Научный архив: статьи

Исследуется влияние формы поперечного сечения шины электропитания (ШЭП) на её электрические и массогабаритные параметры с целью определения оптимальной формы для минимизации электромагнитных помех. Рассмотрены варианты поперечных сечений ШЭП на основе несимметричной и симметричной, а также экранированных линий передачи (ЛП). Моделировалось влияние размеров проводников и относительной диэлектрической проницаемости изолятора на погонные индуктивность ( L ), ёмкость ( C ) и волновое сопротивление ( Zв ) ШЭП. Оценены уменьшение L и рост C за счёт роста отношения ширины проводников к их толщине, а также изолятора с более высокой диэлектрической проницаемостью и меньшей толщиной. Показана предпочтительность ШЭП в виде экранированной линии передачи с прямоугольным центральным проводником.

Устройства на основе линий передачи (ЛП) часто используют в качестве альтернативы безэховым и реверберационным камерам при оценке эффективности экранирования материалов и кабелей, а также уровней электромагнитной эмиссии и восприимчивости небольших радиоэлектронных средств (РЭС) в области электромагнитной совместимости (ЭМС). Одними из конструктивно сложных устройств на основе ЛП являются ТЕМ-камеры. Они представляют собой замкнутую систему сложной геометрической формы конструкции из металла, в которой распространяются поперечные электромагнитные волны, создающие электромагнитное поле с параметрами, регламентированными стандартами для проведения испытаний на ЭМС. Создание подобных устройств на основе ЛП с заданными параметрами и характеристиками зачастую вызывает трудности. Разработанная в данной работе методика позволила на этапе проектирования за счёт комбинирования нескольких видов компьютерного моделирования и вычисления учесть технологические процессы изготовления сложной формы конструкции волноводов из металла. Методика детально описана на примере создания классической симметричной ТЕМ-камеры для испытания объектов РЭС на ЭМС размером до 20×100×100 мм при | S 11| ≤ -21,2 дБ в диапазоне частот до 2 ГГц. Она апробирована при создании устройств на основе ЛП: полосковая линия, малогабаритная ТЕМ-камера и коаксиальная камера с диапазонами рабочих частот до 3, 5 и 12 ГГц соответственно.

Актуальность. Обеспечение надежной и бесперебойной радиосвязи критически важно при изменении климатических условий ее эксплуатации. Совместное воздействие температуры и влажности воздуха может привести к изменению электрических характеристик приемопередающих устройств и тем самым нарушить канал связи. В сложных климатических условиях эксплуатации, за счет постоянного изменения температуры на поверхности входящих в состав печатных плат (ПП) может образовываться конденсат, влияющий на работоспособность всего устройства. В этой связи электрические характеристики изменяются, что необходимо учитывать при проектировании критичной радиоэлектронной аппаратуры. Следовательно, целесообразна оценка климатических воздействий на линии передачи, расположенные на печатных платах в широком диапазоне частот, что требует разработки новых моделей и методик.

Цель работы: оценить влияние температуры тонкой пленки воды на поверхности микрополосковой линии передачи (МЛП) на ее частотные зависимости S-параметров с помощью методов конечных элементов и лабораторных экспериментов.

Результаты. Представлена методика учета воздействия температуры и влажности окружающей среды на электрические характеристики МЛП, позволяющая оценить изменение S-параметров линии в широких диапазонах частот, температур и влажности воздуха, а также химического состава окружающей среды. Измерены S-параметры воды в контейнере, размещенном внутри коаксиальной камеры, в диапазонах частот и температур от 10 МГц до 12 ГГц и от ‒50 до 100 ℃, соответственно. Используя представленную модель, вычислены частотные зависимости электропроводности воды при разных температурах. Показано, что при положительной температуре электропроводность может достигать 6,5 См/м, а при отрицательной –1,3 См/м. Разработанная методика позволяет оценить влияние различной электропроводности воды на S-параметры МЛП. Показано влияние толщины слоя воды и льда на S-параметры МЛП. Выявлено, что модели, описывающие электропроводность воды, оказывают отличное влияние на электрические параметры линии передачи.

Новизна: представлена методика учета влияния температуры и влажности окружающей среды на S-параметры линии передачи, отличающаяся использованием модели электропроводности воды на основе вносимых потерь, вычисленных из измеренных S-параметров коаксиальной камеры с водой в контейнере при изменении ее температуры.

Практическая значимость представленной модели и методики позволяет оценить S-параметры линии в широких диапазонах частот, температур и влажности воздуха, а также химического состава окружающей среды.