Intern. Conf. of Young Professionals in Electron Devices and Materials. Altai, Russia. 30 June – 4 July 2021. IEEE, 2021. P. 176–179. doi: 10.1109/EDM52169.2021.9507610Kuksenko S. P. Preliminary results of a project of the University of TUSUR on designing the distribution network space vehicles: modeling EMS. IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560, № 012110. P. 1–7. doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012110Kuksenko S. P. Preliminary results of a project of the University of TUSUR on designing the distribution network space vehicles: modeling EMS. IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560, № 012110. P. 1–7. doi: 10.1088/1757-899X/560/1/012110Новые возможности системы моделирования электромагнитной совместимости / С. П. Куксенко, А. М. Заболоцкий, А. О Мелкозеров, Т. Р. Газизов // Докл. Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2015. № 2. С. 45–50.Kuksenko S. P., Zabolotsky A. M., Melkozerov A. O., Gazizov T. R. New Features of Electromagnetic Compatibility in TALGAT Simulation Software. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki [Papers from Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics]. 2015, no. 2, pp. 45–50. (In Russ.)PathWave EM Design (EMPro). URL: https://getintopc.com/softwares/electromagnetic-design/keysight-pathwave-em-design-empro-2023-free-download/?id=000129804320 (дата обращения 20. 09. 2023)PathWave EM Design (EMPro). Available at: https://getintopc.com/softwares/electromagnetic-design/keysight-pathwave-em-design-empro-2023-free-download/?id=000129804320 (accessed 20. 09. 2023)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.