автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Устройства защиты вычислительной техники и систем управления путем модального разложения импульсов помех в кабельных и полосковых структурах

Самотин Иван Евгеньевич

УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПУТЕМ МОДАЛЬНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ИМПУЛЬСОВ ПОМЕХ В КАБЕЛЬНЫХ И ПОЛОСКОВЫХ СТРУКТУРАХ

Специальность 05.13.05 Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

О 3 [.;др ?0;1

Томск-2011

4839863

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Газизов Тальгат Рашитович (ТУСУР)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гончаров Валерий Иванович (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)

доктор технических наук, профессор Сычев Александр Николаевич (ТУ СУР)

Ведущая организация - Открытое акционерное общество

«Научно-производственный центр «Полюс»

Защита состоится 17 марта 2011 г. в 15— на заседании диссертационного совета Д 212.268.03 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Автореферат разослан // февраля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.268.03

кандидат технических наук С/ ' Мещеряков Р.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

С развитием и широким распространением электронных устройств различного назначения все острее необходимость обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС). Одним из направлений ЭМС является защита от кон-дуктивных воздействий. Опасным воздействием представляется мощный сверхкороткий импульс1 (СКИ), проникающий в устройства и способный вывести их из строя. Особенно актуальна защита устройств вычислительной техники и систем управления критичным оборудованием.

Известно, что включаемые на входе аппаратуры приборы защиты обладают недостатками (малая мощность, недостаточное быстродействие, паразитные параметры), затрудняющими защиту от мощных СКИ. Эффективная защита в диапазоне воздействий требует сложных многоступенчатых устройств. Между тем, наряду с высокими характеристиками, практика требует простоты и дешевизны, и необходим поиск новых принципов совершенствования защиты.

Один из таких принципов основан на модальной фильтрации - использовании модальных искажений2 (изменений сигнала за счет разности задержек мод многопроводной линии передачи) для защиты за счет модального разложения3 импульса в отрезках связанных линий, например в микрополосковых линиях, а также в плоском трёхпроводном силовом кабеле. Ряд работ свидетельствует о возможности создания устройств защиты на основе модальной фильтрации -модальных фильтров (МФ). Они могут отличаться радиационной стойкостью, малой массой и дешевизной, а в случае кабеля, ещё и массовым применением. По-существу, можно предположить даже использование самого кабеля, например обычного трёхпроводного силового кабеля, наряду с его основной функцией электропитания, ещё и в качестве устройства защиты от помеховых импульсов. Для этой же цели можно использовать и полосковые структуры на широко распространенном фольгированном стеклотекстолите. Однако применимость таких структур на практике требует более детального исследования.

Цель работы - исследование эффекта модального разложения импульсов помех в кабельных и полосковых структурах и разработка устройств защиты на его основе. Для её достижения необходимо решить следующие задачи: выбрать кабельные и полосковые структуры с эффектом модального разложения; про-

1 Сахаров К.Ю. Исследование функционирования локальной вычислительной сети в условиях воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов/ К.Ю. Сахаров, A.A. Соколов, О.В. Михеев, В.А. Туркин, А.Н. Корнев, С.Н. Долбня, A.B. Певнев // / Технологии ЭМС. - 2006. №3 (18).- С. 36-45. <

" Газизов Т.Р. Исследование модальных искажений импульсного сигнала в многопроводных линиях с неоднородным диэлектрическим заполнением/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, О.М. Кузнецова-Таджибаева // Электромагнитные волны и элек- \ тронные системы - 2004. №11,- С. 18-22. „

3 Газизов Т.Р. Модальное разложение импульса в отрезках связанных линий как но- 1 вый принцип защиты от коротких импульсов/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий // Технологии ЭМС,- 2006. №4,- С. 40-44.

вести исследование выбранных структур; разработать общие подходы к созданию модального фильтра; разработать конструкции и технологии изготовления макетов модального фильтра; провести экспериментальные исследования.

В работе применены: квазистатический анализ, параметрическая оптимизация генетическими алгоритмами, экспериментальное и компьютерное моделирование.

Достоверность результатов диссертационной работы основана на корректном использовании метода моментов и теории линий передачи, на согласованности результатов эксперимента и моделирования.

Научная новизна

1. Обоснован новый способ защиты вычислительной техники и систем управления, основанный на модальном разложении импульсов помех в плоских трехпроводных силовых кабелях и выявлено, что для этого предпочтительны кабели без воздушных промежутков в поперечном сечении.

2. Получены характеристики модальных фильтров с волновым сопротивлением 100 Ом на подложке из стеклотекстолита.

3. Сформулировано условие равенства амплитуд импульсов разложения на выходе однокаскадного модального фильтра и получено аналитическое выражение для их нормированных амплитуд при этом условии.

Практическая значимость

1. Созданы программы для автоматизированного проектирования модальных фильтров.

2. Показана возможность создания модальных фильтров без резисторов.

3. Созданы экспериментальные макеты модальных фильтров на основе полосковых структур и опытный образец модального фильтра на основе плоского кабеля.

Использование результатов исследований

1. Программная реализация имитационных моделей для вычисления матриц погонных параметров и временного отклика кабельных структур, результаты моделирования кабельных структур с модальными явлениями, рекомендации по использованию модальных явлений для уменьшения влияния помеховых электрических сигналов в кабельных структурах использованы в ходе выполнения составной части опытно-конструкторской работы «Разработка и поставка аппаратно-программного комплекса для проведения анализа взаимовлияний электрических сигналов бортовой аппаратуры» (хоздоговор 28/08 от 14.04.2008 с ОАО «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск).

2. Результаты исследования по модальной фильтрации использованы при подготовке и написании нормативного документа и двух национальных стандартов в ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург.

3. Исследования модальной фильтрации в полосковых структурах использованы для изготовления и поставки 12 макетов модальных фильтров для защиты сети Fast Ethernet от сверхкоротких импульсов (хоздоговор НИИЦ/НИР/10-01 от 15.01.2010 с ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург).

Апробация результатов

Результаты работы докладывались и представлялись в материалах следующих конференций: Межд. молодежная науч. конф. «Туполевские чтения», г. Казань, 2007, 2008; Межд. научно-практ. конф. «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2008, 2010; Всерос. научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР», г. Томск, 2008, 2010; Научно-техн. конф. «Электронные и электромеханические системы и устройства», г. Томск, 2008, 2010; Межд. конф. EUROEM, г. Лозанна, Швейцария, 2008; Межд. IEEE-сибирская конф. по управлению и связи (SIBCON-2009), г. Томск, 2009; Межд. конф. по защите от молний ICLP, г. Кальяри, Италия, 2010.

Публикации. Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в 23 работах (4 работы без соавторов): 6 статей в журналах из перечня ВАК, 3 патента на полезную модель и 1 патент на изобретение, 6 тезисов и 7 докладов конференций.

Структура и объём диссертации: В состав диссертации входят введение, 3 главы, заключение, список литературы из 120 наим., приложения. Объём диссертации составляет 199 стр., в т.ч. 112 рис. и 42 табл.

Личный вклад. Научные результаты, представленные в диссертации, получены автором. Постановка цели работы и задач исследования выполнена совместно с научным руководителем Т.Р. Газизовым. Программная реализация файлов сквозного анализа эффекта модального разложения импульсов помех в отрезках связанных линий выполнена совместно с A.M. Заболоцким и А.О. Мелкозеровым. Основной объем моделирования выполнен автором единолично, часть его выполнена под руководством автора студентами. Вывод условия равенства амплитуд импульсов разложения и аналитического выражения для их нормированных амплитуд выполнен совместно с Т.Р. Газизовым, а проверка их достоверности выполнена автором единолично. Экспериментальные исследования проведены совместно с научным руководителем и A.M. Заболоцким. Конструкция и технология изготовления макетов модальных фильтров разработаны совместно с О.М. Кузнецовой-Таджибаевой и Л.Н. Жеребцовой. Анализ результатов моделирования и эксперимента, а также формулировка основных результатов и выводов, выполнены совместно с Т.Р. Газизовым. Некоторые результаты исследований получены совместно с соавторами опубликованных работ.

Положения, выносимые на защиту

1. Плоские трехпроводные силовые кабели, наряду с их основным назначением, могут использоваться в качестве защиты от импульсов, длительность которых меньше разности задержек мод кабеля.

2. На основе модальных фильтров на подложке из стеклотекстолита возможно создание устройств защиты оборудования сети Fast Ethernet.

3. Амплитуды импульсов разложения на выходе однокаскадного модального фильтра (без учета потерь) одинаковы при значениях сопротивлений на концах проводников, равных среднему геометрическому импедансов четной и нечетной мод; при этом условии нормированные

амплитуды импульсов разложения равны квадратному корню отношения импедансов четной и нечетной мод, деленному на квадрат суммы этого корня и единицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ: ОБЗОР

В п. 1.1.1 рассмотрены общие подходы к решению задач электромагнитного поля, в п. 1.1.2 метод моментов (А. Джорджевич, Т. Саркар, Р. Харрингтон) выделен как самый известный и разработанный численный метод решения задач вычисления электромагнитного поля и рассмотрена его теория. В п. 1.1.3 проведен обзор исследований по вычислению матриц параметров, в п. 1.1.4 сделан выбор метода моментов (М. Шейнфейн, О. Палусинский) в качестве метода вычисления матриц параметров. В п. 1.1.5 выполнен обзор исследований по вычислению временного отклика многопроводных линий передачи (А. Джорджевич, Ф. Теше, М. Накла, Г. Йу и М. Сома) , и выбран метод (М. Накла). В п. 1.2.1 приведены необходимое условие разложения импульса в многопроводных межсоединениях с неоднородным диэлектрическим заполнением и формула для амплитуд напряжения импульсов разложения в проводниках многопроводной линии передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением (Т.Р. Газизов). Также приведены простые и важные формулы, позволяющие легко рассчитать защиту на основе модального разложения, которые связывают число и параметры отрезков для разложения импульсов с заданными параметрами (A.M. Заболоцкий). В п. 1.2.2 рассмотрен эффект модального разложения импульса в реальных кабелях с различным подключением генератора импульсов к проводникам кабеля (A.M. Заболоцкий). Показано, что разложение импульса происходит только при определенных вариантах подключения. В п. 1.2.3 показано, что разность погонных задержек мод в межсоединениях печатной платы может привести к модальным явлениям, позволяющим использовать её линии передачи длиной в десятки сантиметров для модального разложения импульсов длительностью в сотни пикосекунд (О.М. Кузнецова-Таджибаева). Рассмотрены разложение в специальных компонентах (п. 1.2.4) и зависимости значений погонных задержек мод и их разности от диэлектрической проницаемости одной из подложек специальной полосковой структуры.

Выявлено, что модальное разложение в связанных линиях исследовано в недостаточном объеме, что не позволяет применять данный эффект на практике. Так, не исследовано модальное разложение в широко применяемых кабелях сетевого питания и полосковых структурах. Между тем, кабели сетевого питания, наряду с их прямым применением, можно использовать и в качестве защиты от опасных воздействий. Также актуально создание защиты с применением полосковых структур на относительно дешевом и широко распространенном фольгированном стеклотекстолите. Такие защитные устройства будут отличаться надежностью, простотой и дешевизной по сравнению с существующими.

Проведенный обзор позволил сформулировать цели и задачи дальнейших исследований. В качестве инструментария для их решения выбрана система ТА1ЛЗАТ, поскольку она доступна, освоена автором в ходе учебного процесса и позволяет вычислять матрицы параметров связанных линий (методом моментов); вычислять временной и частотный отклики (с учетом и без учета потерь в проводниках и диэлектриках структур); выполнять оптимизацию структур.

Исследованию модального разложения импульса в кабельных и полоско-вых структурах посвящены гл. 2 и 3 диссертационной работы соответственно.

2. МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ПЛОСКИХ КАБЕЛЯХ СИЛОВОГО ПИТАНИЯ

В данной главе проведено исследование эффекта модального разложения в реальных плоских кабелях сетевого питания марок ВВГ и ПУГНП. 2.1 Кабели с эффектом модального разложения

В зависимости от структуры диэлектрического заполнения поперечного сечения исследуемых кабелей (ВВГ и ПУГНП) они разделены на две группы: кабели с воздухом - в диэлектрическом заполнении поперечного сечения присутствуют промежутки с воздухом (рис. 2.1а), и кабели без воздуха - поперечное сечение кабелей имеет сплошное диэлектрическое заполнение (рис. 2.1 б).

Рис. 2.1. Поперечное сечение плоских кабелей с воздухом (а) и без воздуха (б) Получены матрицы погонных коэффициентов электромагнитной (Ь) и электростатической (С) индукции, матрицы характеристического импеданса (2), а также значения задержек мод в линии и их разности.

Таблица 2.1

Кабели с воздухом Кабели без воздуха

Марка Дт, нс/м Марка Дт, нс/м

ВВГ 3x1,5 0,313 ПУГНП 3x2,5 0,539

ВВГ 3x2,5 0,302

ВВГ 3x4 0,335 ПУГНП 3x4 0,521

ПУГНП 3x1,5 0,320

Для модального разложения важным параметром является разность погонных задержек мод в линии передачи. Из табл. 2.1 видно, что у плоских кабелей её величина составляет более (0,3; 0,5) нс/м. Причем, при равном сечении жил, у кабелей без воздуха она в 1,6-1,8 раза больше, чем у кабелей с воздухом.

2.2 Исследование рассогласования отрезков кабелей

Для исследуемых кабелей с различным сечением жил разработаны программы сквозного анализа эффекта модального разложения в одиночном отрезке, двух и трёх последовательно соединённых отрезках (рис. 2.2). С помощью этих программ вычислены погонные задержки распространения мод в кабелях, разность этих задержек и значения коэффициентов матриц Ь, С и Z.

Рис. 2.2. Последовательное включение N отрезков кабеля

0,6 п V, В

0,4 -0,2 -

0

-0,2 ^ 0,4 0,2

0

-УЗ

f, не

10

о -0,2 0,4 -] 0,2 0 -0,2

-У6

10

12

V, В

I, не 14

-У9

НС

12

15

18

21

24

27

Рис. 2.3. Временные отклики: а) 1 отрезок, б) 2 отрезка, в) 3 отрезка Получены временные отклики на импульс трапециевидной формы (фронт, спад и вершина по 100 пс и амплитуда ЭДС 2 В) при разных вариантах включения отрезков. При этом значения резисторов /?а1с1 выбирались из условия псевдосогласования (ПС) или равными 50 Ом, значения Нтс на концах пассивного проводника выбирались из условия ПС, холостого хода (XX) либо короткого

замыкания (КЗ). Для одного отрезка исследовано 10 вариантов включения, для двух - 17, для трех - 37. Для примера приведены временные отклики (рис. 2.3) для одного отрезка кабеля ВВГ 3x1,5 (йакт=Лпас-ПС), двух отрезков ПУГНП 3x2,5 (Яает=50 Ом, Дпас-КЗ) и трех отрезков ПУГНП 3x4 (Яа„=50 Ом, Лпас-ХХ).

Таким образом, проведено исследование влияния граничных условий на концах 1, 2 и 3-х последовательно соединенных отрезков плоских кабелей на амплитуды импульсов разложения в конце активного проводника структуры. Показано, что для случая ПС включения отрезков исходный импульс делится: в 1-м отрезке кабеля на 2 импульса с в 2 раза меньшими амплитудами по отношению к исходному; в 2-х отрезках на 4 импульса с амплитудами в 4 раза меньше; в 3-х отрезках на 8 импульсов с амплитудами в 8 раз меньше. В случае рассогласования отрезков деление импульса сохраняется, но меняется соотношение амплитуд импульсов разложения (в некоторых случаях они остаются равными). 2.3 Экспериментальное подтверждение разложения импульса в плоских кабелях

Проведено экспериментальное подтверждение разложения импульса в плоских кабелях и моделирование эксперимента для одиночного отрезка.

Эксперимент проведен для 1-го отрезка кабеля ПУГНП 3x4 длиной 4,8 м, и 2-х последовательно соединенных отрезков кабеля ПУГНП 3x1,5 длиной 5 м и 10 м соответственно (при XX на концах пассивных проводников). В случае 1-го отрезка исходный импульс делится на 2 импульса (данные эксперимента на рис. 2.4), в случае 2-х отрезков происходит деление на 4 импульса.

Результаты моделирования эксперимента для 1-го отрезка кабеля ПУГНП 3x4 приведены на рис. 2.4. Результаты моделирования и эксперимента сопоставимы: исходный импульс делится на 2 импульса меньшей амплитуды; при XX на пассивном проводнике амплитуда 2-го импульса больше амплитуды 1-го. Результаты различаются из-за ряда факторов. Влияние некоторых можно выявить моделированием. Учет потерь (матрицы К и С, и их частотная зависимость) показывает их сильное влияние (амплитуды уменьшаются в 2 раза, фронты и спады становятся более пологими). Сильное влияние показывает анализ чувствительности к отклонению параметров от номинальных: например, крайние значения совокупности некоторых из параметров (—) приводят к уменьшению задержки самой быстрой (четной) моды от 24 до 20 не. Измеренное время задержки (с учетом предела допускаемой погрешности 7,5% для осциллографа С9-11) составляет 19,9±1,5 не, давая правую границу задержки в 21,4 не. Таким образом, можно говорить об удовлетворительном совпадении результатов моделирования и эксперимента. Отметим, что при моделировании не учитывались неоднородности на стыках кабеля и соединителей, различия значений ег и tg5 изоляции жил и оболочки кабеля и их частотная зависимость.

Рис. 2.4. Формы сигнала в конце пассивного проводника кабеля ПУГНП 3x4: эксперимент (—) и моделирование для гауссова импульса без учета потерь (—), с учетом потерь (-), с учетом потерь при отклонениях от номинальных значений п=(1,13+0,2) мм, гг=<1,6—0,1) мм,

6^3,10-0,62 (- -)

Таким образом, широко распространенные плоские силовые кабели, наряду с их основным назначением, можно использовать в качестве защиты от сверхкоротких импульсов, за счет их деления на импульсы меньшей амплитуды. Такое устройство защиты может быть: радиационностойким, т.к. не требует полупроводниковых приборов; дешевым, т.к. кроме кабеля, может содержать только резисторы; легким и надежным, т.к. вместо резисторов может использоваться даже соединение или разрыв жил кабеля.

3. МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ПОЛОСКОВЫХ СТРУКТУРАХ

3.1 Разработка общих подходов к созданию модального фильтра

В данном разделе представлены общие подходы к созданию печатного МФ для защиты интерфейсного оборудования сети 100 Мбит Ethernet. Выбор защиты оборудования данной сети сделан с учетом ее широкой распространенности и использования в многих сферах, связанных с передачей и обработкой данных.

Выявлено, что максимальная разность погонных задержек мод в линии МФ (для 100 Мбит Ethernet) не должна превышать 2,5 не. При этом амплитуда верхней частоты спектра полезного сигнала (100 МГц), после его прохождения по фильтру, не будет меньше, чем на 3 дБ относительно уровня на входе фильтра. Также представлен простой пример проектирования шестикаскадного МФ.

3.2 Выбор структуры поперечного сечения модального фильтра

Для создания МФ необходимо выбрать структуры поперечных сечений

двух связанных линий передачи с неоднородным диэлектрическим заполнением, обладающие эффектом модального разложения из-за различия скоростей мод. В качестве связанных линий выбраны: микрополосковая структура (рис. 3.1а), структуры с расположением печатных проводников на двух сторонах (рис. 3.16) и на одной стороне (рис. 3.1в) диэлектрической подложки, а также структура с лицевой связью (рис. 3.1г). Диэлектрический материал (стеклотекстолит £,=5) выбран из таких критериев, как широкое применение (фоль-гированный стеклотекстолит для изготовления печатных плат) и дешевизна.

Рис. 3Л. Поперечные сечения структур исследованных связанных линий С помощью оптимизации генетическими алгоритмами (по параметрам 5 и »V из заданных диапазонов значений) при /1=0,29 мм и <=105 мкм (параметры И и Г имели значения реальных толщин для фольгированного стеклотекстолита и задавались качестве постоянных параметров) и с учетом ряда ограничений выявлена структура из рис. 3.16 с оптимальными параметрами: 5=0,4 мм, и>=и>1=ч/=0,3 мм. Эта структура обладает волновым сопротивлением близким к 100 Ом (это условие задавалось при оптимизации) и максимальным значением разности погонных задержек мод (критерий оптимизации) около 1 нс/м и амплитудой импульсов разложения 0,25 В в каскаде МФ по отношению к ЭДС 1 В (2 раза на каскад). Линия с поперечным сечением на рис. 3.1г позволяет (на разных толщинах стеклотекстолита #=/г+2г, г=105 мкм) получить разность погонных задержек мод 3 нс/м и амплитуду импульсов разложения 0,1 В (5 раз на каскад) в каскаде МФ длиной I при воздействии импульса с ЭДС 1 В (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Параметры структур с лицевой связью_

Я, мм Те, нс/м То, нс/м То-Те, нс/м /, м У,=К2, В г„. Ом \,(2е-2У,Ом

0,5 3,64726 6,73505 3,087780 0,80964 0,108380 14,243 715,098 100,921

1,0 3,73348 6,74661 3,013140 0,82970 0,117010 15,592 636,624 99,631

1,5 3,88943 6,66102 2,771590 0,90201 0,133494 18,945 532,663 100,457

2,0 4,01838 6,56656 2,548180 0,98109 0,149980 22,669 447,370 100,704

3.3 Анализ амплитуд импульсов на выходе модального фильтра

В этом разделе выбраны связанные линии с различной силой электромагнитной связи, вычислены их матрицы и временной отклик на импульсный сигнал при граничных условиях, полученных из различных критериев, получено в аналитическом виде условие равенства амплитуд импульсов разложения на выходе модального фильтра и показано, что для этого необходимо, чтобы сопротивления на всех концах связанных линий были равны среднегеометрическому значению волновых сопротивлений четной и нечетной мод. Получено аналитическое выражение для нормированных амплитуд импульсов разложения.

Поскольку равенство амплитуд импульсов достигается при осевой симметрии поперечного сечения структуры: когда активный (А) и пассивный (П) проводники расположены зеркально по отношению к опорному (О), находящемуся на оси симметрии, а также, в частности, при равных оконечных нагрузках Я (рис. 3.2<?), то в качестве объекта исследования выбраны следующие структуры с сильной (рис. 3.2а) и слабой (рис. 3.26) связями.

а 6 в

Рис. 3.2. Поперечное сечение структур с сильной (а) и слабой (б) связью и схема включения связанных линий (в)

Вычислены матрицы погонных коэффициентов электростатической и электромагнитной индукции, а из них - матрица характеристических импедан-сов Ъ и значения волновых сопротивлений четной и нечетной

(7^=2x1-2x2) мод (табл. 3.2).

Таблица 3.2

Коэффициенты матрицы Ъ, волновые сопротивления мод, Ом _

Связь линий 2п 2^=211+212

Слабая 105,21 37,09 142,30 68,12 98,45

Сильная 279,93 261,33 541,26 18,60 100,34

Входное воздействие, между активным и опорным проводниками, представляло собой импульс трапециевидной формы с длительностями фронтов и плоской вершины по 100 пс и ЭДС генератора 1000 В.

Сначала номинал резисторов Я был выбран равным значению диагональных коэффициентов (2п=1т) матрицы Ъ. В итоге моделирования временного отклика структуры со слабой связью получены импульсы разложения с близкими амплитудами (238 В и 245 В, рис. 3.3а). Однако, для структуры с сильной связью, с таким же критерием выбора граничных условий, равенство амплитуд импульсов разложения уже не сохраняется (225 В и 58 В, рис. 336). Кроме этого, уменьшается амплитуда напряжения в начале линии (с 490 В до 360 В). Таким образом, необходим другой выбор значения Л.

Известно аналитическое выражение для (нормированных к амплитуде ЭДС) амплитуд импульсов четной и нечетной мод в конце двух связанных линий. В нашем случае оно имеет вид

(3.1)

где

р1е,0=(Я-2е,0)/(Я+2е,0), Ре0=\+1И2е0.

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

(3.2)

С этим значением /?, вычислен временной отклик для структур со слабой (рис. З.Зв) и сильной (рис. З.Зг) связью. Из рис. 3.3 следует, что использование значения Л, равного диагональному коэффициенту матрицы Ъ, приводит к неравенству амплитуд импульсов разложения, особенно значительному для структур с сильной связью (рис. 3.3а, 3.36). Если же Л равно среднегеометрическому значению импедансов чётной и нечётной мод, то при разложении получаются импульсы с равными амплитудами (рис. З.Зв, З.Зг). Амплитуда напряжения в начале активного проводника линии равна половине ЭДС.

500400 Н| 300 ■ 200 -1000 ■

0

V, в

г, нс 6 7

500-] 400 -300 -200100 0

У,В

О 1

А

I, НС

500 400300 -200 100 О

У,В

О 1

-V-1

г, нс 6 7

500 400 300 200 100 -О

У,В

О 1

г, нс 6 7

Рис. 3.3, Сигнал в начале (—) и конце (-) активного проводника структуры со слабой связью: а) К=2П, в) й=л'(7, 2„); и сильной связью: б) Я=гц, г)

Амплитуды напряжения импульсов при /?=^(2е-20) легко получить аналитически. Подставив (3.2) в (3.1), после простых алгебраических преобразований получим аналитическое выражение для нормированных амплитуд импульсов четной и нечетной мод (они равны друг другу) через их волновые сопротивления:

(3.3)

Таким образом, выявлено важное для модальной фильтрации условие выбора резистивных нагрузок на концах отрезка МФ, позволяющее получить равные амплитуды импульсов разложения на выходе фильтра. Получено аналитическое выражение для нормированных амплитуд импульсов разложения через волновые сопротивления четной и нечетной мод. Показано, что амплитуда импульсов разложения зависит от связи в линии МФ.

3.4 Исследование зависимостей характеристик модального фильтра от параметров поперечного сечения

В данном разделе, для структуры на стеклотекстолите (рис. 3.1 б), выполнено исследование зависимостей значения Л^-.^), далее для краткости называемого волновым сопротивлением, модуля разности погонных задержек мод, относительного модуля разности погонных задержек мод, а также амплитуд импульсов разложения от ширины проводников. При этом ширины проводников равные между собой и расстоянию от торца верхнего проводника до края диэлектрической подложки брались в диапазоне и>=и>1=й=0,2; 0,3; ...; 2,5 мм. Исследование проведено для различных: толщин й диэлектрического слоя, толщин проводников Г=35; 50; 70; 105 мкм, а также расстояния между верхними

проводниками 5=0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мм. При этом общая толщина структуры определяется как Я=Л+2г и выбрана из стандартных значений толщин фольгирован-нош стеклотекстолита Н=0,25; 0,5; 1; 1,5; 2 мм.

Таким образом, проведено комплексное исследование электрических характеристик МФ на стеклотекстолите, результаты которого позволяют разработчику, не прибегая к сложным и трудоемким вычислениям, выбрать необходимые параметры поперечного сечения связанной линии для построения модального фильтра с заданными электрическими параметрами.

3.5 Исследование временных и частотных откликов модального фильтра

В данном разделе проведено исследование временных и частотных откликов модальных фильтров с числом каскадов 1-4,7.

Получены временные отклики четырехкаскадного МФ на различные входные воздействия (трапеция, гауссов импульс и затухающая синусоида). Исследованы временные и частотные отклики семикаскадных МФ с различными граничными условиями на концах пассивного проводника, а также исследованы зависимости частотных откликов МФ с различными граничными условиями от количества и расположения каскадов. Проведена параметрическая оптимизация поперечных сечений МФ с различными линиями и получены их временные и частотные отклики.

3.6 Анализ рассеяния мощностей в линиях модального фильтра

Проведен анализ распределения мощностей с учетом и без учета потерь в линиях модального фильтра с числом каскадов 1-4, позволяющий, в зависимости от диапазонов входных воздействий и частоты их следования, определить мощность рассеяния резисторов на концах пассивных линий и сделать оценку мощности, проходящей через фильтр в нагрузку.

3.7 Создание макетов модальных фильтров

В данном разделе разработаны конструкции резистивных (с числом каскадов 1-4 и 7) и безрезистивных (с числом каскадов 7) модальных фильтров и тестовых схем, а также выбрана технология изготовления макетов фильтров. В итоге изготовлены макеты печатных модальных фильтров (рис. 3.4).

3.8 Экспериментальное моделирование

Данный раздел содержит результаты проведенного эксперимента для печатного однокаскадного модального фильтра (рис. 3.4). Также приведены соответствующие результаты моделирования в системе ТАЬСАТ проведенного эксперимента.

Испытания проведены с помощью осциллографа вычислительного комбинированного С9-11. Входное воздействие представляет собой импульс треугольной формы, амплитуда ЭДС 485 мВ, фронт и спад (по уровню 0,1-0,9) составляют 320 пс и 200 пс соответственно. Моделирование эксперимента проведено при следующих параметрах диэлектрической подложки: £,=3,375, [§5=0,025. Результаты эксперимнта и моделирования показаны на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Макеты модальных фильтров с числом каскадов 1-4 Для сравнения результатов моделирования и эксперимента параметры импульсов сведены в табл. 3.3 (т, - задержка импульса 1, т, - задержка импульса 2, V - амплитуда импульса 1, У1 - амплитуда импульса 2).

V, В

Рис. 3.5. Моделирование эксперимента: вычисления (—), измерения (-)

Таблица 3.3

Параметры импульсов Ть не 12, НС V,, мВ У2,мВ

Эксперимент 11,72 13,72 37,5 34

Моделирование 12,89 14,62 63 42

Ошибка, % 4,75 3,18 25,37 10,53

Принимая во внимание факторы, описанные в диссертационной работе, а также существующий разброс величин реальных параметров структуры поперечного сечения линии МФ, можно говорить об удовлетворительном совпадении результатов моделирования и эксперимента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы получены следующие широко апробированные и опубликованные результаты.

Исследован эффект модальной фильтрации в структурах на основе широко распространенных плоских силовых кабелей:

1. Выполнен обзор кабелей с неоднородным диэлектрическим заполнением.

2. Разработаны программы сквозного анализа модальных фильтров на основе 1,2 и 3 отрезков плоских кабелей.

3. Вычислены матрицы погонных коэффициентов электромагнитной и электростатической индукции, характеристического импеданса, погонные задержки мод и их разность, временной отклик на воздействие трапециевидного импульса.

4. Проведен эксперимент, подтверждающий эффект модального разложения импульса в плоских кабелях.

5. Изготовлен опытный образец кабельного модального фильтра.

В итоге установлено, что кабели без воздушных промежутков в поперечном сечении диэлектрического заполнения обладают большей разностью погонных задержек мод. У кабелей без воздушных промежутков она достигает значения 0,5 нс/м, а у кабелей с воздушными промежутками - 0,3 нс/м.

Исследован эффект модальной фильтрации в многоотрезочных полоско-вых структурах:

1. Разработаны принципы создания модального фильтра.

2. Разработаны программы сквозного анализа и оптимизации модальных фильтров.

3. Оптимизирована структура поперечного сечения фильтра.

4. Выведены аналитические формулы для равных амплитуд импульсов разложения в одном каскаде модального фильтра.

5. Вычислены зависимости основных параметров фильтра от ширины печатных проводников для номинальных значений толщины фольги и подложки из стеклотекстолита.

6. Вычислены частотные и временные характеристики (с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра) для различных структур фильтра, входных воздействий и граничных условий.

7. Выполнен анализ рассеяния мощностей в резисторах модального фильтра (с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра) в зависимости от длительности воздействующего импульса для различного числа каскадов.

8. Разработаны конструкции макетов и технология их изготовления.

9. Создано 12 макетов модальных фильтров: 4 макета резистивных фильтров с числом каскадов 1-4; 4 макета резистивных фильтров с числом каскадов 7 с различной плотностью расположения витков линий, с дополнительными защитными компонентами и без них; 4 макета

безрезистивных фильтров с числом каскадов 7, с дополнительными защитными компонентами и без них.

10. Проведены предварительные экспериментальные исследования макетов резистивных модальных фильтров для числа каскадов 1-4.

Показано, что для модального фильтра с волновым сопротивлением 100 Ом на подложке из стеклотекстолита линия с расположением одинаковых проводников с двух сторон подложки из стеклотекстолита обеспечивает разность погонных задержек мод 1 нс/м и ослабление импульса в 2 раза на каскад, а линия с лицевой связью - разность погонных задержек мод 3 нс/м и ослабление импульса - 5 раз на каскад.

В итоге выполнено исследование эффекта модального разложения импульса в кабельных и полосковых структурах. Получены 3 патента на полезную модель и 1 патент на изобретение. Результаты работы использованы в ОАО «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск и ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург.

Таким образом, в работе содержится решение задачи, имеющей существенное значение для защиты от кондуктивных воздействий устройств вычислительной техники и систем управления.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах из перечня ВАК

1. Самотин И.Е. Использование плоского силового кабеля как защитного устройства от сверхкоротких импульсов/ И.Е. Самотин, A.M. Заболоцкий, Т.Р. Газизов, Р.В. Киричек// Доклады ТУСУРа. 2010. №1(21), ч. 2. С. 74-79.

2. Самотин И.Е. Условие выравнивания амплитуд импульсов на выходе модального фильтра// Технологии ЭМС. №4 (35). 2010. С. 31-34.

3. Мелкозеров А.О. Структурная оптимизация многокаскадного модального фильтра по двум критериям/ А.О. Мелкозеров, И.Е. Самотин, Р.И. Аширбакиев// Доклады ТУСУРа. 2010. №2(22), ч. 1. С. 70-72.

4. Заболоцкий A.M. Модальныйи фильтр с TVS-сборкой для защиты сети Fast Ethernet/ A.M. Заболоцкий, Т.Р. Газизов, И.Е. Самотин// Доклады ТУСУРа. 2010. №2(22), ч. 2. С. 160-163.

5. Кузнецова-Таджибаева О.М. Разработка конструкции и технологии изготовления макетов модальных фильтров для сети Fast Ethernet/ О.М. Кузнецова-Таджибаева, J1.H. Жеребцова, В.В. Поспелов, Д.В. Дроздов, И.Е. Самотин, A.M. Заболоцкий, Т.Р. Газизов, C.B. Пономарев// Доклады ТУСУРа. 2010. №2(22), ч. 2. С. 164-168.

6. Самотин И.Е. Ослабление импульсных сигналов в модальных фильтрах с сильной лицевой связью// Доклады ТУСУРа. 2010. №2(22), ч. 2. С. 169-171.

Тезисы и доклады в зарубежных конференциях

7. Газизов Т.Р. Модальное разложение сверхширокополосного импульса в структурах силовых кабелей: простой эксперимент, показывающий полезные возможные применения/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин// Межд. конф. EUROEM: сборник тезисов/ г.Лозанна, Швейцария, 21-25 июля 2008. С. 62. (Gazizov T.R., Zabolotsky A.M., Samotin LE. Modal Decom-

position of UWB Pulse in Power Cable Structures: Simple Experiment Showing Useful Possible Applications// Book of abstracts EUROEM 2008. 21-25 July 2008, Lausanne, Switzerland. P. 62.)

8. Газизов T.P. Простое и бесплатное ослабление влияний коротких импульсов молнии плоскими силовыми кабелями/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин, А.О. Мелкозеров// Межд. конф. по защите от молнии/ г.Кальяри, Италия, 13-17 сентября. (Gazizov T.R., Zabolotsky A.M., Samo-tin I.E., Melkozerov A.O. Simple and free mitigation of short pulse lightning effects by flat power cables. Proc. of 30-th Int. conf. on lightning protection. Sept. 13-17. Cagliary, Italy. P. 993-1-993-3.)

9. Газизов T.P. Разработка печатных модальных фильтров для защиты компьютерной сети/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин, А.О. Мелкозеров// Там же. (Gazizov T.R., Samotin I.E., Zabolotsky A.M., Melkozerov A.O. Design of printed modal filters for computer network protection.?. 1246-1-1246-3.)

Патенты и свидетельства

10. Патент РФ на полезную модель №79355. Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Бевзенко И.Г., Самотин И.Е., Орлов П.Е., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., КостаревИ.С. Модальный фильтр. Заявка №2008127527/ 22(033781). Приоритет полезной модели 07.07.2008. Опубликовано 27.12.2008 Бюл. №36.

11. Патент РФ на полезную модель №79213. 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. Устройство воздействия на аппаратуру. Заявка №2008127574/22(033831). Приоритет полезной модели 07.07.2008. Опубликовано 20.12.2008 Бюл. №35.

12. Патент РФ на полезную модель. 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. Устройство модального зондирования. Заявка №2008127580/22(033837). Приоритет полезной модели 07.07.2008.

13. Патент РФ на изобретение №2386964. Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Орлов П.Е., Самотин И.Е., Бевзенко И.Г., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Костарев И.С. Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи. Заявка №2009108905/28 (011919). Приоритет изобретения 10.03.2009. Опубл. 20.04.2010 Бюл. №11.

Тезисы и доклады в отечественных изданиях

14. Заболоцкий А.М. Модальная фильтрация в отрезках кабелей силового питания/ A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин// 15-е Туполевские чтения: материалы межд. молодёжной науч. конфУ Казань, 9-10 ноября 2007 г.- С. 189-191.

15. Орлов П.Е. Использование модальных эффектов для диагностики многопроводных соединений/ П.Е. Орлов, A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин// Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. науч. техн. конф. молодых специалистов «НПЦ «Полюс» / Томск, 10-11 апреля 2008 г. С. 179-181.

16. Заболоцкий A.M. Защита от короткого импульса в линиях передачи с различными граничными условиями/ A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин// 16-е Туполевские чтения: материалы межд. молодёжной науч. конф. / Казань,

28-29 мая 2008 г. - С. 243-245.

17. Самотин И.Е. Распространение короткого импульса в плоских кабелях силового питания при различных граничных условиях на концах пассивного проводника/ И.Е. Самотин, A.M. Заболоцкий, Т.Р. Газизов// Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. науч. техн. конф. молодых специалистов «НПЦ «Полюс», г.Томск, 10-11 апреля 2008 г.-С. 67-69.

18. Заболоцкий A.M. Разложение короткого импульса в отрезках кабеля силового питания при различных граничных условиях на концах пассивного проводника/ И.Е. Самотин, A.M. Заболоцкий, Т.Р. Газизов// Материалы на-уч.-практ. конф. «Электронные средства и системы управления», г. Томск,

29-30 сентября 2008 г. Томск: В-Спектр, 2009. С. 23-26.

19. Газизов Т.Р. Экспериментальные результаты распространения сверхширокополосного импульса в трехпроводных кабелях с плоским и круглым поперечными сечениями/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин// Межд. IEEE-сибирская конф. по управлению и связи (SIBCON-2009) / г. Томск, Россия, 27-28 марта 2009.- С. 264-269.

20. Самотин И.Е. Подходы к созданию модального фильтра для защиты от сверхкороткого импульса/ Электронные и электромеханические системы и устройства: тез. докл. науч. техн. конф. молодых специалистов «НПЦ «Полюс»// Томск, 22-23 апреля 2010 г.- С. 263-266.

21. Самотин И.Е. Влияние сегментации структуры на результаты компьютерного моделирования/ Материалы докладов всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР»/ Томск, 4-7 мая 2010 г.-С. 172-174.

22. Решетников Ю.Е. Исследование влияния временных параметров импульса на распределение энергии в активной и пассивной линиях модального фильтра/ Ю.Е. Решетников, И.Е. Самотин// Там же. - С. 166-168.

23. Кузнецова-Таджибаева О.М. Варианты конструктивной реализации печатного модального фильтра/ О.М. Кузнецова-Таджибаева, И.Е. Самотин// Там же.-С. 153-155.

Тираж 100 экз. Заказ 140. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ: ОБЗОР.

1.1 Теоретическое моделирование распространения электрических сигналов.

1.1.1 Общие подходы.

1.1.2 Теория метода моментов.

1.1.3 Обзор исследований по вычислению матриц параметров.

1.1.4 Выбор метода вычисления матриц параметров.

1.1.5 Обзор исследований по вычислению временного отклика схем многопроводных линий передачи.24;

1.2 Модальное разложение импульса в электрических соединениях.

1.2.1 Разложение импульса в отрезках связанных линий.

1.2.2 Разложение в кабеле.

1.2.3 Разложение в печатных платах.

1.2.4 Разложение в специальных полосковых структурах.

1.3 Цель работы и постановка задач исследования.

2. МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ПЛОСКИХ

КАБЕЛЯХ СИЛОВОГО ПИТАНИЯ.

2.1 Плоские кабели сетевого питания с эффектом модального разложения.

2.1.1 Выбор кабелей с эффектом модального разложения.

2.1.2 Разработка программ для сквозного анализа эффектов модального разложения.

2.1.3 Вычисление электрических параметров кабелей.

2.2 Исследование влияния рассогласования отрезков кабеля.

2.2.1 Рассогласование в одиночных отрезках кабеля.

2.2.2 Рассогласование в двух последовательно соединенных отрезках кабеля.

2.2.3 Рассогласование в трех последовательно соединенных отрезках кабеля.

2.3 Экспериментальное подтверждение разложения импульса в плоском кабеле.

2.4 Практическая реализация кабельного модального фильтра.

2.5 Основные результаты главы.

3. МОДАЛЬНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ИМПУЛЬСА В ПОЛОСКОВЫХ

СТРУКТУРАХ.

3.1 Разработка общих подходов к созданию модального фильтра.

3.1.1 Оценка предельной разности задержек мод модального фильтра.

3.1.2 Программы для сквозного анализа эффекта модального разложения в полосковых структурах.

3.1.3 Простой пример проектирования модального фильтра.

3.2 Выбор структуры поперечного сечения модального фильтра.

3.2.1 Качественный выбор.

3.2.2 Параметры выбранных структур.

3.2.3 Влияние сегментации на результаты моделирования.

3.3 Анализ амплитуд импульсов на выходе модального фильтра.

3.4 Исследование зависимостей характеристик модального фильтра от параметров поперечного сечения.

3.5 Исследование временных и частотных откликов модального фильтра.

3.5.1 Временные отклики четырехкаскадного модального фильтра на различные входные воздействия.

3.5.2 Временные и частотные отклики семикаскадного модального фильтра с различными граничными условиями на концах пассивного проводника.

3.5.3 Зависимость частотных откликов модального фильтра с различными граничными условиями на концах пассивного проводника от количества и расположения каскадов.

3.5.4 Параметрическая оптимизация и исследование временного и частотного откликов модальных фильтров с различными структурами поперечного сечения.

3.5.5 Временные и частотные отклики псевдосогласованного модального фильтра с различным числом и расположением каскадов.

3.6 Анализ рассеяния мощности помехового воздействия в активной и пассивной линиях модального фильтра.

3.6.1 Рассеяние мощностей в однокаскадном модальном фильтре.

3.6.2 Рассеяние мощностей в многокаскадных модальных фильтрах.

3.6.3 Влияние потерь в диэлектрической подложке и проводниках модального фильтра на параметры выходного сигнала.

3.7 Создание макетов модальных фильтров.

3.7.1 Конструкция макетов модальных фильтров.

3.7.2 Технология изготовления макетов модальных фильтров.

3.8 Экспериментальное моделирование.

3.9 Основные результаты главы.

Актуальность работы

С развитием и широким распространением электронных устройств различного назначения все острее необходимость обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС). Одним из направлений ЭМС является защита от кондуктивных воздействий. Опасным воздействием представляется мощный сверхкороткий импульс1 (СКИ), проникающий в устройства и способный вывести их из строя. Особенно актуальна защита устройств вычислительной техники и систем управления критичным оборудованием.

Известно, что включаемые на входе аппаратуры приборы 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, так что необходим поиск новых принципов совершенствования защиты.

Один из таких принципов основан на модальной фильтрации — использовании модальных искажений (изменений сигнала за счет разности задержек мод многопроводной линии передачи) для защиты за счет о последовательного модального разложения импульса в отрезках связанных линий, например в микрополосковых линиях, а также в плоском

1 Сахаров К.Ю. Исследование функционирования локальной вычислительной сети в условиях воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов/ К.Ю. Сахаров, A.A. Соколов, О.В. Михеев, В.А. Туркин, А.Н. Корнев, С.Н. Долбня, A.B. Певнев // Технологии ЭМС. - 2006. №3 (18).- С. 36-45.

Газизов Т.Р. Исследование модальных искажений импульсного сигнала в многопроводных линиях с неоднородным диэлектрическим заполнением/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий, О.М. Кузнецова-Таджибаева // Электромагнитные волны и электронные системы - 2004. №11.-С. 18-22.

Газизов Т.Р. Модальное разложение импульса в отрезках связанных линий как новый принцип защиты от коротких импульсов/ Т.Р. Газизов, A.M. Заболоцкий // Технологии ЭМС.- 2006. №4 — С. 40-44. трёхпроводном силовом кабеле. Ряд работ свидетельствует о возможности создания устройств защиты на основе модальной фильтрации — модальных фильтров (МФ). Они могут отличаться радиационной стойкостью, малой массой и дешевизной, а в случае кабеля, ещё и массовым применением. По-существу, можно предположить даже возможность использования самого кабеля, например обычного трёхпроводного силового кабеля, наряду с его основной функцией электропитания, ещё и в качестве устройства защиты от импульсов помех. Для этой же цели можно использовать и полосковые структуры на широко распространенном фольгированном стеклотекстолите. Однако применимость таких структур на практике требует более детального исследования.

Цель работы - исследование эффекта модального разложения импульса в кабельных и полосковых структурах и разработка устройств защиты на его основе. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: выбрать кабельные и полосковые структуры с эффектом модального разложения; провести исследование выбранных структур; разработать общие подходы к созданию модального фильтра; разработать конструкции и технологии изготовления макетов модального фильтра; провести экспериментальные исследования.

В работе применены: квазистатический анализ, параметрическая оптимизация генетическими алгоритмами, экспериментальное и компьютерное моделирование.

Достоверность результатов основана на корректном использовании метода моментов и теории линий передачи, на согласованности результатов эксперимента и моделирования.

Научная новизна

Обоснован новый способ защиты вычислительной техники и систем управления, основанный на модальном разложении импульсов помех в плоских трехпроводных силовых кабелях и выявлено, что для этого предпочтительны кабели без воздушных промежутков в поперечном сечении.

2. Получены характеристики модальных фильтров с волновым сопротивлением 100 Ом на подложке из стеклотекстолита.

3. Сформулировано условие равенства амплитуд импульсов разложения на выходе однокаскадного модального фильтра и получено аналитическое выражение для их нормированных амплитуд при этом условии.

Практическая значимость

1. Созданы программы для автоматизированного проектирования модальных фильтров.

2. Показана возможность создания модальных фильтров без резисторов.

3. Созданы экспериментальные макеты модальных фильтров на основе полосковых структур и опытный образец модального фильтра на основе плоского кабеля.

Использование результатов исследований

1. Программная реализация имитационных моделей для вычисления матриц погонных параметров и временного отклика кабельных структур, результаты моделирования кабельных структур с модальными явлениями, рекомендации по использованию модальных явлений для уменьшения влияния помеховых электрических сигналов в кабельных структурах использованы в ходе выполнения составной части опытно-конструкторской работы «Разработка и поставка аппаратно-программного комплекса для проведения анализа взаимовлияний электрических сигналов бортовой аппаратуры» (хоздоговор 28/08 от 14.04.2008 с ОАО «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск). - Приложение 4.

2. Результаты исследования по модальной фильтрации использованы при подготовке и написании нормативного документа и двух национальных стандартов в ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург. - Приложение 5.

3. Исследования модальной фильтрации в полосковых структурах использованы для изготовления и поставки 12 макетов модальных фильтров для защиты сети Fast Ethernet от сверхкоротких импульсов (хоздоговор НИИЦ/НИР/10-01 от 15.01.2010 с ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург). — Приложение 5.

Апробация результатов

Результаты диссертационной работы докладывались и представлялись в материалах следующих конференций:

1. Международная молодежная научная конференция «Туполевские чтения», г. Казань, 2007, 2008.

2. Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2008, 2010.

3. Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР», г. Томск, 2008, 2010.

4. Научно-техническая конференция «Электронные и электромеханические системы и устройства», г. Томск, 2008, 2010.

5. Международная конференция EUROEM, г. Лозанна, Швейцария, 2008.

6. Международная IEEE-сибирская конференция по управлению и связи (SIBCON-2009), г. Томск, 2009.

7. Международная конференция по защите от молний ICLP, г. Кальяри, Италия, 2010.

Публикации. Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в 23 работах (4 работы без соавторов):

Публикация, издание, объём Количество

Статья, журнал из перечня ВАК (6 с.) 6

Патент на полезную модель 3

Патент на изобретение 1

Полный доклад, Труды отечественных конференций (3-6 с.) 7

Тезисы доклада, Материалы конференций (1—4 с.) 6

ИТОГО: 23

Структура и объём диссертации. В состав диссертации входят введение, 3 главы, заключение, список литературы из 120 наим., приложения. Объём диссертации составляет 199 стр., в т.ч. 112 рис. и 42 табл.

Личный вклад. Научные результаты, представленные в диссертации, получены автором. Постановка цели работы и задач исследования выполнена совместно с научным руководителем Т.Р. Газизовым. Программная реализация файлов сквозного анализа эффекта модального разложения импульсов помех в отрезках связанных линий выполнена совместно с A.M. Заболоцким и А.О. Мелкозеровым. Основной объем моделирования выполнен автором единолично, часть его выполнена под руководством автора студентами. Вывод условия равенства амплитуд импульсов разложения и аналитического выражения для их нормированных амплитуд выполнен совместно с Т.Р. Газизовым, а проверка их достоверности выполнена автором единолично. Экспериментальные исследования проведены совместно с научным руководителем и A.M. Заболоцким. Конструкция и технология изготовления макетов модальных фильтров разработаны совместно с О.М. Кузнецовой-Таджибаевой и Л.Н. Жеребцовой. Анализ результатов моделирования и эксперимента, а также формулировка основных результатов и выводов, выполнены совместно с Т.Р. Газизовым. Некоторые результаты исследований получены совместно с соавторами опубликованных работ.

Положения, выносимые на защиту

1. Плоские трехпроводные силовые кабели, наряду с их основным назначением, могут использоваться в качестве защиты от импульсов, длительность которых меньше разности задержек мод кабеля.

2. На основе модальных фильтров на подложке из стеклотекстолита возможно создание устройств защиты оборудования сети Fast Ethernet.

3. Амплитуды импульсов разложения на выходе однокаскадного модального фильтра (без учета потерь) одинаковы при значениях сопротивлений на концах проводников, равных среднему геометрическому импедансов четной и нечетной мод; при этом условии нормированные амплитуды импульсов разложения равны квадратному корню отношения импедансов четной и нечетной мод, деленному на квадрат суммы этого корня и единицы.

Краткое содержание работы. В гл. 1 выполнен обзор состояния вопроса теоретического моделирования распространения электрических сигналов, а также защиты аппаратуры от сверхкоротких импульсов на основе эффекта модального разложения в связанных линиях. В гл. 2 исследован эффект модального разложения импульса в кабельных структурах. В гл. 3 проведено исследование разложения импульса в полосковых структурах, получены временные и частотные отклики структур, разработаны конструкции и технология изготовления макетов модальных фильтров. В заключении сделаны выводы по работе. Далее приведён список литературы. В приложениях приведены листинг программы, графические результаты проведенных исследований, акты внедрения и патенты.

3.9 Основные результаты главы

Разработаны принципы создания модального фильтра, выбрана структура и получены оптимальные геометрические параметры поперечного сечения связанной линии фильтра. Для полученной структуры: вычислены зависимости основных параметров фильтра от ширины печатных проводников для номинальных значений толщины фольги и подложки из стеклотекстолита; вычисленны частотные и временные характеристики с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра для различных входных воздействий и граничных условий (также выполнено и для других структур фильтра); выполнен анализ рассеяния мощностей на резисторах модального фильтра (с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра) в зависимости от длительности воздействующего импульса для различного числа каскадов.

Выведены аналитические формулы для равных амплитуд импульсов разложения в одном каскаде модального фильтра.

На основе проведенных исследований разработаны конструкции макетов и технология их изготовления, проведены предварительные экспериментальные исследования макетов резистивных модальных фильтров для числа каскадов 1-4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы получены следующие широко апробированные и опубликованные результаты.

Исследован эффект модальной фильтрации в структурах на основе широко распространенных плоских силовых кабелей:

1. Выполнен обзор кабелей с неоднородным диэлектрическим заполнением.

2. Разработаны программы сквозного анализа модальных фильтров на основе 1, 2 и 3 отрезков плоских кабелей.

3. Вычислены матрицы погонных коэффициентов электромагнитной и электростатической индукции, характеристического импеданса, погонные задержки мод и их разность, временной отклик на воздействие трапециевидного импульса.

4. Проведен эксперимент, подтверждающий эффект модального разложения импульса в плоских кабелях.

5. Изготовлен опытный образец кабельного модального фильтра.

В итоге установлено, что кабели без воздушных промежутков в поперечном сечении диэлектрического заполнения обладают большей разностью погонных задержек мод. У кабелей без воздушных промежутков она достигает значения 0,5 нс/м, а у кабелей с воздушными промежутками — 0,3 нс/м.

Исследован эффект модальной фильтрации в многоотрезочных полосковых структурах:

1. Разработаны принципы создания модального фильтра.

2. Разработаны программы сквозного анализа и оптимизации модальных фильтров.

3. Оптимизирована структура поперечного сечения фильтра.

4. Выведены аналитические формулы для равных амплитуд импульсов разложения в одном каскаде модального фильтра.

5. Вычислены зависимости основных параметров фильтра от ширины печатных проводников для номинальных значений толщины фольги и подложки из стеклотекстолита.

6. Вычислены частотные и временные характеристики (с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра) для различных структур фильтра, входных воздействий и граничных условий.

7. Выполнен анализ рассеяния мощностей в резисторах модального фильтра (с учетом и без учета потерь в проводниках и подложке фильтра) в зависимости от длительности воздействующего импульса для различного числа каскадов.

8. Разработаны конструкции макетов и технология их изготовления.

9. Создано 12 макетов модальных фильтров: 4 макета резистивных фильтров с числом каскадов 1-4; 4 макета резистивных фильтров с числом каскадов 7 с различной плотностью расположения витков линий, с дополнительными защитными компонентами и без них; 4 макета безрезистивных фильтров с числом каскадов 7, с дополнительными защитными компонентами и без них.

10. Проведены предварительные экспериментальные исследования макетов резистивных модальных фильтров для числа каскадов 1-4.

Показано, что для модального фильтра с волновым сопротивлением 100 Ом на подложке из стеклотекстолита линия с расположением одинаковых проводников с двух сторон подложки из стеклотекстолита обеспечивает разность погонных задержек мод 1 нс/м и ослабление импульса в 2 раза на каскад, а линия с лицевой связью - разность погонных задержек мод 3 нс/м и ослабление импульса - 5 раз на каскад.

В итоге выполнено исследование эффекта модального разложения импульса в кабельных и полосковых структурах. Получены 3 патента на полезную модель [117— 119] и 1 патент на изобретение [120]. Результаты работы использованы в ОАО «ИСС им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск и ФГУП «ЦентрИнформ», г. Санкт-Петербург.

Таким образом, в работе содержится решение задачи, имеющей существенное значение для защиты от кондуктивных воздействий устройств вычислительной техники и систем управления.

1. Т.Р. Газизов Уменьшение искажений электрических сигналов в межсоединениях и влияний преднамеренных силовых электромагнитных воздействий. Дисс. . докт. тех. наук. Томск. 2010.

2. Singer Н. The method of moments (MOM) and related codes. Supplement to Proc. of the 13-th Int. Zurich Symp. on EMC. Zurich, Switzerland, February 16-18,1999, pp. 11-19.

3. Harrington R.F. Origin and Development of the Method of Moments for Field Computation, IEEE Antennas and Propagation Society Magazine, pp.31-36, June 1990.

4. Канторович JI.B., Крылов B.M. Приближенные методы высшего анализа.-М.-Л.: Физматгиз, 1962.

5. Канторович JI.B., Акилов Г.П. Функциональный анализ в нормированных пространствах.-М.: Физматгиз, 1959.

6. Harrington R.F. Matrix Methods for Field Problems, IEEE Proceedings, 1967, №2, p.136-149.

7. Harrington R.F. Field Computation by Moment Methods, New York, The MacMillian Co., 1968; reprinted by Krieger Publishing Co., Malabar, Fl., 1982.

8. A.R.Djordjevic, T.K.Sarkar, and R.F.Harrington, Time-domain response of multiconductor transmission lines, IEEE Proceedings, vol.75, no.6, pp.743-764, June 1987.

9. Ховратович B.C. Параметры многопроводных передающих линий.- Радиотехника и электроника, 1975, №3, с. 468-473.

10. Малютин Н.Д. Многосвязные полосковые структуры и устройства на их основе / Н.Д. Малютин. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 164 с.

11. Шлее В.Р., Аубакиров К.Я., Воронин М.Я. Численный метод анализа неоднородной многопроводной линии-Радиотехника и электроника, 1983, т.28, №6, с. 1058-1063.

12. C.R.Paul, Useful matrix chain parameter identities for the analysis of multiconductor transmission lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-23, pp.756-760, Sept. 1975.

13. C.Wei, R.F.Harrington, J.R.Mautz, and T.K.Sarkar, Multiconductor transmission lines in multilayered dielectric media, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT—32, pp.439—450, Apr. 1984.

14. S.M.Rao, T.K.Sarkar, and R.F.Harrington, The electrostatic field of conducting bodies in multiple dielectric media, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., voI.MTT-32, pp.1441—1448, Nov. 1984.

15. R.Mautz, R.F.Harrington, and C.G.Hsu, The iductance matrix of a multiconductor transmission line in a multiple magnetic media, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-36, pp. 1293-1295, Aug. 1988.

16. F.Olyslager, N.Fache, and D.De Zutter, New fast and accurate line parameter calculation of general multiconductor transmission lines in multilayered media, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-39, pp.901-909, June 1991.

17. R.Djordjevic, T.K.Sarkar, and S.M.Rao, Analisis of finite conductivity cilindrical conductors exited by axially-independent TM electromagnetic field, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-33, pp.960-966, Oct.1985.

18. R.F.Harrington and C.Wei, Losses on multiconductor transmission lines in multilayred dielectric media, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT—32, pp.705-710, July 1984.

19. R.B.Wu and J.C.Yang, Boundary integral equation formulation of scin effect problems in multiconductor transmission lines, IEEE Trans. Magn. vol.MAG-25, pp.3013—3015, July 1989.

20. I.Tsai and C.H.Chen, Perturbed-TEM analysis of transmission lines with imperfect conductors, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-38, pp.754-759, June 1990.

21. TCU® ultrathin copper foil. Printed circuit design & manufacture. April 2004. P. 3; www.gould.com.

22. Э.Цунасима, Требования потребителей к качеству материалов для печатных плат, Дэнси гидзюцу, том 28, 1986, с.47—59

23. G.W.Pan, G.Wang and B.K.Gilbert, Edge effect enforced boundary element analysis of multilayered transmission lines, IEEE Trans. Circuits Syst.-I: Fundamental Theory and Applications, vol.39, no.l 1, pp.955-963, Nov.l992

24. G.Pan, X.Zhu, B.K.Gilbert, Analysis of transmission lines of finite thickness above a periodically perforated ground plane at oblique orientations, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT—43, pp.383-393, Feb.1995

25. B.J.Rubin, The propagation characteristics of signal lines in a mesh-plane environment, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT-32, pp.522-531, May 1984

26. Заболоцкий A.M., Газизов T.P. Временной отклик многопроводных линий передачи. -Томск: Томский государственный университет, 2007. — 152 с.

27. L.A.Pipes, Matrix theory of multiconductor transmission lines, Phil. Mag., s.7, vol.24, no.l59, pp.97-113, July 1937.

28. L.A.Pipes, Steady-state analysis of multiconductor transmission lines, Journal of App. Phys., vol.12, no.l 1, 1941.

29. L.A.Pipes, Transient analysis of completely transposed multiconductor transmission lines, AJEE Transactions, 1941, vol.60, pp.346-350.

30. S.A.Schelkunoff, Conversion of Maxwell's equations into generalized telegrapher's equations, Bell Syst. Tech. J, vol.34, pp.995-1043, Sept. 1955.

31. H.Amemiya, Time-domain analysis of multiple parallel transmission lines, RCA Review, pp.241-276, June 1967.

32. K.D.Marx, Propagation modes, equivalent circuits, and characteristic terminations for multiconductor transmission lines with inhomogeneous dielectrics, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-21, no.7, pp.450-457, July 1973.

33. C.R.Paul, On uniform multimode transmission lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.,pp.556-558, August 1973.

34. C.R.Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, John Wiley, 1992.

35. C.R.Paul, Analysis of multiconductor transmission lines, John Wiley, 1994.

36. F—Y.Chang, Transient analysis of lossless coupled transmission lines in a nonhomogeneous dielectric medium, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-18, no.9, pp.616-626, Sept. 1970.

37. S.Frankel, Multiconductor transmission line analysis, Artech House, 1977.

38. I.V.Lindell, On the quasi-TEM modes in inhomogeneous multiconductor transmission lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.' MTT-29, no.8, pp.812-817, Aug. 1981.

39. I.V.Lindell, Theory of time-domain quasi-TEM modes in inhomogeneous multiconductor lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-35, pp.893-897, Oct. 1987.

40. A.R.Djordjevic, T.K.Sarkar, and R.F.Harrington, Time-domain response of multiconductor transmission lines, IEEE Proceedings, vol.75, no.6, pp.743-764, June 1987.

41. F-T.Lei, G.-W.Pan, and B.K.Gilbert, "Examination, clarification, and simplification of modal decoupling method for multiconductor transmission lines," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-43, no.9, pp.2090-2100, Sept.1995.

42. G.G.Gentili, and M.Salazar-Palma, "The definition and computation of modal characteristic impedance in quasi-TEM coupled transmission lines," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-43, no.2, pp.338-343, Feb.1995.

43. E.G.Farr, C.H.Chan, and R.Mittra, A Frequency-depended coupled mode analysis of multiconductor microstrip lines with application to VLSI interconnection problems, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-34, no.2, pp.307-310, Feb. 1986.

44. R.Wang and O.Wing, A circuit model of a system of VLSI interconnects for time response computation, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-39, pp. 688-693, Apr. 1991.

45. L.Carin and K.J.Webb, Isolation effects in single- and dual plane VLSI interconnects, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-38, no.4, pp. 396-404, April 1990.

46. G.L.Matthei, J.C.-II.Shu, and S.I.Long, Simplified calculation of wave-coupling between lines in high-speed integrated circuits, IEEE Trans, on Circuits and Systems, vol.37, No. 10, pp.1201—1208, 0ct.l990.

47. J.E.Schutt-Aine and R.Mittra, Nonlinear transient analysis of coupled transmission lines, IEEE Trans. Circuits and Systems, vol.CAS-36, pp. 959-967, July 1989.

48. H.Echigo and R.Sato, Calculation of transient response in logic circuits connected with coupled line, Int. Symp. Electromagn. Compart., Nagoya, Sept. 8-10, 1989, vol.1, pp.410415, Tokyo, 1989.

49. A.R.Djordjevic, T.K.Sarkar, and R.F.Harrington, Analysis of lossy transmission lines with arbitrary nonlinear terminal networks, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT—34, pp. 660-665, June 1986.

50. S.Lin and E.S.Kuh, "Transient simulation of lossy interconnects based on the recursive convolution formulation," IEEE Trans. Circuits Syst.-I: Fundamental Theory and Applications, vol.39, no.l 1, pp.879-892, Nov.1992.

51. I.Maio, S.Pignary and F.Canavero, Efficient transient analysis of nonlinearly loaded low-loss multiconductor interconnects, International Journal on Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol.5, pp.7-17, Jan. 1994.

52. O.A.Palusinski and A.Lee, Analysis of transients in nonuniform multiconductor transmission lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-37, pp. 127—138, Jan. 1989.

53. M.A.Mehalic and R.Mittra, Investigation of tapered multiple microstrip lines for VLSI circuits, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-38, pp. 1559-1567, Nov. 1990.

54. V.K.Tripathi and N.Orhanovic, "Time-domain characterization and analysis of dispersive dissipative interconnects," IEEE Trans. Circuits Syst.—I: Fundamental Theory and Applications, vol.39, no.l 1, pp.938-945, Nov. 1992.

55. Haase H, Steinmetz T., Nitsch J. New propagation models for electromagnetic waves along uniform and nonuniform cables. IEEE Trans, on Electromagn. Compat. Vol. 46, no. 3. August 2004. PP. 345-352.

56. Q.Gu and J.A.Kong, Transient analysis of single and coupled lines with capacitively-Ioaded junctions, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. vol.MTT—34, no.9, pp.952-964, Sept. 1986.

57. G.W.Pan, K.S.Olson, and B.K.Gilbert, Frequency-domain solution for coupled striplines with crossing strips, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. vol.39, pp.1013—1017, June 1991.

58. A.K.Agrawal, H.M.Fowles, L.D.Scot and S.H.Gurbahani, Application of modal analysis to the transient response of multiconductor transmission lines with branches, IEEE Trans. Electromagn. Compart., vol.EMC—21, no.3, August 1979.

59. T.Razban, Transient analysis of partially coupled lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-35, pp.530-533, May 1987.

60. F.M. Tesche and T.K.Liu, Application of multiconductor transmission line network analysis to internal interaction problems, Electromagnetics, vol.6, No.l, pp.1—20, 1986.

61. H.Liao and W.W.-M.Dai, "Wave spreading evaluation of interconnect systems," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-43, no. 10, pp.2486-2491, Oct. 1995.

62. A.R.Djordjevic and T.K.Sarkar, Analysis of time response of lossy multiconductor transmission line networks, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT—35, pp.898907, Oct. 1987.

63. J.Poltz, "Optimizing VLSI interconnect model for SPICE simulation," International Journal on Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol.5, pp.87-94, Jan.1994.

64. J.E.Bracken, V.Raghavan, R.A.Rohrer, "Interconnect simulation with asymptotic waveform evaluation (AWE)," IEEE Trans. Circuits Syst.-I: Fundamental Theory and Applications, vol.39, no.ll, pp.869-878, Nov. 1992.

65. M.Celik and A.Cangellaris, Simulation of dispersive multiconductor transmission lines by Pade approximation via the Lanczos process, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.,vol.MTT—44, pp.2525-2535, December 1996.

66. M.S.Nakhla, "Analysis of pulse propagation on high-speed VLSI chips", IEEE Journal of solid-state circuits", vol.25, pp.490-494, April 1990.

67. J.R.Griffith and M.S.Nakhla, Time-domain analysis of lossy coupled transmission lines, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.MTT-38, pp. 1480-1487, Oct. 1990.

68. R.Griffith, E.Chiprout, Q.Zhang and M.Nakhla, "A CAD framework for simulation and optimization of high-speed VLSI interconnections," IEEE Trans. Circuits Syst.-I: Fundamental Theory and Applications, vol.39, no.l 1, pp.893-906, Nov. 1992.

69. Q-J.Zhang and M.S.Nakhla, "Statistical simulation and optimization of high-speed VLSI interconnects," International Journal on Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol.5, pp.95-105, Jan. 1994.

70. Газизов T.P., Заболоцкий A.M. Модальное разложение импульса в отрезках связанных линий как новый принцип защиты от коротких импульсов. Технологии ЭМС. №4. 2006. С. 40-44.

71. Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Кузнецова-Таджибаева О.М. Исследование модальных искажений импульсного сигнала в многопроводных линиях с неоднородным диэлектрическим заполнением. Электромагнитные волны и электронные системы. №11, 2004. С. 18-22.

72. О.М. Кузнецова-Таджибаева Искажения импульсных сигналов в одиночных и связанных полосковых линиях помехозащищённых теплопроводных монтажных плат. Дисс. . канд. тех. наук. Томск. 2005.

73. GazizovT.R., Zabolotsky A.M. New approach to EMC protection. Proc. of the 18-th Int. Zurich Symp. on EMC. Munich. Germany. September 24-28.2007. P. 273-276.

74. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №8376 от 24.05.2007 г. «Система компьютерного моделирования сложных структур проводников и диэлектриков TALGAT» (Газизов Т.Р., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П.,

75. Заболоцкий A.M., Костарев И.С.), зарегистрированной в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Госкоорцентра Минобрнауки РФ с присвоением номера государственной регистрации per. номер ВНТИЦ 50200701103.

76. Gazizov T.R., Zabolotsky A.M., Samotin I.E., Melkozerov A.O. Simple and free mitigation of short pulse lightning effects by flat power cables. Proc. of 30-th Int. conf. on lightning protection. Sept. 13-17. Cagliary, Italy. P. 993-1-993-3.

77. Заболоцкий A.M. Модальная фильтрация в отрезках кабелей силового питания / А.М.Заболоцкий, И.Е. Самотин //15-е Туполевские чтения: материалы международной молодёжной научной конференции / Казань, 9-10 ноября 2007 г.— С. 189-191.

78. Заболоцкий A.M. Защита от короткого импульса в линиях передачи с различными граничными условиями / A.M. Заболоцкий, И.Е. Самотин //16-е Туполевские чтения: материалы международной молодёжной научной конференции / Казань, 28-29 мая 2008 г. С. 243-245.

79. Gazizov T.R., Samotin I.E., Zabolotsky A.M., Melkozerov A.O. Design of printed modal filters for computer network protection. Proc. of 30-th Int. conf. on lightning protection. Sept. 13-17. Cagliary, Italy. P. 1246-1-1246-3.

80. A.R. Djordjevic, R.M. Biljic, V.D. Likar-Smiljanic, Т.К. Sarkar Wideband Frequency

81. Domain Characterization of FR-4 and Time-Domain Causality. IEEE Trans. Electromagn.

82. Compart., vol.EMC—43, no.4, November 2001. P. 662-667.

83. Патент № 79355. Модальный фильтр.

84. Патент № 79213. Устройство воздействия на аппаратуру.

85. Патент № 80010. Устройство модального зондирования.

86. Патент № 2386964. Устройство обнаружения, идентификации и диагностики многопроводных линий передачи.