Нелинейный диэлектрический элемент Советский патент 1983 года по МПК H01G7/06 

сл

со со

г/

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот и, в частности, к нелинейным диэлектрическим онденсаторам - варикондам, предназначенным для параметрических усиителей, ЧМ-генёраторов, фазовращателей и коммутаторов диапазона СВЧ.

Известны нелинейные диэлектричес7 ие элементы - конденсаторы из комозиции сегнетоэлектрической или араэлектрической керамики, и диэлектрика низкотемпературного стека, например, состава, мас.%: CdO 36, BijOj 23, PbO 2S, ; ZnO 5, jO- 5, Si 02 5, AljO,, наповерхность которой нанесены электрода fl.

Конденсаторы обладают повышенной 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 иа основе параэлектрика и диэлектрика Г23.

При увеличении содержания полимера в указанной 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/Е составляет 2% от ее значёния для чистой керамики. Снижение нелинейности связано с тем, что в хаотической смеси максимальная на- ; пряженность электрического поля оказывается в прослойках из диэлектри ка с НИЗКОЙ диэлектрической проницаемостью, не зависящей от напряженности электрического поля.

Цель изобретения - повышение диэлектрической нелинейности

Поставленная цель достигается тем, что в нелинейн(4 диэлектрическом элементе содержащем электроды с размещенной между ними ксмпоэицией на основе параэлектрика и диэлектрика, пераэлектрик выполнен в виде волокон или пластин,.ориентированных перпендикулярно электродам.

При таксш выполнении нелинейного диэлектрического элемента СВЧ напряжение, поданное на электроды, оказывается приложенньм 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 и 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. Е - направление электрического поля.

0 Параэлектрик 1 ( например, параэлектрическая керамика ВК-7 ) может быть выполнен в виде волокон или тонк-их стержней, как показано на фиг. 2, пластин - на фиг. 3, сот с на фиг. 4. оасположённых перпендикулярно нанесенным .электродгм 3 и 4. При этом наполнитель 2 представляет совой диэлектрик с низкой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями, высокой

0 электрической прочностью, плотно и без пор заполняющий пространство между параэлектриком. В качестве наполнителя может быть использовано легкоплавкое стекло, смолы, термо5 пластичные полимеры..

Работа элемента заключается в сле дующем..

При подаче напряжения U на электроды 3 и 4 оно оказывается пол0 ноетью приложенным к параэлектрику 1 и Псфаллельно ,вклйченному наполнителю 2. Под действием возникаюието в параэлектрике 1 электрического поля напряженностью ,

5 где h- толщина элемента, диэлектрическая проницаемость параэлек трика 1 изменяется ввиду присущей ему жьлинейности (Е ), а диэлек- трическая проницаемость Ej наполни0 теля 2 остается неизменной. Емкость элемента

ЕО

6о%

(1

« - Ф-т- --ТГ- 2 ь. где 5 - площадь электродов, 5 -. 45 .дь поперечного сечения параэлектрика 1, $2 - площадь поперечного сечения наполнителя 2, gp - диэлектрическая постоянная. Так как € 2 (§1 S 1000-5000, ES 2-3), то

° / / с«е,(Е)

или

( f

55 рде ef- - объемная доля параэлектрика

в КОГ4ПОЗИЦ11и.

Отсюда видно, что эффективная диэлектрическая проницаемость предлагаемого элемента суетественно ни60 же диэлектрической проницаемости параэлектрика Е . Например, при Л 0,1,,1 С , а при сЛг 0,01 ,

В то же время диэлектрическая линейность, т.е. изменение диэлектрической проницаемости в электрическом поле, сохраняется такой же, как у чистого параэлектрика без наполнителя. Так, например, при изменении Е в заданном поле Б в 3 раза бзф изменяется также в 3 раза. Это позволяет использовать предлагаемый нелинейный элемент для создания конденсаторов СВЧ (варикондов J с электрически перестраиваемой емкостью, перестраиваемых диэлектрических резонаторов и фильтров, параметрическрх усилителей СВЧ, электрически управляемых линий передачи фазовращателей и других подобных устройств диапазона СВЧ.

Пример изготовления предлагаемого технического решения.

Параэлектрик ВК-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 npifMfepHO в 2 раза более низкую диэлектрическую проницаемость, чем у элемента из исходного параэлектрика ВК-7, и равную указанному параэлектрику диэлектри0ческую 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 диэлек5трическую нелинейность, т.е. изменение диэлектрической проницаемости с напряжением.

Большая величина диэлектрической нелинейности позволяет уменьшить

0 протяженность нелинейного диэлектрического элемента, а следовательно, в соответствующее число раз уменьшить электрические,потери устройства.

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.

.чЛ

f:

г j« «

:г

fb