Аналитические модели временного отклика микрополосковой линии с двумя дополнительными симметричными проводниками сверху при различных граничных условиях на их концах

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

   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. 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. 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.

1. Zheng J., Wei G. New development of electromagnetic compatibility in the future: cognitive electromagnetic environment adaptation // 13^th Global Symp. on Millimeter-Waves and Terahertz (GSMM), Nanjing, China, 17 Aug. 2021. IEEE, 2021. P. 1–3. doi: 10.1109/GSMM53250.2021.9511983

2. Три 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.

3. 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.2004.831899

4. Kotny 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.2011.2175452

5. Yoshida T., Endo M. A Study on ESD protection characteristic difference measurement of TVS diodes by VNA // IEEE 5^th Intern. Symp. on Electromagnetic Compatibility (EMC), Beijing, China, 2018. P. 1–4. doi: 10.1109/EMC-B.2017.8260474

6. Смирнов В., Шалаева А., Харитонов А. Электромагнитная совместимость в электронике. М.: Медиа КиТ, 2018. C. 34–40.

7. Заболоцкий А. М., Газизов Т. Р. Теоретические основы модальной фильтрации // Техника радиосвязи. 2014. № 3. С. 79–83.

8. 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.2016.2548783

9. Belousov A. O., Zabolotsky A. M., Gazizov T. T. Optimization of parameters of multiconductor modal filters for protection against ultrashort pulses // 17^th 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.2016.7538694

10. Park 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.2010.2045759

11. Xiao 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.2015.7175358

12. Soleimani 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.2019.152944

13. 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.

14. Sagiyeva I. Y., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Modal filters based on a microstrip line with overhead conductors grounded at both ends // 22^nd 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/EDM52169.2021.9507610

15. Kuksenko 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/560/1/012110

16. Новые 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.

17. 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)