Постановка задачи: С ростом плотности монтажа и быстродействия радиоэлектронных средств (РЭС) традиционные средства защиты от сверхкоротких импульсов (СКИ) становятся малоэффективными из-за недостаточного быстродействия, массогабаритных ограничений и низкой радиационной стойкости. Применение многовитковых меандровых линий (МЛ) и модальных фильтров (МФ) позволяет решить эту проблему, однако использование покрытий с высокой диэлектрической проницаемостью (например, радиопоглощающих материалов (РПМ)) для их миниатюризации может привести к инверсии скоростей распространения мод. Это делает классические условия модального разложения неприменимыми и требует корректировки математического аппарата для проектирования таких устройств. Целью работы является минимизация габаритов структур из двух отрезков, соединенных последовательно, на основе модальной фильтрации за счет инвариантных к порядку прихода импульсов мод условий разложения и оптимизации этого порядка. Используемые методы: использован подход, включающий анализ, структурно-параметрическую оптимизацию эвристическим поиском, а также вычислительный эксперимент в системе TUSUR.EMC. Новизна: впервые получены аналитические выражения для инвариантных условий разложения СКИ в двухпроводных структурах из двух отрезков, соединенных последовательно, основанных на упорядочивании мод по экстремумам погонных задержек, что обеспечивает корректность расчетов при инверсии порядка прихода их импульсов вследствие изменения диэлектрической среды. Обосновано преимущество альтернативных последовательностей разложения, обеспечивающих кратное сокращение длины витков при сохранении ослабления СКИ. Результат: показано, что для двухвитковой меандровой микрополосковой линии оптимизация порядка прихода импульсов в комбинации с РПМ позволяет сократить суммарную физическую длину в 5,1 раза при сохранении ослабления СКИ 4 раза. Для МЛ с лицевой связью продемонстрирована возможность разложения СКИ на 16 основных импульсов, что обеспечило ослабление СКИ 6,61 раза при длине 334,6 мм. Установлено, что гибридные структуры (последовательное соединение МФ и МЛ) обладают наибольшим защитным потенциалом, обеспечивая ослабление СКИ до 6,65 раза. Практическая значимость: предложенные решения и математический аппарат позволяют проектировать компактные устройства защиты на основе модальной фильтрации для критичных РЭС.

Problem statement. As packaging density and speed of modern radio-electronic equipment (REE) are constantly increasing, traditional means of protecting REE against ultrashort pulses (USPs) are becoming ineffective due to insufficient response time, weight and size limitations, as well as low radiation resistance. Multi-turn meander lines (MLs) and modal filters (MFs) may solve this problem; however, high-permittivity coatings, such as radio-absorbing materials (RAMs), for their miniaturization can lead to the inversion of the mode propagation velocity. This makes classical modal decomposition conditions inapplicable and requires adjusting the mathematical framework more accurate design of such devices. Purpose. The aim of this work is to minimize the dimensions of structures consisting of two series-connected segments based on modal filtering by applying decomposition conditions that are invariant to the mode pulse arrival order and by optimizing this order. Methods. The main approach involves analysis, structural-parametric optimization via heuristic search, and a computational experiment in the TUSUR.EMC system. Novelty. For the first time, analytical expressions for invariant conditions of USP decomposition were obtained for two-wire structures consisting of two series-connected segments. These expressions are based on ordering the modes according to the extrema of per-unit-length delays, which ensures calculation accuracy when their pulse arrival order is inverted by changes in the dielectric medium. The alternative decomposition sequences were proved to provide a multiple reduction in the turn length while maintaining the USP attenuation. Results. It was shown that for the two-turn meander microstrip line, the optimization of the pulse arrival order in combination with RAM reduced the total physical length by a factor of 5.1 while maintaining a 4-fold USP attenuation. In the ML with broad-side coupling, the USP was decomposed into 16 main pulses, providing a 6.61-fold attenuation over a length of 334.6 mm. The hybrid structures (a series connection of an MF and an ML) demonstrated the highest protective potential, providing USP attenuation up to 6.65 times. Practical relevance. The proposed solutions and mathematical apparatus enable the design of compact protection devices based on modal filtering for critical REE.