Modeling of a diode-based resonant pulse generator in a nanosecond signal formation system

Authors

DOI:

https://doi.org/10.31649/1681-7893-2026-51-1-321-330

Keywords:

mathematical model, nanosecond pulses, resonant generator, LC circuit, diode, electromagnetic disinfection, spectral analysis, grain mass.

Abstract

The paper presents an approach to studying the processes of nanosecond pulse formation in the system of electromagnetic disinfection of grain mass based on the development of a generalized mathematical model. The model structure is proposed in the form of interconnected functional blocks that reproduce the operation of a real installation, in particular the processes of input signal formation, its transformation in a resonant generator based on a nonlinear semiconductor diode and the generation of pulses of nanosecond duration. The paper uses methods of the theory of electrical circuits, mathematical and numerical modeling, and spectral analysis of signals using the Fourier transform, which allowed us to study the time and energy characteristics of pulses. Particular attention is paid to taking into account the nonlinear properties of the diode and their influence on the shape, duration, and spectrum of the signal. The proposed model provides the possibility of a comprehensive analysis of the processes of generation, transmission, and conversion of pulses, and can also be used as a theoretical basis for optimizing the parameters of systems of electromagnetic disinfection of grain products.

Author Biographies

M.P. Kundenko, National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Доктор  технічних наук, професор

V.A. Mardziavko, Mykolaiv National Agrarian University

Асистент

A.Yu. Rudenko, Mykolaiv National Agrarian University

Асистент

K.O. Mardziavko, Mykolaiv National Agrarian University

Кандидат технічних наук, асистент

V.V. Melnyk, Kharkiv National University of Radio Electronics

Аспірант

References

V. Novickij, A. Grainys, E. Lastauskienė, R. Kananavičiūtė, D. Pamedytytė, L. Kalėdienė, J. Novickij and D. Miklavčič, “Pulsed electromagnetic field assisted in vitro electroporation: A pilot study,” Scientific Reports, vol. 6, p. 33537, Sep. 2016, doi: 10.1038/srep33537.

V. Novickij, A. Grainys, E. Lastauskienė, R. Kananavičiūtė, D. Pamedytytė, L. Kalėdienė, J. Novickij and D. Miklavčič, “Pulsed electromagnetic field assisted in vitro electroporation: A pilot study,” Scientific Reports, vol. 6, p. 33537, Sep. 2016, doi: 10.1038/srep33537.

P. Butkus, A. Murauskas, S. Tolvaišienė and V. Novickij, “Concepts and capabilities of in-house built nanosecond pulsed electric field (nsPEF) generators for electroporation: State of art,” Applied Sciences, vol. 10, no. 12, p. 4244, 2020, doi: 10.3390/app10124244.

M. Abadi, M. H. Marzebali, V. Abolghasemi and H. Anisi, “High-voltage pulse generators for electroporation applications: A systematic review,” IEEE Access, vol. 10, pp. 1–1, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3184015.

V. Novickij, N. Rembiałkowska, W. Szlasa and J. Kulbacka, “Does the shape of the electric pulse matter in electroporation?” Frontiers in Oncology, vol. 12, p. 958128, Sep. 2022, doi: 10.3389/fonc.2022.958128.

V. Mardzyavko and A. Rudenko, “Determination of stability conditions for electron flows in semiconductor devices as part of pulse generators,” Modern Engineering and Innovative Technologies, vol. 31, part 1, pp. 23–31, Feb. 2024, doi: 10.30890/2567-5273.2024-31-00-043.

V. A. Mardzyavko and A. Rudenko, “Theoretical and practical aspects of the use of microwave generators for disinfection of grain crops,” Bulletin of the Kherson National Technical University, vol. 90, no. 3, pp. 85–94, 2024, doi: 10.35546/kntu2078-4481.2024.3.11.

X. L. Yao, T. Y. Lin and J. L. Chen, “Research for high-voltage nanosecond rectangular pulse generator,” Advanced Materials Research, vols. 718–720, pp. 1691–1695, 2013, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.718-720.1691.

J. Mao, X. Wang, D. Tang, H. Lv, C. Li, Y. Shao and L. Qin, “A compact, low jitter, nanosecond rise time, high voltage pulse generator with variable amplitude,” Review of Scientific Instruments, vol. 83, no. 7, p. 075112, 2012, doi: 10.1063/1.4737146.

C. Zhao, Q. Zou, X. Ren et al., “Development of nanosecond spike pulse power supply for electrochemical micromachining,” Scientific Reports, vol. 13, p. 22833, 2023, doi: 10.1038/s41598-023-48793-z.

L. Vakhonina, V. Mardzyavko, and A. Rudenko, “Resonant pulse generator based on a diode,” Bulletin of the Kherson National Technical University, vol. 1, no. 92, pp. 39–48, 2025, doi: 10.35546/kntu2078-4481.2025.1.1.

L. Howard and K. Daneshvar, “Nanosecond-pulse generator for laser diodes,” Review of Scientific Instruments, vol. 60, no. 10, pp. 1–6, 1989, doi: 10.1063/1.1140528.

A. Valizade, P. Rezaei and A. A. Orouji, “A compact reconfigurable sub-nanosecond pulse generator with pulse-shape modulation,” International Journal of Microwave and Wireless Technologies, vol. 9, no. 4, pp. 741–745, 2017, doi: 10.1017/S1759078716000921.

Y. Zhu and L. Wang, “Design and implementation of nanosecond pulse generator based on reconfiguration PLL in FPGA,” in Proc. ESAC, 2015, pp. 78–82, doi: 10.2991/esac-15.2015.78.

Z. Zhu, Y. Yang, L. Hu et al., “Bipolar ultra-wide spectrum pulse generator based on GaAs photoconductive switches,” High Power Laser and Particle Beams, vol. 36, p. 115007, 2024, doi: 10.11884/HPLPB202436.240238.

L. Pang, Q. Zhang, B. Ren and K. He, “A compact repetitive high-voltage nanosecond pulse generator for the application of gas discharge,” Review of Scientific Instruments, vol. 82, no. 4, p. 043504, 2011, doi: 10.1063/1.3572265.

N. Kosulina, M. Chorna, I. Boroday, O. Avrunin and V. Semenets, “Analysis of characteristics of semi-disc leucosapphire resonator with electronic frequency tuning ”, Telecommunications and Radio Engineering (English translation of Elektrosvyaz and Radiotekhnika), vol. 81, no. 6, pp. 1–14, 2022, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.2022037910

Downloads

Abstract views: 0

Published

2026-06-17

How to Cite

[1]
M. Kundenko, V. Mardziavko, A. Rudenko, K. Mardziavko, and V. Melnyk, “Modeling of a diode-based resonant pulse generator in a nanosecond signal formation system”, Опт-ел. інф-енерг. техн., vol. 51, no. 1, pp. 321–330, Jun. 2026.

Issue

Vol. 51 No. 1 (2026)

Section

Optical And Optical-Electronic Sensors And Converters In Control And Environmental Monitoring Systems

Metrics

Downloads

Download data is not yet available.

License

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).