Отчет за 2020 г. по НИР "Структурно-параметрический синтез оптимальных полосковых структур для защиты технических средств от сверхкоротких импульсов"

1. Выполнено обоснование необходимости проведения экспериментальных исследований. В качестве вида экспериментальной реализации выбран вычислительный эксперимент, в котором использованы исследуемые структуры. Проведен ряд вычислительных экспериментов, а также сопоставление результатов исследований с теоретическими данными, а также с результатами, полученными при использовании разных методов оптимизации. 2. Выполнена многокритериальная оптимизация трехпроводного модального фильтра с учетом массогабаритного критерия. Рассмотрена защита аппаратуры от сверхкоротких импульсов (СКИ) за счет модальных фильтров (МФ). Выполнен анализ конструкции трехпроводного микрополоскового МФ. Впервые сформулирован массогабаритный критерий в аналитическом виде для оптимизации МФ с любым количеством проводников. Выполнена его апробация посредством оптимизации трехпроводного МФ по пяти критериям в т.ч. массогабаритному критерию. В результате оптимизации удалось улучшить не только массогабаритные параметры МФ (который ранее оптимизировался по четырем критериям без учета массогабаритного критерия), но также электрические (ослабление СКИ на выходе МФ) и временные (увеличение разностей задержек импульсов разложения) параметры. При оптимизации 3-проводной структуры с использованием 5-критериальной целевой функции удалось улучшить ее характеристики не только по массогабаритным параметрам, но также и по амплитудным и временным критериям (за исключением интервально-временного критерия, где результаты незначительно хуже). Так, уровень амплитуды на выходе МФ после 5-критериальной оптимизации с учетом массогабаритного критерия на 47% меньше, чем в [A.O. Belousov, T.R. Gazizov “Systematic approach to optimization for protection against intentional ultrashort pulses based on multiconductor modal filters,” Complexity [URL: http://downloads.hindawi.com/journals/ complexity/2018/5676504.pdf], vol. 2018, pp. 1–15, 2018.]. Методическая значимость данной работы, заключается в аналитическом представлении массогабаритного критерия и его апробации посредством оптимизации по весьма общей 5-критериальной целевой функции с учетом массогабаритного критерия пригодной для оптимизации любого многопроводного МФ. Таким образом, в работе впервые формулирован массогабаритный критерий в аналитическом виде. Выполнена его апробация посредством оптимизации трехпроводного МФ по пяти критериям в т.ч. массогабаритному критерию. В результате оптимизации удалось улучшить не только массогабаритные параметры МФ (который ранее оптимизировался по четырем критериям без учета массогабаритного критерия), но также электрические (ослабление СКИ на выходе МФ) и временные (увеличение разностей задержек импульсов разложения) параметры. Важно отметить, что это удалось сделать, добавив в многокритериальную целевую функцию массогабаритный критерий, который явно не связан с электрическими и временными параметрами МФ. Однако сильное влияние на электрические и временные характеристики оказывает параметр si, изменяющий связь между проводниками, а его оптимум (для наилучших значений электрических и временных характеристик) близок к нижней границе диапазона оптимизации, куда и стремятся значения параметров при дополнительной оптимизации с учетом массогабаритного критерия. Поэтому есть корреляция дополнительного критерия с основными. Между тем сформулированный массогабаритный критерий, также как и амплитудные и временные, применим для оптимизации МФ с любым количеством проводников. 3. Получено полное разложение сверхкороткого импульса в модальных фильтрах с круговой симметрией. Выполнены моделирование и оптимизация многопроводных линий передачи с круговой симметрией для защиты от сверхкоротких импульсов. Исследованы 6 различных структур с круговой симметрией и раскрыта причина совпадения некоторых значений погонных задержек мод. Выполнена оптимизация, в результате которой получены структуры, в которых достигнуто полное разложение импульсного сигнала при минимизированной амплитуде выходного сигнала. Выполнена параметрическая оптимизация эвристическим поиском для обеспечения полного разложения воздействующего импульса на последовательность импульсов в тракте 50 Ом. В результате моделирования исследуемых структур получены оптимальные параметры, при которых общая длительность входного импульса может быть увеличена до 180 и 440 пс, с тем же коэффициентом ослабления. Показана перспективность дальнейшего исследования защитных устройств на основе модальной фильтрации с круговой симметрией.