Нелинейный диэлектрический элемент

 

НЕЛИНЕЙНЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий электроды с.размещенной между ними композицией на основе параэлектрика и диэлектрика, отличающийся ч&л, что, с целью повьшения диэлектрической нелинейности, параэлектрик вьтолнен в виде волокон или пластин, ориентированных перпендикулярно электродам .

„.Я0„„1057993 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЗШ Н 01 G 7/06 ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /":--:., ;: -.;

УЬл f

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (21) 3481435/18-21 (22) 02.08.82 (46) 30.11.83. Бюл. Р 44 (72) В.N. Петров, В.П. Десницкий, И.Л. Федоровская, Т.Б. Калюта и О.В. ПотЕмкин (53) 621.319.4(088.8) (56) 1. Патент С1Ю 9 3811.937, кл. 117-217, 1974.

2. 1ЕЕЕ Trans NTT-12, 1964, Р 4, р. 440-445 (прототип ). (54)(57) НЕЛИНЕЙНЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ЭЛЕМЕНТ, содержащий электроды с раз« мещенной между ними композицией на основе параэлектрика и диэлектрика, отличающийся тем, что, с целью повиаения диэлектрической нелинейности, параэлектрик выполнен в виде волокон или пластин, ориентированных перпендикулярно электродам.

1057993

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот и, в частности, к нелинейным диэлектрическим конденсаторам — варикондам, предназначенным для параметрических усилителей, ЧМ-генераторов, фазовращателей и коммутаторов диапазона СВЧ.

Известны нелинейные диэлектричес-, кие элементы - конденсаторы из композиции сегнетоэлектрической или параэлектрической керамики, и ди,электрика низкотемпературного стекла, например, состава, мас.%:

36, Bi>Og 23 PbO 25< ZnO 5, В О 5, Si0 5, А1 О,1, на поверхность которой нанесейы электроды f1).

Кенденсаторы обладают повышеннЬЙ электрической прочностью, однако одновременно со снижением диэлектрической проницаемости композиции снижается и .ее диэлектрическая нелинейность, т.е. изменение диэлектрической проницаемости при измене нии напряженности электрического поля (Е ).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является нелинейный диэлектрический элемент, содержащий электроды с размещенной между ними композицией на основе параэлектрика и диэлектрика Г23..

При увеличении содержания полимера в указайной смеси снижение диэлектрической проницаемости сопровождается одновременным резким умень шением диэлектрической нелинейности. так, в смеси 90% керамики и

10% полистирола относительное изменение диэлектрической проницаемости в максимальном электрическом поле дЕ/6 составляет 2% от ее значения для чистой керамики. Снижение нелинейности связано с тем, что в хаотической смеси максимальная напряженность электрического поля ока зывается в прослойках из диэлектри ка с низкой диэлектрической йроницаемостью, не зависящей от напряженности электрического поля.

Цель изобретения - повьааение ди. электрической:нелинейности.

Поставленная цель достигается тем, что в нелинейном диэлектрическом элементе содержащем электроды с размещенной между ними композицией на основе параэлектрика и диэлектрика, пераэлектрик выполнен в виде волокон или пластин, ориентированных перпендикулярно электродам.

При таком выполнении нелинейного диэлектрического элемента СВЧ на-. пряжение,поданное на электроды, оказывается приложенным к параэлектрику, и его диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от напряженности электрического поля, как в случае чистой параэлектрической керамики.

На фиг. 1 представлена конструкция нелинейного диэлектрического элемента СВЧ, на фиг. 2, 3 н 4 — варианты конструкции нелинейного элемента

СВЧ, разрез.

5 Элемент представляет собой пластинку из композиции параэлектрика 1 и наполнителя 2 с нанесенными на ее поверхности электродами 3 и 4.

Š— направление электрического поля.

Параэлектрик 1 (например, параэлектрическая керамика ВК-7 ) может быть выполнен в виде волокон. или тонких стержней, как показано на фиг. 2, пластин - на фиг. 3, сот на фиг. 4. оасположенных перпендикулярно нанесенным .электродам 3 и 4.

При этом наполнитель 2 представляет собой диэлектрик с низкой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями, высокой

20 электрической прочностью, плотно и без пор заполняющий пространство между параэлектриком. В качестве наполнителя может быть использовано легкоплавкое стекло, смолы, термо?5 пластичные полимеры..

Pa6o à элемента заключается в следующем.

При подаче напряжения U на электроды 3 и 4 оно оказывается пол30 ностью приложенным к параэлектрику

1 и параллельно, включенному наполнителю 2." Под действием возникающего в параэлектрике 1 электрического поля напряженностью E = 0th, у где h - толщина элемента, диэлектричеськая проницаемость Е„ параэлектрика 1 изменяется ввиду присущей ему нелинейности Я (Е ), а диэлектрическая проницаемость рг иаполни40 .теля 2 остается неизменной. Емкость элемента

Еа 5 Ео, о г с ьйэ — = Е +

4> площадь поперечного сечения параэлектрика 1, S2 - площадь поперечного сечения иаполнителя 2, Ер - диэлектрическая постоянная. Так как f g 2) f g (E< = 1000-5000 Ег 2-3), то Р081 г809г * и С8 (Е)— или

Езф= „{Ц+ =я„(а)и, (г)

В где d - объемная доля параэлектрика в композиции

Отсюда видно, что эффективная диэлектрическая проницаемость предлагаемого элемента существенно ни60 же диэлектрической проницаемости параэлектрика и . Например, при

01, =0,01 „ °

ЗВ то же"время диэлектрическая не65 линейность, т.е. изменение диэлек1057993

°

° °

a ° ° е ° а Ъ

".Г ° i tii1

° i Ва > °

° " ° ° .> ° с,,с

Ф ° °

Ф °

° °

% °

° t1

° Ф

° » »°

У

° ° а>

Ъ,.

g ° °

< л °

° ° ч °

« ю

99t. «

Составитель А.Салынский

Техред B. Далекорей Корректор И.Муска

Редактор О.Сопко

Заказ 9587/54

Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 трической проницаемости в электрическом поле, сохраняется такой же, как у чистого параэлектрика без наполнителя. Так, например, при изменении Е„ в заданном поле Е в 3 ра за Е Ф изменяется также в 3 раза. 5

Это йозволяет использовать предла-, гаемый нелинейный элемент для создания конденсаторов СВЧ (варикондов )

t с электрически перестраиваемой емкостью, перестраиваемых диэлектри- 10 ческих резонаторов и фильтров, параметрических усилителей СВЧ, электрически управляемых линий передачи, фазовращателей и других подобных устройств диапазона СВЧ. 15

Пример изготовления предлагаемого технического решения.

Параэлектрик BK-7 нарезается на тонкие пластины размерами 10.10

«1,0 мм. Пластины перекладываются пластинками из полиэтилена таких же размеров, после чего сборка общей толщиной 2 мм помещается в печь и нагревается до температуры размягчения полиэтилена. После механической обработки поверхностей полученного брикета две его противоположные боковые стороны металлизируются печатным. способом. Полученный таким образом элемент из композиционного материала имеет примерно в 2 раза более низкую диэлектрическую проницаемость, чем у элемента из исходного параэлектрика BK-7, и равную указанному параэлектрику диэлектрическую нелинейность, в то время как у базового варианта при данном соотношении компонентов нелинейность практически будет близка к нулю.

Данная конструкция нелинейного элемента СВЧ имеет большую диэлектрическую нелинейность, т.е. изменение диэлектрической проницаемости с напряжением.

Большая величина диэлектрической нелинейности позволяет уменьшить протяженность нелинейного диэлектрического элемента, а следовательно, в соответствующее число раз уменьшить электрические, потери устройства.