Надширокосмугові лінії передачі для цифрових систем нового покоління: моделювання та аналіз

Анотація

Метою дослідження був теоретичний аналіз моделювання імпульсної передачі у середовищах з надширокою смугою пропускання із врахуванням втрат, дисперсії та фазових зсувів. Використано комплексний підхід, що поєднував математичне моделювання та аналіз електромагнітних процесів у різних топологіях ліній передачі, таких як коаксіальні, стриплайнові, мікросмужкові, а також структури на основі метаматеріалів і надпровідників. Встановлено, що дисперсія, частотозалежні втрати, зумовлені поверхневим опором, який зростав пропорційно кореню частоти, і діелектричними втратами з тангенсом, що залежали від частоти, спричиняли спотворення імпульсів із затримками 10-100 пікосекунд і фазовими зсувами до 20 градусів. Для імпульсів тривалістю 0,5 наносекунди ширина спектру становила близько 2 ГГц, що підтверджувало залежність між тривалістю імпульсу та частотним діапазоном. Моделювання за допомогою телеграфних рівнянь, перетворення Фур’є та чисельних методів, таких як скінченних різниць у часовій області та скінченних елементів, дозволило кількісно оцінити втрати до 3-6 децибел на 10 см і критичну довжину ліній, що залежало від геометричних неоднорідностей. Виявлено переваги надпровідних структур із втратами менше 0,01 децибел на метр до 100 ГГц і копланарних ліній для швидкості передачі 25-50 Гбіт/с. Сформульовано частотно-залежні критерії ефективності, які дозволили обґрунтовано обирати тип лінії залежно від вимог до мінімізації фазових зсувів та затухання імпульсу. Практична значимість результатів полягала в можливості їх використання фахівцями з проєктування телекомунікаційних і сенсорних систем для підвищення надійності та точності передачі даних у реальних умовах експлуатації