ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №3
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.9
УДК: 537.86
ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ В ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
С КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ
Г.Ф. Заргано1, Т.С. Харланова2, А.В. Харланов2
1Южный федеральный университет
344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 52Волгоградский государственный технический университет
400005, Волгоград, просп. им. Ленина, 28
Статья поступила в редакцию 30 мая 2024 г.
Аннотация. Рассматриваются потери электромагнитной энергии в открытых волноводах и резонаторах. Рассчитаны температуры нагрева пассивных элементов в зависимости от их теплофизических параметров. Поглощенная материалом цилиндрического открытого волновода электромагнитная энергия приводит к его нагреву. В установившемся режиме температура не изменяется за счет потока тепла через боковую поверхность волновода. Температура волновода преимущественно падала по мере прохождения волны, но при некоторых теплофизических параметрах максимальный нагрев наблюдался не в начале волновода. При интенсивностях порядка милливатт на квадратный сантиметр температура не поднималась выше 1 К. При рассмотрении теплового нагрева резонатора рассчитывалась добротность, связанная с мнимой составляющей относительной диэлектрической проницаемости среды. При увеличении этой проницаемости увеличивалась и температура нагрева. Показана линейность зависимости температуры открытых волноводов и резонаторов от интенсивности электромагнитной волны. Материалы статьи могут быть полезны в радиофизических и биомедицинских исследованиях.
Ключевые слова: открытый волновод, открытый резонатор, нагрев, добротность, электромагнитные колебания.
Автор для переписки: Харланов Александр Владимирович, harlanov_av@mail.ru
Литература
1. Островский Л.А. Электромагнитные волны в неоднородной нелинейной среде с малыми потерями // Изв. вузов. Радиофизика. – 1961. – Т. 4. – №. 5. – С. 955 – 963
2. Гуревич Г.Л., Отмахов Ю.А., Розенблюм Е.А. О распространении электромагнитных пучков в гиротропных средах // Изв. вузов. Радиофизика. – 1965. – Т. 8. – № 4. – С. 725 – 737
3. Kravtsov Y.A. Propagation of electromagnetic waves through a turbulent atmosphere // Reports on Progress in Physics. – 1992. – Т. 55. – №. 1. – С. 39. https://doi.org/10.1088/0034-4885/55/1/002
4. Li C. et al. Principles and Applications of RF/microwave in Healthcare and Biosensing. – Academic Press, 2016. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802903-9.0000
5. Краснов В.М., Кулешов Ю.В., Готюр И.А., Дробжева Я.В. Влияние осциллирующего поляризационного тока на поглощение ОНЧ-радиоволн, распространяющихся вдоль линии геомагнитного поля. // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.5
6. Вдовин В.А., Гуляев Ю.В., Закладной Г.А., Масленников О.Ю., Черепенин В.А. Нетепловое воздействие мощных микроволновых электромагнитных импульсов на насекомых-вредителей зерна // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.8.12
7. Заргано Г.Ф., Харланов А.В. Резонансное возбуждение акустических колебаний сферических тонких пленок электромагнитными волнами // Радиотехника и электроника. – 2023. – Т. 68. – № 10. – С. 965 – 972. https://doi.org/10.31857/S0033849423080168
8. Wilmink G.J. et al. Development of a compact terahertz time-domain spectrometer for the measurement of the optical properties of biological tissues //Journal of biomedical optics. – 2011. – Т. 16. – №. 4. – С. 047006-047006-10. https://doi.org/10.1117/1.3570648
9. Wieliczka D.M., Weng S., Querry M.R. Wedge shaped cell for highly absorbent liquids: infrared optical constants of water //Applied optics. – 1989. – Т. 28. – №. 9. – С. 1714-1719. https://doi.org/10.1364/AO.28.001714
10. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Distortion of millimeter-wave absorption in biological media due to presence of thermocouples and other objects //IEEE transactions on biomedical engineering. – 2001. – Т. 48. – №. 9. – С. 1013-1019. https://doi.org/10.1109/10.942591
11. Cifra M. Electrodynamic eigenmodes in cellular morphology //Biosystems. – 2012. – Т. 109. – №. 3. – С. 356-366. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2012.06.003
12. Fayos Fernández J. et al. Temperature-dependent complex permittivity of several electromagnetic susceptors at 2.45 GHz. Delft.: AMPERE Newsletter Editor. – 2018.
13. Berdel K. et al. Temperature dependence of the permittivity and loss tangent of high-permittivity materials at terahertz frequencies // IEEE transactions on microwave theory and techniques. – 2005. – V. 53. – №. 4. – P. 1266-1271. https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.845752
14. Глазунов П.С., Салецкий А.М., Вдовин В.А. Формирование фронта ударной волны при распространении наносекундных видеоимпульсов в слабопроводящих средах с температурной зависимостью диэлектрической проницаемости. // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.10.2
15. Федоров Н.Н. Основы электродинамики. М.: «Высшая школа», 1980. – С. 399.
16. Семенов Н.А. Техническая электродинамика. М.: «Связь», 1973. – С. 480.
17. Мучник Г.Ф., Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена [ч. 1]- Теплопроводность. М.: Высшая школа. – 1970. – С. 288.
18. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука. – 1984. – С. 832.
19. Ильченко М.Е. и др. Диэлектрические резонаторы / Под ред. МЕ Ильченко. М.: Радио и связь. – 1989. – С. 328.
20. Mie G. Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen // Annalen der Physik. – 1908. – V. 330. – Issue 3. – С. 377 – 624.
21. Харланов А.В., Харланова Т.С. Затухание электромагнитных волн и колебаний в естественных пассивных элементах // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2022. – Т. 27, № 5. – C. 5–12. – https://doi.org/10.18127/j5604128-202205-01
22. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука. – 1972. – С. 720
23. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергоиздат. – 1981. С – 416.
24. Бецкий О.В., Голант М.Б., Девятков Н.Д. Миллиметровые волны в биологии. М.: Знание. – 1988. – С. 64.
25. Бецкий О.В., Путвинский А.В. Биологические эффекты миллиметрового излучения низкой интенсивности // Изв. вузов МВ и ССО СССР. Радиоэлектроника. – 1986. – Т. 29. – №. 4. – С. 4-11.
26. Рубин А.Б. Биофизика. Т.1, 2. Биофизика клеточных процессов. М.: Высш. шк. – 1987. – С. 303.
27. Betskii O.V., Lebedeva N.N. Low-intensity millimeter waves in biology and medicine // Bioelectromagnetic Medicine. – CRC Press, 2004. – С. 720-737.
28. Golant M.D. Acousto-electric waves in cell membranes of living organisms-a key problem for the understanding of mm-waves interaction with living organism // Biological aspects of low intensity millimeter waves. – 1994. – С. 229-249.
29. Заргано Г.Ф., Харланов А.В. Собственные колебания и добротность сферической тонкой пленки // Физические основы приборостроения. – 2022. – Т. 11, № 3(45). – С. 4-13. – https://doi.org/10.25210/jfop-2203-004013
30. Foster K.R., Finch E.D. Microwave hearing: evidence for thermoacoustic auditory stimulation by pulsed microwaves //Science. – 1974. – Т. 185. – №. 4147. – С. 256-258. https://doi.org/10.1126/science.185.4147.256
31. Lin J.C. The microwave auditory effect //Auditory Effects of Microwave Radiation. – 2021. – С. 127-173. https://doi.org/10.1109/JERM.2021.3062826.
Для цитирования:
Заргано Г.Ф., Харланова Т.С., Харланов А.В. Потери энергии в пассивных элементах с комплексной диэлектрической проницаемостью. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.9