Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Электроники"

ОТЧЕТ

по дисциплине "Материалы электронной техники"

на тему:

"Исследование свойств диэлектриков. Вариант 3"

Выполнил

Проверил

Кандидат технических наук, доцент ____________ В.Н. Каравашкина

Москва 2023

Цель работы

Целью настоящей работы является исследование зависимости основных характеристик передающей линии от свойств заполняющего её диэлектрического материала. Исходными данными являются параметры конструкции: диаметры внутреннего и внешнего проводников линии, длина отрезка линии, относительная диэлектрическая проницаемость заполняющего диэлектрика и его тангенс угла диэлектрических потерь. Определяются волновое сопротивление линии и удельные потери в ней.

Краткая теория

В работе рассматривается одно из применений диэлектрических

материалов на примере заполнения передающей коаксиальной линии. Из-числа линий передачи с волнами ТЕМ в технике часто используется коаксиальная линия передачи, которая представляет собой систему из двух соосных металлических цилиндров с радиусами a и b, разделенных слоем диэлектрика.

Из-за особенностей типа распространяющейся волны данная линия

имеет достаточно широкий диапазон рабочих частот. По отношению к волне данная конструкция представляет собой структуру с распределенными параметрами, следовательно, большинство её параметров – погонные, то есть, рассчитываемые на метр длины.

Основными параметрами коаксиальной линии являются: волновое сопротивление, коэффициент ослабления волны, критическая частота и т.д.

Волновое сопротивление коаксиальной линии находят как отношение комплексных амплитуд напряжения и тока в режиме бегущей волны (волна

распространяется по линии в одну сторону без отражений) и выражается через

погонные (рассчитанные на 1 м длины) индуктивность и емкость линии. Для данного типа линий его можно выразить проще, через параметры конструкции:

где b – диаметр внешнего проводника (экранирующего проводника/ оплетки), a – диаметр внутреннего проводника (центральной жилы), μ и ε –

относительные магнитная и диэлектрическая проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между проводниками.

Потери мощности (без учета потерь на отражение) в такой линии принято оценивать коэффициентом ослабления волны, описывающим относительные потери в металле и в диэлектрике.

Потери в металле определяются как:

RS1 и RS2 – поверхностные сопротивления внутреннего и внешнего проводников соответственно.

Потери в диэлектрике определяются выражением:

, где

εa и μa – диэлектрическая и магнитная проницаемости заполняющей среды, tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.

В программе потери измеряются в дБ/м, так как эта величина более

удобна для расчетов. Пересчет коэффициентов производится согласно

формулам пересчета отношения мощностей из единиц в децибеллы.

В работе можно считать потери в металле постоянными, так как в

указанном в описании диапазоне в процессах участвует только поверхностный

слой проводников. При распространении волны по коаксиальной линии

передач последнюю можно считать достаточно длинной структурой, в

которой происходит многократное измерение векторов напряженностей

электрического и магнитного поля по её длине и во времени. Каждое такое

изменение приводит к изменению поляризованности в самом диэлектрике, то

есть, часть энергии волны затрачивается на этот процесс. Диэлектрическая

проницаемость заполняющего материала тоже оказывает влияние на

сопротивление линии, так как чем больше этот параметр, тем сильнее

изменяются условия распространения волны в линии по сравнению с

вакуумом. Увеличение диэлектрической проницаемости также приводит к

замедлению фазовой скорости волны. Все расчеты производятся для

температуры 300К.

Материал по физике процессов в диэлектрике рекомендуется прочитать

в литературе по курсу «Материалы электронной техники».