9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

241

амплитудно-временных параметров СК ЭМИ, ком-

плекта вспомогательного оборудования (рис. 2) и

комплект элементов измерительной системы ком-

плекса (рис.3). Конструкция комплекса позволяет

проводить работы как в помещениях, так и на откры-

тых площадках.

Таблица 1. Основные параметры комплекса.

Диапазон длительностей излучаемых импульсов

0,15 нс

–1,5 нс

Спектральный диапазон излучаемых ЭМП 0,1 … 5 ГГц

Амплитуда импульсов напряженности электрического поля до 50 кВ/м

Частота следования импульсов, регулируемая 0 … 1 МГц

Площадь облучения в начале рабочей зоны 0,7 х 0,6 м

Рис.1. Структурная схема комплекса.

а) б)

в)

Рис. 2. Внешний вид элементов излучающей системы комплекса:

а) излучатель в составе ГИН-1-1000 и АФС-150; б) СКИ генератор ГИН-40-1; в) комплект излучающих

антенн.

242

а) б)

Рис. 3. Внешний вид элементов измерительной системы комплекса:

а) – измеритель амплитудно-временных параметров СКИ ЭМИ длительностью 0,15…5 нс;

б) – автономные измерители амплитуды

Основные направления работ с использовани-

ем испытательного комплекса:

- защита от электромагнитного терроризма –

исследование электромагнитного воздействия на

различные системы и элементы объектов инфор-

мационных инфраструктур;

- разработка методов и средств защиты объек-

тов информационных инфраструктур:

а) специальные здания, сооружений и т.п.;

б) центры управления транспортом;

в) системы управления энергетики и связи.

Таким образом, в области создания современ-

ных информационных систем, устойчиво функцио-

нирующих в условиях деструктивных электромаг-

нитных воздействий, основными задачами, тре-

бующими обязательного решения в ближайшей

перспективе, являются:

- создание единой системы задания требований

стойкости к новым деструктивным факторам, на

основе взаимодействия организаций отвечающих за

создание устойчивых информационных систем, ме-

тодов и средств генерации ЭМИ, и СК ЭМИ в ча-

стности;

- создание системы экспериментальной оценки

выполнения требований стойкости РЭС к деструк-

тивным электромагнитным воздействиям;

- создание системы сертификации РЭС по

стойкости к существующим и перспективным дест-

руктивным электромагнитным воздействиям.

Литература

1. Сахаров К.Ю., Излучатели сверхкоротких

электромагнитных импульсов и методы измерения

их параметров, М.: МИЭМ, 2006 г. – 159 с.

2. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков про-

дукции, М.: Издательский дом технологии, 2003 г.

– 540 с.

3. ГОСТ Р 52863-2007 «Автоматизированные

системы в защищённом исполнении. Испытания на

устойчивость к намеренным силовым электромаг-

нитным воздействиям».

4. Мырова Л.О., Воскобович В.В. Воздействие

сверхширокополосного импульсного электромаг-

нитного излучения на технические средства. Тех-

нологии ЭМС, № 3 (10), 2004г., стр.25-30.

5. Мырова Л.О., Воскобович В.В. Устойчи-

вость информационных и телекоммуникационных

систем в условиях развития перспективных техно-

логий использования наносекундных электромагнит-

ных импульсов // Информационные и телекоммуни-

кационные технологии. МАН ИПТ, № 13, 2011.

6. Воскобович В.В. Вопросы защиты вычисли-

тельных комплексов и телекоммуникационных сетей

от воздействия сверхкоротких импульсов электромаг-

нитного поля высокой энергии // Сборник трудов на-

учно-технической конференции студентов, аспирантов

и молодых специалистов МИЭМ. - 2009. - С. 165- 167.

243

АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ В МЕЖСОЕДИНЕНИЯХ

ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ В ВИДЕ ВИТЫХ ПАР ПРИ ВНЕШНИХ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

З.

М.

ИЗАТУЛЛИН

ОССИЯ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, gzm_zinnur@mail.ru

Аннотация. В работе анализируется влияние электромагнитных помех в межсоединениях в виде ви-

тых пар многослойных печатных плат при внешних широкополосных электромагнитных воздействи-

ях. Конструктивно витая пара реализуется в двух слоях многослойной печатной платы путем приме-

нения переходных отверстий. Результаты сравниваются с результатами анализа электромагнитных

помех в компланарных межсоединениях.

Abstract. In this work the analysis of an effect of the external electromagnetic interference on interconnects

in the form of twisted pairs for multilayer boards was done. The twisted pair is structurally implemented in

two layers of a multilayer board by using of vias. The obtained results are compared with the same for the

case of coplanar interconnects.

Введение

Дифференциальная пара широко используется в

качестве межсоединений быстродействующих циф-

ровых многослойных печатных плат (МПП). На

практике, конструктивно, дифференциальная линия

передачи реализуется в виде компланарных (рис. 1),

микрополосковых и полосковых линий связи. Одна-

ко у обычных дифференциальных линий связи в

МПП все еще есть нерешенные проблемы, такие как

перекрестные помехи и электромагнитные излуче-

ния. Известны работы [1,2], в которых для решения

указанных проблем, предлагается применение в ка-

честве дифференциальных линий связи быстродей-

ствующих цифровых МПП витых пар.

Рис. 1. Компланарная линия связи в МПП.

U, В

t, нс

0,5

0,3

0,2

0,1

-0,1

0,4

Рис. 2. Информационные сигналы в межсоединении

МПП в виде витой пары.

В этих работах также обоснована эффектив-

ность их применения, с точки зрения целостности

сигнала, до скорости несколько Гбит в секунду (рис.

2). Но в них отсутствуют сравнительные оценки

уровня электромагнитных помех при внешних элек-

тромагнитных воздействиях.

В данной работе проводится анализ электромаг-

нитных помех в межсоединениях МПП в виде витых

пар при внешних широкополосных электромагнит-

ных воздействиях. Результаты, с точки зрения пара-

метров наводимых электромагнитных помех, срав-

ниваются с результатами анализа электромагнитных

помех в компланарных линиях связи.

Конструкция дифференциальной линии

связи МПП в виде витой пары

Конструктивно витая пара реализуется в двух

слоях МПП путем применения переходных отвер-

стий. На практике возможно несколько разновидно-

стей реализации плоских витых пар: горизонтальные

(рис. 3); вертикальные (рис. 4). Вертикальные витые

пары обладают возможностью более плотной трас-

сировки в МПП (рис. 5).

Рис. 3. Конструкция горизонтальной

витой пары в МПП.

244

Рис. 4. Конструкция вертикальной витой

пары в МПП.

а)

б)

Рис. 5. Сравнение плотности трассировки при

применении вертикальной (а) и горизонтальной

(б) витой пары в МПП.

Анализ электромагнитных помех

Временные формы внешних широкополосных

электромагнитных импульсов (ЭМИ) приведены на

рис. 6. (нормированные).

0,2

E, В/м

t, нс

100

0,4

0,6

0,8

а)

0,2

E, В/м

t, нс

2 0,5

1,5

0,4

0,6

0,8

б)

Рис. 6. Временные формы ЭМИ.

Ориентация вектора электрического поля отно-

сительно контура в МПП приведена на рис. 7.

вариант 1) вариант 2)

вариант 3)

Рис. 7. Варианты ориентации векторов электромаг-

нитного воздействия относительно контура в МПП

, R

- нагрузка).

Рассмотрим примеры анализа электромагнит-

ных помех в компланарной линии связи в МПП и

вертикальной витой паре, реализованной в МПП по

ранее описанной технологии (рис. 8, 9).

U, мкВ

t, нс

2 4

-20

100

в)

U, мкВ

t, нс

-20

1 3

120

г)

245

U, мкВ

t, нс

150

100

-50

1 3

200

д)

Рис. 8. Электромагнитная помеха в межсоединении

МПП в виде компланарной линии связи (а) и верти-

кальной витой пары (б) (ЭМИ рис. 6а; в- ориентация

вектора E вариант 1; г – вариант 2; д – вариант 3 ).

400

U, мкВ

t, нс

600

в)

400

U, мкВ

t, нс

600

г)

600

U, мкВ

t, нс

600

д)

Рис. 9. Электромагнитная помеха в межсоединении

МПП в виде компланарной линии связи (а) и верти-

кальной витой пары (б) (ЭМИ рис. 6б; в - ориентация

вектора E вариант 1; г – вариант 2; д – вариант 3).

Заключение

В работе рассмотрено новое техническое реше-

ние – применение витых пар в качестве дифференци-

альных линий связи МПП для решения задач элек-

тромагнитной совместимости. Конструктивно витая

пара реализуется в двух слоях МПП путем примене-

ния переходных отверстий. Имеются исследования, в

которых обоснована эффективность их применения,

с точки зрения целостности сигнала до скорости

несколько Гбит в секунду. В настоящей работе при-

ведены результаты анализа электромагнитных помех

в межсоединениях МПП в виде витых пар при внеш-

них электромагнитных воздействиях. В рассмотрен-

ных примерах обсуждаемое техническое решение

позволяет снижать величину наводимой электромаг-

нитной помехи в несколько раз по сравнению с меж-

соединениями МПП в виде компланарных линий

связи. Результаты исследований позволяют рекомен-

довать применение межсоединений МПП в виде ви-

тых пар для снижения электромагнитных помех при

внешних электромагнитных воздействиях.

Литература

1. Kam D.G., Lee H., Kim J. Twisted Differential

Line structure on High-Speed Printed Circuit Boards to

Reduce Crosstalk and Radiated Emission // IEEE trans-

action on advanced packaging. – 2004, - Vol 27, No 4. –

P. 590 – 596.

2. Kam D.G., Lee H., Kim J. A New Twisted Dif-

ferential Line Structure on High-Speed Printed Circuit

Boards to Enhance Immunity to Crosstalk and External

Noise // IEEE Microwave and wireless components let-

ters. – 2003. - Vol. 13, No. 9. – P. 411- 413.

246

УЛУЧШЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР

О.

С.

АБУНЬКО

ОССИЯ

Радиочастотный центр Южного федерального округа, E-mail:priem@rfc-south.ru

Аннотация. Проанализированы основные эффекты, связанные с влиянием многослойной магнито-

диэлектрической структуры с показателем преломления меньше единицы на диаграмму направлен-

ности электрического и магнитного диполя. Проанализированы изменения диаграмм направленности

диполя при различных параметрах слоев структуры. Дана физическая трактовка возникающих эф-

фектов.

Abstract. The fundamental singularities occurred with influence of multilayer magneto dielectric structure

with refraction index less then 1 on field directivity pattern of electric and magnetic dipole is carried out.

The changes in the electric and magnetic dipole directivity pattern at different structure layers parameters are

analyzed. The physical treatment of occurring consequences is produced.

Введение

Интенсивная работа над созданием и производ-

ством материалов, обладающих новыми сочетаниями

электродинамических параметров, например, отри-

цательными значениями либо относительной диэлек-

трической (ENG) и отрицательной магнитной (MNG)

проницаемостей по отдельности, либо одновременно

(DNG), либо имеющих значения указанных парамет-

ров меньше единицы, определяет актуальность про-

ведения исследований по изучению их свойств [1-4].

Одним из направлений таких исследований является

изучение диаграммы направленности (ДН) электри-

ческого и магнитного диполя, расположенного вбли-

зи многослойной структуры, ряд слоев которой вы-

полнен из метаматериалов с указанными свойствами.

Акцентирование внимания на данной теме обу-

словлено совокупностью различных факторов. Ос-

новным из них является практическая значимость

результатов исследований свойств метаматериалов и,

в частности, отражения электромагнитных волн в

таких средах для проектирования антенн с новыми

свойствами [4-6]. Влияние структур из метаматериа-

лов позволяет значительно сузить диаграмму на-

правленности электрического и магнитного диполя,

что дает возможность более эффективно решать во-

просы электромагнитной совместимости радиоэлек-

тронных средств (РЭС) в условиях их плотного раз-

мещения, в частности, в условиях городской за-

стройки.

Еще одним фактором, на который следует обра-

тить внимание при проведении исследований рас-

сеяния полей на метаматериалах, является примене-

ние их в виде многослойных покрытий. Как показы-

вает анализ областей применения магнитодиэлек-

трических покрытий, приведенный, например, в ра-

ботах [4-6], расширение возможностей управления

полями излучения и рассеяния антенн различных

типов достигается путем выполнения покрытий в

виде многослойных структур. Таким образом, созда-

ние антенн на основе вибраторов, расположенных

вблизи или внутри многослойных структур из мета-

материалов, позволяет более эффективно решать

вопросы электромагнитной совместимости радио-

электронных средств.

Теоретические основы представления и опреде-

ления полей в слоях и вне структуры изложены в

работах [2, 3, 7, 8], где рассматривается структура,

состоящая из четырех слоев (

3,2,1,0=l ).

При

этом

первый

(

0=l

)

последний

(

3=l

)

слои

являются

свободным

полупространством

(

εε

µµ

Средние

слои

имеют

толщину

Гео

метрия

задачи

приведена

на

рис

. 1.

Рис

. 1.

учетом

найденной

напряженности

отраженно

го

электрического

поля

диаграмма

направленности

диполя

расположенного

слое

0=l

определяется

суммой

прямого

(

падающего

)

отраженного

от

пер

вого

слоя

полей

Для

вибратора

расположенного

слое

1=l

диаграмма

направленности

определяется

как

сумма

полей

прошедшего

слой

отраженного

от

границы

раздела

первого

второго

слоев

247

Результаты исследований

Результаты исследований ДН электрического

вибратора, расположенного в слое

, приведены

на рис. 2 и 3. В первом случае (рис. 2) вибратор рас-

полагался на удалении

25.0

(

- длина волны в

свободном пространстве) от первого слоя метамате-

риала. Во втором случае (рис. 3) удаление вибратора

составляло

5.0

. Толщина первого слоя в обоих

случаях составляла

5.0

. Параметры второго

слоя равны

. Кривые 1-3 на

указанных рисунках соответствуют ДН диполя при

следующих значениях параметров

9.0

;

5.0

;

1.0

Выбор указанных значений относительных ди-

электрической и магнитной проницаемостей обу-

славливается тем, что волновое сопротивление среды

в этом случае равно волновому сопротивлению сво-

бодного пространства.

Как показывают приведенные зависимости, при

уменьшении

и соответственно

в диапазоне от

единицы до нуля ДН диполя претерпевает характер-

ные изменения, проявляющиеся в снижении уровня

ДН при малых углах до уровня

5.0

Такое изменение ДН имеет достаточно простое

физическое объяснение. Напряженность электриче-

ского поля в области свободного пространства

(

) определяется как суперпозиция падающего и

отраженного от слоя

полей. При малых углах

падения (угол

отсчитывается от нормали к струк-

туре) в силу равенства волновых сопротивлений сред

отраженное поле практически отсутствует. Точное

значение при расчете диаграммы направленности

получается на основе выражений, приведенных в

работах [7-8]. Однако в случае падения плоской вол-

ны из слоя

на слой метаматериала с

при углах падения

(

)

arcsin

µεθ

наблю-

дается эффект полного внутреннего отражения от

слоя

. При этом, как можно отметить, отражение

от слоя метаматериала происходит практически как

от идеально проводящей поверхности. Так в случае

9.0

критический угол составляет

, в

случае

5.0

и в случае

1.0

. С учетом изменения фазовых набегов падающей

и отраженной волн это определяет смещение макси-

мума ДН вибратора в область малых углов.

Для значений

данный эффект будет на-

блюдаться практически во всем диапазоне углов

900

, и отраженное от слоя

поле будет

практически совпадать с отраженным от идеально

проводящей плоскости полем. Это приводит в случае

размещения диполя на удалении

25.0

от слоя ме-

таматериала к увеличению напряженности электри-

ческого поля в два раза.

Рис. 2.

Для сравнения кривой 4 на рис. 2 показана ДН

электрического вибратора, расположенного над сло-

ем диэлектрика с параметрами

. В этом

случае диаграмма направленности при малых углах

имеет практически изотопный характер в отличие от

выше рассмотренных случаев.

Аналогичные зависимости для случая размеще-

ния электрического вибратора на высоте

5.0

над

слоем метаматериала приведены на рисунке 3. Обо-

значения кривых имеют тот же смысл, что и на рис.

2. Физическое объяснение полученных результатов

аналогично приведенному выше.

Рис. 3.

В этом случае, как показывают зависимости на

рис. 3, ДН диполя стремится к диаграмме направ-

ленности диполя, расположенного над идеально про-

водящей плоскостью на удалении

5.0

. Некоторое

отличие наблюдается только в области малых углов.

Наблюдающееся уменьшение величины крити-

ческого угла при уменьшении значений относитель-

ной диэлектрической и магнитной проницаемостей

приводит, как и в предыдущем случае, к смещению

максимумов ДН в область малых углов. Однако при

этом указанное смещение значительно меньше, что

объясняется меньшим изменением набегов фаз па-

дающей и отраженной волн.

На рис. 4 показаны ДН электрического вибрато-

ра, расположенного в слое метаматериала

. Па-

раметры слоя выбирались такими же, как и в преды-

дущих случаях. Вибратор располагался в середине

слоя.

Кривая 1 иллюстрирует ДН, имеющую практи-

чески изотропный характер, что объясняется физи-

ческими параметрами среды. При определенных со-

четаниях электродинамических и геометрических

248

параметров слоя в нем возможно возникновение по-

верхностных волн. Условие возникновения поверх-

ностной волны определяется условием

md =⋅ )sin(

êð

где

целое

число

Рис

. 4.

Это

подтверждается

тем

что

при

уменьшении

относительных

диэлектрической

магнитной

про

ницаемостей

до

значения

5.0

наблюдается

возник

новение

поверхностной

волны

Последнее

проявля

ется

резком

увеличении

напряженности

поля

при

Следствием

этого

является

характерный

выброс

на

ДН

(

кривая

2).

При

дальнейшем

уменьше

нии

значений

проницаемостей

происходит

сужение

ДН

величина

критического

угла

уменьшается

На

рис

. 5, 6

приведены

результаты

аналогичных

исследований

ДН

выполненных

для

магнитного

вибратора

Вибратор

располагается

на

границе

слоев

1=l

Толщина

первого

слоя

5.0

вто

рого

слоя

Кривые

1-3

соответствуют

ДН

магнитного

виб

ратора

при

значениях

параметров

9.0

µε

5.0

µε

1.0

µε

Кривой

показана

ДН

полученная

при

параметрах

слоя

µε

Выбор

указанных

значений

относительных

диэлектриче

ской

магнитной

проницаемостей

как

случае

электрического

диполя

обуславливается

тем

что

волновое

сопротивление

среды

этом

случае

равно

волновому

сопротивлению

свободного

пространства

Параметры

второго

слоя

равны

Как

показывают

приведенные

на

рис

. 5

зависи

мости

при

уменьшении

соответственно

диапазоне

от

единицы

до

нуля

ДН

магнитного

виб

ратора

претерпевает

характерные

изменения

Изо

тропная

ДН

начинает

раздваиваться

затем

сужает

ся

Такое

изменение

ДН

при

изменении

значений

относительных

диэлектрической

магнитной

про

ницаемостей

также

имеет

достаточно

простое

физи

ческое

объяснение

Напряженность

магнитного

поля

на

границе

раздела

слоев

1=l

определяется

как

супер

позиция

падающего

отраженного

от

границы

слоев

1=l

полей

При

малых

углах

падения

силу

равенства

волновых

сопротивлений

сред

отраженное

от

второй

границы

поле

практически

отсутствует

Однако

при

углах

падения

(

)

arcsin

µεθ

вновь

наблюдается

эффект

полного

внутреннего

отражения

от

слоя

1=l

При

этом

направлении

нормали

границе

раздела

амплитуда

волны

уменьшается

по

экспоненциальному

закону

Это

приводит

увеличе

нию

напряженности

магнитного

поля

на

границе

раздела

Вследствие

этого

максимум

ДН

возникает

не

направлении

нормали

границе

раздела

сме

щается

направлению

соответствующему

критиче

скому

углу

При

дальнейшем

уменьшении

происходит

уменьшение

величины

критического

угла

соответственно

смещение

максимума

ДН

направлении

нормали

Возникновение

пика

на

кри

вой

определяется

возникновением

поверхностной

волны

слое

1=l

Рис

. 5.

На

рисунке

показаны

ДН

магнитного

вибрато

ра

расположенного

слое

1=l

на

удалении

25.0

от

границы

раздела

Диаграмма

направленности

этом

случае

определяется

как

отмечалось

выше

как

суперпозиция

прошедшего

слой

1=l

отраженно

го

от

границы

раздела

слоев

1=l

полей

Возникающий

эффект

полного

внутреннего

от

ражения

на

границе

слоев

1=l

приводит

уменьшению

амплитуд

прошедшего

отраженного

полей

по

экспоненциальному

закону

Это

находит

свое

проявление

резком

уменьшении

уровня

ДН

диапазоне

углов

больше

критического

значения

Вследствие

этого

как

предыдущем

случае

на

блюдается

сужение

диаграммы

направленности

(

см

кривые

1-3).

При

этом

как

следует

из

сравнения

кривых

на

рисунке

уменьшение

значений

относи

тельной

диэлектрической

магнитной

проницаемо

сти

приводит

сужению

ДН

магнитного

вибратора

Наличие

пика

на

кривой

связано

как

пре

дыдущем

случае

возникновением

поверхностной

волны

свою

очередь

для

диэлектриков

больши

ми

значениями

диэлектрической

магнитной

про

ницаемости

диаграмма

направленности

магнитного

вибратора

приобретает

изотропный

характер

249

Рис. 6

Проведенные исследования показывают, что ис-

пользование многослойных структур из метамате-

риалов позволяет в широких пределах изменять диа-

граммы направленностей излучателей. Это связано с

возникновением эффекта полного внутреннего отра-

жения при падении из оптически более плотной сре-

ды (свободного пространства) в оптически менее

плотную среду (слой метаматериала).

Наличие данного эффекта приводит к тому, что

при углах меньше критического значения слой мета-

материала по электродинамическим параметрам ве-

дет себя как диэлектрик, а при углах больше крити-

ческого – как идеально отражающая поверхность.

В то же время необходимо отметить, что прояв-

ляются данные эффекты для электрического и маг-

нитного диполей различным образом. В то же время

при размещении вибратора над слоем, обладающим

волновым сопротивлением свободного пространства,

влияние слоя на ДН проявляется различным образом.

Для слоев, выполненных из материалов с традици-

онными значениями параметров, ДН в широком диа-

пазоне углов сохраняет характер, близкий к изотроп-

ному. При выполнении слоя из метаматериала воз-

никает характерное снижение уровня ДН при малых

углах. В свою очередь, для вибратора, расположен-

ного в слое метаматериала, наблюдается сужение

ДН.

Важным является то, что при размещении как

электрического, так и магнитного диполя в слое ме-

таматериала уменьшение относительных диэлектри-

ческой и магнитной проницаемостей приводит к су-

жению ДН.

Заключение

Возникновение эффекта полного внутреннего

отражения при падении плоской волны из свободно-

го пространства на слой метаматериала с

(или)

приводит

раздвоению

диаграммы

на

правленности

расширению

центральной

области

низким

уровнем

излучения

на

фоне

сужения

ДН

Использование

указанных

эффектов

позволяет

рас

ширить

возможности

пространственной

обработки

сигналов

обеспечивать

одновременный

прием

сиг

налов

от

нескольких

источников

Использование

данного

эффекта

позволяет

при

неизменных

геометрических

размерах

создавать

ан

тенны

имеющие

более

узкую

диаграмму

направлен

ности

Это

дает

возможность

за

счет

использования

пространственных

селективных

свойств

антенн

су

щественно

улучшить

электромагнитную

совмести

мость

РЭС

условиях

их

плотного

размещения

Литература

1. Liu L., Li K, Pan W.Y. Electromagnetic field

from a vertical electric dipole in a four-layered region //

Progress in Electromagnetics Research B. 2008. Vol.8.

.213-241.

2. McCall M.W. What is negative refraction? // J. of

Modern Optics. 2009. V.56. C.1727-1740.

Розанов

Фундаментальное

ограничение

для

ширины

рабочего

диапазона

радиопоглощающих

покрытий

Радиотехника

электроника

. 1999.

.44.

№

.526-530.

Габриэльян

Звездина

Синявский

Задачи

дифракции

для

поверхностей

радиопо

глощающими

покрытиями

(

обзор

) //

Успехи

совре

менной

радиоэлектроники

. 2005.

№

12.

.3-15.

Клещенков

Лерер

Лабунько

Решение

методом

интегральных

уравнений

электри

ческого

вибратора

многослойной

среде

Успехи

современной

радиоэлектроники

. 2006.

№

.60-66.

6. Alu A., Engheta N. Guided modes in a waveguide

filled with a pair of single-negative (SNG), double-

negative (DNG), and/or double-positive (DPS) layers //

IEEE Trans Microw. Theory Tech. 2004. V.52.

№

.199-210.

7. Chen H.S. et all. Magnetic properties of metama-

terial composed of closed rings // PIERS. 2011. V.115.

C.317-326. [

Электронный

ресурс

]: URL:

http://www.jpier.org/PIER/pier115.

8. Yousefi L., Boybay M.S., Ramahi O.M.

Charac-

terization of metamaterials using a strip line fixture //

IEEE Trans. AP-59.

№

4. C.1245-1253.

Звездина

Лабунько

Забелкин

Условия

возбуждения

волн

на

круговом

импеданс

ном

цилиндре

Электромагнитные

волны

элек

тронные

системы

. 2008.

№

.14-17.

10.

Вайнштейн

Электромагнитные

волны

Радио

связь

, 1988. 440

250

RADIO SYSTEMS ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY

INCREASE BY USING MULTILAYER STRUCTURES

ABUNKO

USSIA

Southern Russia Federal Okrug Radio Frequency Centre, e-mail:kan@rostel.ru

One of the most efficient ways to provide the elec-

tromagnetic compatibility is to use antennae with direc-

tional properties. Metamaterial structures with

and

can have an essential influence on the directivity

patterns of both a vibrator and antenna.

The investigation results for directivity patterns of

the electric and magnetic dipoles placed near or inside

one of the metamaterial structure layers are given. The

metamaterials under investigations are the ones with the

equal relative electric permittivity and relative magnetic

permeability. As a comparison the directivity patterns for

dipole placed near dielectric structure with classic pa-

rameters are given.

The occurring changes in directivity pattern are

connected to the effect of the total reflection of the inci-

dent wave by the metamaterial layer and have rather

simple physical explanation. Thus, when the dipole is

placed near the metamaterial structure free space field

density is the composition of an incident field and a field

reflected by the metamaterial. When the dipole is placed

inside the metamaterial layer the total field consists of a

field that came through inside the layer and a field re-

flected by the next border.

The investigation shows that the usage of multilayer

structures made out of metamaterials can widely change

the vibrator directivity patterns. It is connected to the

total reflection effect at wave incidence from the me-

dium with greater absorbance (free space) to the medium

with lesser absorbance (metamaterial).

The total reflection effect is responsible for the me-

tamaterial behavior: when the angle of incidence is less

than the critical one, it behaves like a dielectric, and at

the greater angles it behaves like an ideally reflecting

surface.

The above mentioned effects for electric and mag-

netic dipoles appear differently. Moreover, the investiga-

tion shows that when placing the vibrator above the layer

with the free space matched impedance the influence of

the layer on the directivity pattern appears differently.

For the layers made of materials with classic parameters

the directivity pattern remains close to an isotropic one

in the wide range of angles. For the layers made of the

metamaterial the specific decrease of the directivity pat-

tern level is observed at small angles. Thus, the directiv-

ity pattern sharpening is observed for the vibrator placed

in the metamaterial layer.

It is important that the decrease of the relative elec-

tric permittivity and relative magnetic permeability leads

to an essential sharpening of the directivity pattern when

either electric or magnetic dipole is placed in the meta-

material layer.

Thus, the total reflection effect for the planar wave

incident from the free space to the metamaterial layer

with

and (or)

leads to the specific directivity

pattern changes: the directivity pattern bifurcation and

the widening of the central area with a low radiation lev-

el. However, the directivity pattern sharpens. The usage

of the above mentioned effects allows expanding the

spatial signal processing capabilities and providing the

simultaneous signal reception from several sources.

The usage of the total reflection effect allows creat-

ing the antennae with the narrower directivity pattern not

changing its physical sizes. Thus, it allows improving the

electromagnetic compatibility of the radio systems under

the conditions of close antennae spacing by using the

antennae spatial selectivity properties.