Свойства композита полистирол-рутил на миллиметровых волнах
Abstract
A model of a composite material consisting of a finely dispersed powder of rutile in a polystyrene matrix is presented. The dielectric properties of the material in the millimeter wave range are described by formulas that are valid for static electric fields. Lichtenecker’s empirical formula is applied to the calculation of the complex dielectric permittivity of the composite. The real and imaginary parts of the permittivity of the rutile-polystyrene composite are obtained as a function of the volume concentration of the components in the millimeter-wave range. The experimental verification of the model is carried out on rutile-polystyrene samples prepared at the Research and Production Corporation "Istok," Fryazino, Moscow region. The samples were in the form of disks with diameter of 100 mm and thickness of 2.3 mm. The measurements were carried out at frequency of 70 GHz on samples with two values of the concentration of rutile by the standard method of investigation of dielectric materials in the millimeter wave range and did not reveal any appreciable dispersion in the dielectric properties along the plane of the samples, which is indicative of uniform distribution of the rutile powder in the polystyrene matrix. The real and imaginary parts of the permittivity calculated within the model are in good agreement with the results of measurements of the real composite: the difference between the measured and the model values is less than 1% for the real part and about 5% for the imaginary part. The model proposed provides a convenient tool for the design of materials with prescribed dielectric properties that can be used as matching layers between media with strongly different dielectric properties in various fields of application of millimeter waves.
- диэлектрическая проницаемость
- композиты
- полистирол
- рутил
- формула Лихтенеккера
- dielectric permittivity
- composite
- polystyrene
- rutile
- Lichtenecker's formula
Аннотация (на русском)
Свойства композита полистирол-рутил на миллиметровых волнах
Представлена модель композиционного материала, состоящего из мелкодисперсного порошка рутила в полистироловой матрице. Диэлектрические свойства материала на миллиметровых волнах описываются с помощью формул, справедливых для статических электрических полей. Для расчета комплексной диэлектрической проницаемости композита используется эмпирическая формула Лихтенеккера. Получена зависимость действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости композита полистирол-рутил на миллиметровых волнах от объемного содержания компонентов. Экспериментальная проверка модели проведена на образцах композита полистирол-рутил изготовленных на ГНПП "Исток". Измерения проводились на частоте 70 ГГц при двух значениях концентрации рутила с помощью стандартной методики исследования диэлектриков на миллиметровых волнах. Полученные результаты показали хорошее согласие с моделью: отличие измеренных действительной части диэлектрической проницаемости от модельных значений составляет не более 1%.
For citation
Chigriai E.E., Nikitin I.P. Свойства композита полистирол-рутил на миллиметровых волнах // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.20
References
- Е.Е. Чигряй, Ю.Г. Яременко, Согласование границы раздела при облучении водных биорастворов миллиметровыми волнами. // Миллиметровые волны в медицине: Сб. докладов: М.: ИРЭ АН СССР, 1991, Т. 2. С. 501-504.
- В.В. Мериакри, Свойства и применение сегнетоэлектриков в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. // Высокочастотные свойства твердых тел: Киев: Наукова думка, 1985, стр. 153.
- Электрические свойства полимеров, под ред. Б.И. Сажина, Л.: Химия, 1977. 192 с.
- Е.Е. Чигряй, Исследование композиции полистирол-рутил на миллиметровых волнах, I Всеросс. науч.-тех. конф. " Актуальные проблемы технологии композиционных материалов", Тез. докл., Ялта, 1980, стр. 130.
- В.В. Мериакри, В.Н. Аплеталин, А.Н. Копнин, Г.А. Крафтмахер, М.Г. Семенов, Е.Ф. Ушаткин, Е.Е. Чигряй, Субмиллиметровая лучеводная спектроскопия и ее применения. // Успехи современной радиотехники и электроники, под ред. В.А. Котельникова: М: Наука, 1980.
- В.В. Мериакри, Е.Ф. Ушаткин, Измерение показателя преломления на субмиллиметровых волнах. ПТЭ. 1973. №2. С. 143-145.
- Е.Е. Чигряй, Г.И. Хохлов, И.П. Никитин, Делители квазиоптического пучка на тонких диэлектрических пленках в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. // Журнал радиоэлектроники [ электронный журнал]. 2016. № 6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun16/9/text.pdf