Устройство защиты от импульсных сигналов с заданным уровнем их ослабления

Авторы патента:

Заболоцкий Александр Михайлович (RU)

H04B15/02 - снижение уровня помех, создаваемых электрической аппаратурой, с помощью устройств, расположенных на источнике помех или вблизи от него (конструктивное сопряжение с электрическими машинами H02K 11/00)

Владельцы патента RU 2588014:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для защиты от импульсных сигналов с заданным уровнем их ослабления. Технический результат состоит в обеспечении защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением с заданным уровнем их ослабления в линиях передачи. Для этого устройство состоит из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении с равными расстояниями между ними, расположенными на одной стороне диэлектрической подложки или с расположением центрального проводника на обратной ее стороне, так, что в поперечном сечении устройства проводники одинаковы, имеют прямоугольную форму, а их длина выбрана так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, вторым проводником структуры является центральный проводник, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, и из двух резисторов, причем цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, и удвоенный квадратный корень отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод, деленный на квадрат суммы квадратного корня отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод и единицы, равен уровню ослабления. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электронной аппаратуры, преимущественно критичной к воздействию помех, передающихся по проводникам.

В настоящее время для защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи применяют электронные компоненты. Но включаемые на входе аппаратуры мощные защитные приборы обладают недостаточным быстродействием, делая защиту от коротких импульсов не соответствующей паспортным данным приборов, а быстродействующие защитные приборы обладают недостаточной мощностью, делая защиту от мощных импульсов ненадежной, что оставляет нерешенной проблему защиты аппаратуры простыми средствами. В результате современные защитные электронные компоненты либо перегорают от воздействия мощных коротких импульсов с опасно высоким напряжением, либо не успевают срабатывать, и защищаемая аппаратура выходит из строя.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Устройство защиты от импульсных сигналов» [Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Бевзенко И.Г., Самотин И.Е., Орлов П.Е., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Костарев И.С., патент на изобретение 2431897, дата публикации: 2011.10.20], выбранное за прототип, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении с равными расстояниями между ними, расположенными на одной стороне диэлектрической подложки или с расположением центрального проводника на обратной ее стороне, так, что в поперечном сечении устройства проводники одинаковы, имеют прямоугольную форму, а их длина выбрана так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, вторым проводником структуры является центральный проводник, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, и из двух резисторов, электрически соединенных со вторым и третьим проводниками на обоих концах устройства.

Недостатком устройства защиты от импульсных сигналов является то, что устройство не обеспечивает заданный уровень ослабления амплитуды импульсов на выходе.

Предлагается устройство защиты от импульсных сигналов с заданным уровнем их ослабления, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении с равными расстояниями между ними, расположенными на одной стороне диэлектрической подложки или с расположением центрального проводника на обратной ее стороне, так, что в поперечном сечении устройства проводники одинаковы, имеют прямоугольную форму, а их длина выбрана так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, вторым проводником структуры является центральный проводник, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, и из двух резисторов, отличающееся тем, что цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, и удвоенный квадратный корень отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод, деленный на квадрат суммы квадратного корня отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод и единицы, равен уровню ослабления.

Достоинством заявляемого устройства защиты от импульсных сигналов с заданным уровнем их ослабления, в отличие от прототипа, является то, что оно обеспечивает заданный коэффициент ослабления.

Принцип работы устройства представлен на примере полосковой структуры, поперечное сечение которой представлено на фиг. 1а. Схема заявляемого устройства и его соединений представлена на фиг. 1б. Устройство содержит три параллельных проводника в диэлектрическом заполнении 4 и два резистора 3, 6 (R2, R4). Первый (верхний по схеме) и второй (опорный, представленный обозначением схемной земли) проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, представленного на схеме идеальным источником э.д.с. и внутренним сопротивлением 2 (R1). На другом конце устройства эти проводники соединены с защищаемой цепью, представленной на схеме эквивалентным сопротивлением 5 (R3). Два резистора 3, 6 (R2, R4) электрически соединены со вторым (опорным) и третьим (пассивным) проводниками на обоих концах устройства.

Известно аналитическое выражение для (нормированных к амплитуде э.д.с.) амплитуд импульсов четной и нечетной мод в конце двух связанных линий [You H., Soma М. Crosstalk Analysis of Interconnection Lines and Packages in High-Speed Integrated Circuits. IEEE Trans. on Circuits and Systems. No. 8. 1990. P. 1019-1026]. В нашем случае оно имеет вид

где V_e,o - напряжения четной и нечетной мод;

E - напряжение источника э.д.с;

где R - значения сопротивления резисторов в начале и в конце структуры;

Z_e,o - волновые сопротивления четной и нечетной мод.

Приравнивание амплитуд импульсов четной и нечетной мод после простых алгебраических преобразований дает

Амплитуды напряжения импульсов при R=√(Z_e·Z_o) легко получить аналитически. Подставив (3) в (1), после простых алгебраических преобразований получим аналитическое выражение для нормированных амплитуд импульсов четной и нечетной мод (они равны друг другу) через их волновые сопротивления (Z_e>Z_o):

По полученному аналитическому выражению (4), зная значения волновых сопротивлений четной и нечетной мод структуры, можно быстро и точно определить ослабление опасного импульса в данной связанной линии, не вычисляя временной отклик.

При выполнении условия R=√(Z_e·Z_o) напряжение на входе отрезка V₀=E/2. Тогда, обозначив напряжение на выходе отрезка за V₁, получим коэффициент ослабления в одном отрезке

а используя обозначение k=(Z_e/Z_o)^1/2, получим

Для выражений (5), (6) построенные зависимости приведены на фиг. 2.

Из фиг. 2б видно, что при увеличении k коэффициент ослабления уменьшается. Поэтому актуально увеличение k. Из фиг. 2б видно, что это дает гораздо большее ослабление, причем рост R позволяет еще больше увеличивать его.

Техническим результатом является обеспечение защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением с заданным уровнем их ослабления в линиях передачи, подключаемых к защищаемым цепям.

Устройство защиты от импульсных сигналов с заданным уровнем их ослабления, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении с равными расстояниями между ними, расположенными на одной стороне диэлектрической подложки или с расположением центрального проводника на обратной ее стороне, так, что в поперечном сечении устройства проводники одинаковы, имеют прямоугольную форму, а их длина выбрана так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, вторым проводником структуры является центральный проводник, первый и второй проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, и из двух резисторов, отличающееся тем, что цепь источника и защищаемая цепь находятся в тракте с одинаковым волновым сопротивлением, а его значение и значения сопротивления двух резисторов равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод, и удвоенный квадратный корень отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод, деленный на квадрат суммы квадратного корня отношения волновых сопротивлений четной и нечетной мод и единицы, равен уровню ослабления.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности за счет обеспечения проверки правильности положения фиксатора.

Способ синхронизации устройств связи с пседвослучайной перестройкой рабочей частоты // 2535181

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к области систем радиосвязи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Технический результат - повышение точности синхронизации.

Автоматизированная приемопередающая система коротковолновой связи // 2475958

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в сетях радиосвязи широкого применения, в частности, в ведомственных радиосетях коротковолновой (KB) радиосвязи стационарного и мобильного базирования.

Способ и устройство для управления радиодоступом // 2393636

Изобретение относится к управлению несколькими одновременными радиосоединениями в устройстве связи. .

Способ подавления несимметричных кондуктивных помех // 2343630

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для эффективного подавления несимметричных кондуктивных помех, генерируемых преобразователями, работающими на повышенных частотах (от единиц до десятков кГц), во входных и выходных линиях.

Способ высокочастотного согласования электрической системы и используемая для этого печатная плата // 2309546

Изобретение относится к способу высокочастотного согласования электрической системы и к используемой при этом печатной плате. .

Энергетическая установка с помехоподавляющим устройством, имеющим пониженную вносимую электрическую емкость // 2293390

Трехфазная индуктивная система // 2262762

Изобретение относится к электротехнике, к трехфазным устройствам вторичного электропитания электротехнической и электронной аппаратуры. .

Устройство и способ для определения месторасположения источника радиопомех и для измерения интенсивности сигнала помехи, излучаемого этим источником // 2177627

Фильтр для подавления помех в сетях электроснабжения // 2138914

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для подавления помех в проводах сетевого питания зданий, крупных вычислительных центров, больших ЭВМ, других электронных устройств большой мощности.

Способ резервирования для печатных плат // 2603843

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно - к способам их резервирования. Технический результат состоит в уменьшении восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшение уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. Для этого предлагается способ резервирования цепей, включающий компоновку и трассировку резервируемой и резервной цепей, отличающийся тем, что компоновка и трассировка резервируемой цепи выполняются на верхнем слое подложки, сигнальные проводники выполняются за счет зазоров в опорной проводящей пластине, а компоновка и трассировка резервной цепи выполняется на нижнем слое подложки зеркально верхнему слою, резервируемые и резервные сигнальные проводники одноименных цепей располагаются друг под другом, а оставшиеся проводники электрически соединяются друг с другом. 3 ил.

Способ резервирования плоских кабелей // 2603848

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к способам резервирования кабелей. Технический результат состоит в уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшение уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. Для этого в способе резервирования проводники резервируемого кабеля располагаются на одном уровне, проводники резервного кабеля располагаются на другом уровне, при этом одноименные проводники резервируемого и резервного кабелей располагаются друг под другом в диэлектрическом слое. 2 ил.

Способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием // 2603850

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их трассировки. Технический результат состоит в уменьшении восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшении уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. Для этого способ трассировки печатных проводников цепей с резервированием, включает трассировку резервируемых и резервных проводников с опорным проводником в виде отдельного слоя, при этом резервируемая и резервная цепи имеют один опорный проводник, резервируемые и резервные проводники одноименных цепей прокладываются парами, параллельно друг другу, на одном слое, с минимально технологически допустимым зазором между резервируемым и резервным проводниками. 3 ил.

Способ компоновки печатных плат для цепей с резервированием // 2614156

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки. Технический результат - уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшение уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. Достигается тем, что в способе компоновки печатных плат, включающем взаимное расположение резервируемой и резервной плат, компоновку и трассировку резервируемой и резервной плат, опорный проводник выполнен в виде отдельных слоев на резервируемой и резервной платах, резервируемая и резервная платы склеиваются слоем диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью большей, чем у диэлектрических подложек резервируемой и резервной плат, соответствующие друг другу трассы резервируемой и резервной цепей расположены параллельно и друг под другом в склеивающем слое диэлектрика, резервируемые и резервные радиоэлектронные компоненты размещаются на противоположных склеиваемым сторонах резервируемой и резервной печатных плат. В случае выхода из строя резервируемой цепи в резервной цепи будет достигаться аналогичный технический результат. 5 ил.

Способ внутренней компоновки печатных плат для цепей с резервированием // 2624637

Изобретение относится к конструированию печатных плат, конкретно к способам их компоновки. Технический результат - уменьшение восприимчивости резервируемой цепи к внешним кондуктивным эмиссиям и уменьшение уровня кондуктивных эмиссий от резервируемой цепи. Достигается тем, что в способе компоновки печатных плат, включающем взаимное расположение резервируемой и резервной плат, компоновку и трассировку резервируемой и резервной плат, опорный проводник выполнен в виде отдельных слоев на резервируемой и резервной платах. Резервируемая и резервная платы склеиваются слоем диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью большей, чем у диэлектрических подложек резервируемой и резервной плат. Соответствующие друг другу трассы резервируемой и резервной цепей расположены параллельно и друг под другом в склеивающем слое диэлектрика, резервируемые и резервные радиоэлектронные компоненты размещаются на склеиваемых сторонах резервируемой и резервной печатных плат в слое склеивающего диэлектрика. В случае выхода из строя резервируемой цепи в резервной цепи будет достигаться аналогичный технический результат. 4 ил.