Проведение поисковых научных исследований с целью совершенствования модальной фильтрации за счет применения сверхширокополосных радиопоглощающих материалов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-29-00486

НазваниеПроведение поисковых научных исследований с целью совершенствования модальной фильтрации за счет применения сверхширокополосных радиопоглощающих материалов

Руководитель Жечев Евгений,

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" , Томская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-701 - Электронная элементная база информационных систем

Ключевые слова Электромагнитная совместимость, радиоэлектронные системы, сверхширокополосная помеха, электромагнитный поглотитель, модальный фильтр, модальное резервирование

Код ГРНТИ47.05.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Текущий проект направлен на решение проблемы обеспечения функциональной безопасности и электромагнитной совместимости радиоэлектронных систем за счет совместного применения технологии модальной фильтрации и сверхширокополосных радиопоглощающих материалов. Актуальность решения проблемы электромагнитной совместимости и функциональной безопасности радиоэлектронных систем состоит в том, что без обеспечения защиты от сверхширокополосных помех современные радиоэлектронные системы не будут функционально безопасными и помехоустойчивыми в условиях сложной электромагнитной обстановки, в том числе в условиях преднамеренных электромагнитных помех. Научная значимость решения обозначенной проблемы состоит в возможности создания уникальной методики обеспечения электромагнитной совместимости и функциональной безопасности радиоэлектронных систем за счет модальной фильтрации и сверхширокополосных радиопоглощающих материалов, позволяющих значительно повысить помехоподавление кондуктивных и наведенных сверхширокополосных помех. В результате комплексного исследования вопросов, связанных с обеспечением электромагнитной совместимости и функциональной безопасности радиоэлектронных систем за счет модальной фильтрации и сверхширокополосных радиопоглощающих материалов возможно создать новые подходы и методы конструирования, а также создание перспективных устройств защиты от мощных сверхширокополосных помех. Использование при выполнении проекта полученных патентов на изобретение, а также структур на их основе позволит значительно расширить их возможную область применения. Научная новизна исследования также обусловлена новыми подходами и методами обеспечения электромагнитной совместимости и функциональной безопасности радиоэлектронных систем, отличающимися возможностью использования: 1. Теории решения изобретательских задач, которая гарантирует выявление новых, ранее не задействованных ресурсов улучшения характеристик устройств на основе модальной фильтрации за счет применения высокочастотных материалов, в том числе сверхширокополосных радиопоглощающих материалов. 2. Предложенного метода компоновки и трассировки модальных фильтров с сверхширокополосным радиопоглощающим материалом. 3. Предложенного метода компоновки и трассировки цепей с модальным резервированием, обеспечивающих высокую избирательность и помехоподавление. 4. Комплексного модального резервирования цепей радиоэлектронных систем с использованием радиопоглощающих материалов для обеспечения высокой помехоустойчивости к мощным сверхширокополосным помехам. 5. Возможности уменьшения уровней наведенного напряжения от устройств на основе модальной фильтрации. 6. Программных средств, позволяющих провести комплексную оценку эффективности подавления сверхширокополосных помех по критерию уменьшения трех P-норм, пяти стандартных N-норм и спектральных норм.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кузьмин Н., Жечев Е. Assessing Shielding Effectiveness of Magnetodielectric-Filled Enclosures using the Robinson and Thomas Model 2023 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), pp. 323-327 (год публикации - 2023)
10.1109/ICIEAM57311.2023.10139041

2. Иванцов И.А., Калашников Ю.В., Жечев Е.С. The Influence of Electromagnetic Absorber on Crosstalk and Signal Integrity of Coupled Transmission Lines 2023 IEEE XVI International Scientific and Technical Conference Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE), pp. 710-713 (год публикации - 2023)
10.1109/APEIE59731.2023.10347618

3. Самойличенко М.А., Жечев Е.С., Газизов Т.Р. Attenuating Ultra-Short Pulses in Coplanar Waveguide Modal Filters 2023 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), pp. 328-332 (год публикации - 2023)
10.1109/ICIEAM57311.2023.10139294

4. Иванцов И.А., Калашников Ю.В., Жечев Е.С. Resonators in Modal Filter as a Resorse for Improving its Characteristics 2023 IEEE 24th International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM), pp. 550-554 (год публикации - 2023)
10.1109/EDM58354.2023.10225187

5. Трубченинов В.А., Власов С.В., Жечев Е.С., Заболоцкий А.М. Методы компоновки электромагнитных поглотителей в структурах малогабаритных модальных фильтров ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 10. (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.10.14

6. Мурманский М.С., Кузьмин Н.О., Жечев Е.С. Оценка влияния материала подложки модального фильтра с электромагнитным поглотителем на разность погонных задержек мод ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 7. (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.7.7

7. Жечев Е.С., Заболоцкий А.М. Comparative Analysis of the Effectiveness of Intentional Electromagnetic Interference Suppression in Low-Pass Filters Lecture Notes in Electrical Engineering (год публикации - 2024)

8. Жечев Е.С., Мурманский М.С., Власов С.В., Трубченинов В.А., Кузьмин Н.О., Павлов Н.С. High-Efficiency Low-Pass Reflectionless Filter Based on Modal Decomposition and Electromagnetic Absorber IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 14, no. 5, pp. 938-944 (год публикации - 2024)
10.1109/TCPMT.2024.3383840

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках проекта проведен широкий комплекс исследований и разработок, направленных на повышение уровня электромагнитной совместимости и функциональной безопасности радиоэлектронных систем. В ходе работы осуществлен анализ существующих подходов к обеспечению электромагнитной совместимости, включая методы экранирования, фильтрации и использование радиопоглощающих материалов, что позволило сформировать надежную теоретическую базу для дальнейших исследований. Разработанные модели модальных фильтров с интегрированными радиопоглощающими материалами подтвердили свою эффективность в подавлении сверхширокополосных помех, обеспечив ослабление на уровне 20–30 дБ при сохранении компактных размеров и улучшенных эксплуатационных характеристиках. Результаты проектирования и изготовления защитных устройств показали перспективность выбора материалов с особыми магнитными и диэлектрическими свойствами, оптимизация параметров и толщины которых способствовала повышению эффективности фильтров. Вычислительное моделирование и лабораторные испытания подтвердили корректность теоретических предпосылок, продемонстрировав устойчивость разрабатываемых решений к внешним воздействиям и их способность работать в различных эксплуатационных условиях. На основе полученных данных разработаны методики применения устройств защиты, адаптированные к различным классам радиоэлектронных систем, а также скорректирована методология проектирования с учетом результатов экспериментальных исследований, что позволило уточнить параметры моделирования, оптимизировать процессы нанесения радиопоглощающих материалов и совершенствовать геометрические характеристики устройств. Итогом выполненных работ стало создание научно-технической базы, подтверждающей востребованность разработанных технологий в широком спектре радиоэлектронных приложений, включая перспективные телекоммуникационные и оборонные системы, а также открывающей путь к созданию миниатюрных защитных устройств и их интеграции в различные электронные компоненты. За отчетный период опубликованы 4 статьи, в том числе в журнале IEEE Transactions on components< packaging and manufacturing technology (импакт фактор 2,3 в БД Scopus), в журнале "журнал радиоэлектроники", зарегистрирована топология интегральной микросхемы модального фильтра. Результаты работы по проекту представлены на официальном сайте научно-исследовательских лабораторий «Безопасность и электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств» и «Фундаментальные исследования по электромагнитной совместимости» https://talgat.org/.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Разработанные устройства защиты на основе модальной фильтрации и радиопоглощающих материалов (РПМ) могут быть использованы в телекоммуникационных, авиационных и оборонных системах. Это способствует повышению их устойчивости к электромагнитным помехам, улучшению производительности и надежности. Применение данных технологий позволит сократить затраты на восстановление систем после сбоев, вызванных электромагнитными воздействиями, что напрямую отражается на снижении эксплуатационных расходов и повышении эффективности предприятий. Результаты проекта могут быть внедрены в производство современных интегральных схем (ИС) и миниатюрных устройств защиты, востребованных на внутреннем и международном рынках. Разработка и производство компактных устройств с высокой степенью защиты от сверхширокополосных (СШП) помех открывает новые рыночные ниши, особенно в сфере высокотехнологичных решений для инфраструктурных объектов и критически важных систем. Созданы новые технологические процессы, включая методы компоновки радиопоглощающих покрытий и интеграцию защитных устройств в существующие системы. Эти решения обладают универсальностью и могут быть адаптированы под различные производственные процессы. Применение разработанных устройств в системах связи и управления, используемых в транспорте, медицине и обороне, повышает общую безопасность инфраструктуры. Устройства защиты от СШП помех могут быть внедрены в системы обеспечения жизнедеятельности, включая электроснабжение и водоснабжение, минимизируя риски их отказа. Применение РПМ позволяет снизить уровень электромагнитного излучения, что особенно важно для защиты населения в условиях высокой плотности радиочастотных устройств. Созданная теоретическая база и разработанные методики проектирования защитных устройств формируют фундамент для дальнейших исследований в области электромагнитной совместимости (ЭМС). В проекте предложены уникальные решения, которые могут стать основой для новых патентов и технологических стартапов, стимулирующих инновационное развитие в радиоэлектронной промышленности. Высокая эффективность и универсальность разработанных устройств позволяют выйти на международные рынки, расширяя экспортный портфель российских радиоэлектронных компаний. Продукты проекта могут найти применение в зарубежных телекоммуникационных и оборонных системах, укрепляя позиции России как экспортера высокотехнологичной продукции.