Несмотря на то, что свойства диэлектриков описаны в справочной литературе и других источниках, для большей оперативности и удобства при проектировании конкретных устройств на волноводах с диэлектриками основные сведения о них приведены здесь. Диэлектрики, обладающие большими потерями (tg6>10~2), использующиеся при конструировании поглощающих нагрузок, элементов безэховых камер и т. д., не рассматриваются. Следует заметить, что различные источники для одних и тех же типов материалов дают несколько отличающиеся значения параметров, что объясняется, по-видимому, как расхождениями в методике измерений, так и естественным разбросом параметров измеряемых образцов. В связи с этим приводимые данные являются усредненными и ориентировочными. Сведения о материалах зарубежных фирм представлены в [2].

Из всего многообразия диэлектрических материалов, пригодных для использования на СВЧ, рассматриваются лишь твердые диэлектрики как органические, так и неорганические, поскольку они получили наибольшее распространение в технике СВЧ.

Твердые диэлектрики на основе высокомолекулярных соединений

Наиболее важные электрические и механические характеристики высокомолекулярных диэлектриков приведены в табл. 1.1. Эти диэлектрики обладают малыми потерями, технологичны, легко поддаются механической обработке. Использование различных составов позволяет в широких пределах управлять их диэлектрической проницаемостью.

Таблица 1,1

Основные характеристики [диэлектриков на основе высокомолекулярных соединений

) Относительная 10 Ггц.

диэлектрическая проницаемость и tgS измерены на частоте

К недостаткам высокомолекулярных диэлектриков относятся низкие нагревостойкость и морозостойкость, относительно невысокая механическая прочность, сравнительно сильная зависимость электрических характеристик от темлературы. У полистирола, например, в процессе длительной эксплуатации могут .появиться трещины и расслоение.

Твердые неорганические диэлектрики

Наиболее важные свойства твердых неорганических материалов приведены в табл. 1.2-1.6. Их отличительной особенностью являются: низкие диэлектрические по-

тери при широком интервале изменения величины диэлектрической проницаемости, сравнительно высокая механическая прочность, стабильность электрических параметров при изменении температуры, способность работать при высоких температурах. Материалы на основе керамических окиси бериллия и нитрида бора обладают повышенной теплопроводностью, сравнимой по величине с теплопроводностью металлов, что крайне важно при конструировании устройств, применяемых на высоком уровне мощности СВЧ.

Таблица 1.2

Основные характеристики стекол

*) Относительная диэлектрическая проницаемс.сть н tgS измерены на частоте 10 Ггц.

К недостаткам твердых неорганических диэлектриков относится сложность и трудоемкость- их механической обработки. Такая обработка необходима при изготовлении изделий с высокой степенью точности геомриче-ских размеров, которую в силу специфики технологического процесса, как правило, невозможно выполнить при спекании образцов. Более подробные сведения о неорганических твердых диэлектриках, выпускаемых отечественной промышленностью, можно }1айги в

Основные характеристики ситаллов

*) Относительная диэлектрическая проницаемость и tgS измерены на частоте !0 Ггц.

Таблица 1.4

Основные характеристики керамических материалов с повышенной теплопроводностью

*) Относительная диэлектрическая проницаемость и tgS измерены на частоте 10 Ггц.

Таблица 1.5

Основные характеристики керамики на основе окиси алюминия

Марка керамических мате-ряалов

Относительная диэлектрическая проницаемость ш *)

Тангенс угла диэлектрических потерь

tgS 10**)

Температурный коэффициент линейного расширения

Плотность,

Электрическая прочность, kbImm

Коэффициент теплопроводности,

KOJifcMX хсек-град

Поликор

А-995

Сапфнрнт

ГЕ=7

22Х

22ХС

ВГ-IV

УФ-61

9.5 9,7-9,8 9,3-9,7

8,95 9.2 8,65 9,4

0,06-0,09 0,05-0,06,

0,04-о;о8

0.0 0,06

0,024

) Относительная диэлектрическая проницаемость и tg8 измерены на частоте 10 Ггц.

Основные характеристики керамических материалов

общего применения

Измерены на частоте 3 Ггц. * Измереяы на частоте 10 Ггц.

2. Краткие сведения о металлах

Затухание электромагнитной волны, распространяющейся в волноводно-диэлектрической структуре зависит в общем случае как от .потерь в заполняющем диэлектрике, так и от омических потерь высокочастотных то-

Таблица 1.7

Основные свойства [металлов, необходимые для вычисления затухания

ков, протекающих в стенках волновода. Для расчета диэлектрической составляющей потерь достаточно знать тангенс угла диэлектрических потерь.

При вычислении затухания, обусловленного потерями в металлических стенках частично заполненных волноводов, необходимо знать активную составляющую поверхностного сопротивления. В табл. 1.7 приведены значения активной составляющей поверхностного сопротивления для большинства металлов, из которых могут быть изготовлены стенки волноводов. Данные, приведенные в табл. 1.7, заимствованы из литературы [4-5].

3. Составляющие полей и дисперсионные уравнения ТЕпо-волн в частично заполненных прямоугольных волноводах

Анализ широкого класса волноводных устройств с диэлектриками основывается на рассмотрении волновода с диэлектрическими слоями, параллельными вектору Е электрического поля (рис. 1.1). Определение составляющих электромагнитных полей и постоянной распространения осуществляется в результате решения граничной задачи. Заметим, что структуры рис. 1.1,г, д

г) д)

Рис. 1Л. Наиболее распространенные типы волноводно-диэлектри-

ческих структур.