<Ионизирующие излучения

Воздействие полей СВЧ.

В электромагнитном поле СВЧ ряд определяющих свойств материалов существенно изменяется. За счет поверхностного эффекта уменьшается проводимость металлов и сплавов; за счет явления поляризации изменяется диэлектрическая проницаемость и увеличиваются потери в диэлектриках; за счет гиромагнитного эффекта изменяется магнитная проницаемость ферритов.

Металлические материалы на СВЧ используются в качестве токопроводящих поверхностей, линий пере-дачи, объемных резонаторов, интегральных микросхем и т. д. Поверхностный эффект — уменьшение плот-ности тока СВЧ в направлении от поверхности внутрь проводника по экспоненциальному закону — определяется глубиной проникновения о (толщиной поверхностного слоя, в котором плотность тока уменьшается в e≈ 2,72 раза). Глубина проникновения зависит от длины волны СВЧ поля в свободном пространстве λ₀, относительной магнитной проницаемости μ_r и удельной проводимости σ:  ростом частоты тока, магнитной проницаемости и проводимости металла возрастает поверхностный эффект; при этом ток протекает вблизи поверхности проводника, что вызывает увеличение активного сопротивления. Потери энергии СВЧ определяются величиной удельного активного поверхностного сопротивления:ρ=1/σδ.

Проводимость зависит не только от физических свойств материала, но и от вида обработки токонесущей поверхности. При выборе способа обработки токонесущей поверхности следует учитывать, что после чистовой механической обработки образуется поверхностный слой толщиной до десятков микрометров с размельченными до 0,001...0,01 мкм зернами металла. Такой слой будет иметь меньшее электрическое сопротивление, чем шлифованный или полированный поверхностный слой металла толщиной не более 0,1 мкм, нос частицами полировальной пасты и абразива Поэтому (особенно в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн) полирование токонесущей поверхности не всегда приводит к уменьшению потерь, необходимо удалять поверхностный слой путем химического или электрохимического полирования.

Диэлектрические материалы широко используются в качестве заполнителей различных линий передачи, герметизирующих и согласующих вставок, антенных обтекателей, покрытий, поглотителей мощности и т. д. Их электрические и магнитные свойства полностью определяются величинами комплексной диэлектрической и магнитной проницаемостей: e=e’-je’’=|e|e^jδe; m=m’-jm^’’=|m|e^jδm. Качество материала определяется тангенсом угла электрических потерь tgδ_e=ε''/ε' и магнитных tgδ_m=μ''/μ'. Если δ_e=δ_m=0, то среда без потерь.

Диэлектрическая проницаемость вакуума ε₀≈8,85e-12 Ф/м, магнитная μ₀≈1,26e-6 Г/м. При практических расчётах пользуются относительными значениями ε_r= ε/ ε₀ и μ_r=μ/μ₀. При этом вещественные части εг и μ_r характеризуют плотности электрической и магнитной энергии, а мнимые — электрические и магнитные потери.

Для миниатюризации различных устройств СВЧ (волноводы, полосковые устройства и т. д.) их заполняют пластмассами с наполнением титановыми соединениями, имеющими высокое значение ε_r. Тракты СВЧ могут заполняться газообразными веществами.

Ферриты используются при создании различного рода устройств СВЧ: резонансных вентилей (однонаправленные линии передачи), фазовращателей, циркуляторов, переменных аттенюаторов (ослабителей), модуляторов, переключателей, ограничителей мощности, направленных ответвителей, настраиваемых резонаторов, излучателей антенн и т. д. Ферриты — твердый, хрупкий материал с механическими свойствами, близкими к керамике. По химическому составу ферриты СВЧ можно разделить на группы: никелевые, магниевые, магниевые ферроалюминаты; никелевые и магниевые ферро-хромиты, иттриевые ферриты — гранаты.

К основным параметрам ферритов СВЧ относятся: ширина линии ферромагнитного резонанса 2ΔH [А/м], намагниченность при насыщении I^НC [Тл], относительная диэлектрическая проницаемость ε_r = ε'-jε'', тангенс угла диэлектрических потерь tg δе, точка Кюри θк [К| Кроме того, ферриты характеризуются параметрами: магнитной индукцией В [Тл] остаточной магнитной индукцией Вг (Тл); коэрцитивной силой по магнитной индукции Нс |Л/м|; относительной магнитной проницаемо μг; плотностью D [кг/м³] и удельным электрическим сопротивлением ρ_e^v[Ом • м].

Никелевые ферриты используются в основном в диапазонах милли- и сантиметровых волн; имеют большие значения намагниченности при насыщении и высокую термостабильность. Их недостаток — высокие значения начальных потерь.

Магниевые ферриты используют в основном в средней части сантиметрового диапазона; обладают малыми магнитными и диэлектрическими потерями, высоким коэффициентом прямоугольности, но меньшей термостабильностью по сравнению с ферритами из никеля. Максимальной намагниченностью при насыщении обладают ферриты марки ЗСЧ6 и ЗСЧ9.

Магниевые ферроалюминаты и феррохромиты используют в длинноволновой части диапазона СВЧ; характеризуются малыми значениями индукции при насыщении; недостатком является низкая термостабильность.

Никелевые феррохромиты применяют в резонансных устройствах при работе на высоком уровне мощности.

Иттриевые ферриты-гранаты используют в низкочастотной области СВЧ диапазона.

 

Проектирование электронных устройств на основе печатного монтажа>