расхождение можно объяснить тем, что использованная индуктивность 83 нГн имела значительное активное сопротивление и паразитную ем­кость, что привело к ухудшению согласования при расширении полосы за счет уменьшения добротности системы.

Таким образом, разработанная методика расширения полосы под­твердила свою применимость, обеспечив существенное расширение поло­сы согласования. В настоящее время ведется доработка согласующей цепи с целью снижения КСВ в полосе согласования до заданного уровня.

Библиографический список

1. Сазонов Д.М. Устройства СВЧ / Д.М. Сазонов, А.М. Гр идин , Б.А. Мишустин. М.: Высшая школа, 1981. 295 с.

2. Григорьев А.Д. Моделирование антенн сотовых телефонов мето­дом векторных конечных элементов / А.Д. Григорьев, Р.В. Салимов, Р.И. Тихонов // Радиотехника и электроника. 2012. Т. 53. NQ 3. С. 261-270.

УДК 621.372

Н.М. Ушаков, ею. Молчанов Саратовский филиал Института радиотехники и электроники

им. В.А. Котельникова РАН, e-mail: nmu@bk.ru КОМПЛЕКСНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ НАНОМАТЕРИАЛОВ В ДИАПАЗОНЕ 2-18 ГГЦ

N.M. Ushakov, S.Yu. Molchanov Saratov Branch ofKotel' nikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS

COМPLEX DIELECTRIC FUNCTION OF IRON-CONTAINING POLYМERIC

COМPOSIТE NANOМATERIALS IN ТНЕ RANGE OF 2-18 GHZ

Dielectric behavior (сотрlех permittivity and loss) of iron-containing (5-20 wt.%)

polymeric composite nanomaterials are investigated in the range 1Тот 2 to 18 GHz.

Работы по исследованию полимерных композитных материалов за­нимают одно из важнейших мест в современной радиотехнике и электро­нике [1]. Такие нанокомпозиты обладают уникальными свойствами и зна­чительно меньшей себестоимостью при изготовлении, особенно в про­мышленных условиях, по сравнению с традиционными кристаллическими материалами. Считается, что уникальные свойства композитной среды связаны не только с сочетанием материалов наночастиц и матрицы, но и с размерами самих наночастиц. Так, свойства композитной среды, связан­ные с размером наночастиц, проявляются только для частиц меньших

978-1-4673-2097-9/12/$31.00 ©20121EЕЕ 187

30 им. В качестве наночастиц, стабилизированных в различных матрицах, могут служить нанотрубки, металлические наночастицы и их оксиды, а также различные полупроводники такие, как кремний, германий, сульфид кадмия и т.д. Диэлектрические свойства полимерных нанокомпозитов исследовались на низких частотах (от 1 кГц до 1 МГц) и в оптическом диапазоне [2]. Однако в СВЧ-диапазоне исследования только начинают проводиться [3,4].

Целью настоящей работы явились измерения комплексной диэлек­трической функции и потерь в СВЧ-диапазоне в образцах полимерных железосодержащих нанокомпозитов с разной концентрацией наночастиц, стабилизированных в матрице полиэтилена высокого давления.

При лабораторных исследованиях комплексной диэлектрической проницаемости 1:: диэлектрических материалов в диапазоне СВЧ исполь­зуются разные методы, среди которых известен метод с использованием стандартной панорамной аппаратуры для автоматизированного измерения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) в вол новодн 0-

коаксиальных и полосковых трактах [5], которая существенно облегчает измерения по сравнению с методиками, основанными на измерительных линиях. Измерения проводились на панорамных измерителях КСВН типа Р2-103 и Р2-108.

Исследовались образцы в диапазоне частот 2,00-18,00 ГГц, состоя­щие из наночастиц Fе/Fе20з, стабилизированных в полиэтиленовой мат­рице. По форме образцы представляли собой гильзы или цилиндры дли­ной 2,68 см и диаметром 0,76 см. Образцы изготавливались методом тер­мопластичной формовки порошка исходного нанокомпозитного материа­ла. Образец помещался в разрыв центрального проводника специально изготовленного устройства в виде коаксиальной линии передачи, соеди­ненного со стандартной линией передачи 50 Ом. Отражённые волны от образца, расположенного у короткозамкнутого конца линии передачи, через детекторную головку и опорные сигналы от СВЧ-генератора посту­пают на индикаторный блок.

В линии передачи КСВН связан с модулем коэффициента отражения IГI следующим соотношением:

Iгl = (КСВН -1) . (КСВН +1)

Для расчёта коэффициента затухания СВЧ-волны в композитном ма­териале а воспользуемся методикой, предложенной в [5]:

а = -0,5*lпIГI (неп). Определим составляющие реальной 1::1 и мнимой 1::2 частей диэлек­

трической проницаемости для коаксиальной линии передачи, связанные с параметрами а и � соотношениями:

1::)= (�- а)/ �o;

188

1>2= 2 а Р/ Ро, где Р - коэффициент фазы, представляемый в виде:

р= 21[/Ае [рад/м], РО= 21[ГЛо [рад/м],

где Ае - длина волны в образце Ае= Ло(l-IГI)/(l+IГI) [м]; ло - длина волны в свободном пространстве.

На рис. 1-3 показаны результаты измерения реальной части диэлек­трической функции, электронных потерь и тангенса угла потерь от часто­ты для образцов железосодержащего нанокомпозита с концентрацией 10% масс. Fе-ПЭВД, измеренные при нормальных условиях (комнатной тем­пературе и атмосферном давлении) в диапазоне 8-18 ГГц.

8,9

7,9

6,9

5,9 �w 4,9

3,9

2,9

1,9 1-

I

.1 -�/!'-

Действительная часть ДП

.... � � � -"" � �

�".& �

f(МГц)

Рис. 1. Частотная зависимость реальной части диэлектрической проницаемости нанокомпозита Fe 10% масс. - ПЭВД

Для уменьшения погрешностей измерения генератор качающейся частоты градуировался при помощи частотомера. При использовании та­кой методики и градуировке частоты генератора на установке измерения обеспечивают достаточную точность (не хуже 3 %).

Из полученных экспериментальных данных следует, что острый ди­электрический пик на частоте вблизи 14 ГГц связан с поперечным (ради­альным) диэлектрическим резонансом самого образца, в то время как ряд менее интенсивных пиков, по-видимому, связан с вращательными коле­баниями «хвостов» макромолекул самой надмолекулярной структуры.

189

Мнимая часть ДП

0,65

0,45 ·w 0,4

1:r-... L.L�

-�T L� � __ �ТI1Пг -rnт .

p�- .� I -� � � _Т· _Ll::l:....r

�" -L

0,6 0,55

0,5

0,35 0,3

0,25 0,2

f(Mrцj

Рис. 2. Частотная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости

нанокомпозита Fe 10% масс. - ПЭВД

Электронные еВЧ-потери для материалов с более мелкими наноча­стицами наблюдаются в более широкой полосе частот. Так, для 6% масс. Fе-ПЭВД (средний размер наночастиц 1,5 нм) электронные потери с мак­симумом 5 дБ/см наблюдаются во всей рабочей полосе частот 2000- 8000 МГц, в то время как для композитов 15% масс. (2,5 им) и 20% масс. (4,3 нм) Fе-ПЭВД электронные потери проявляют себя в узких полосах 4800-5300 МГц и 6300-7300 МГц соответственно. Причем, наибольшие потери до 9 дБ/см наблюдаются для материалов 20% масс. Fе-ПЭВД.

Тангенс угла потерь

0,33

0,28

� 10 Э 0,18

� н F 1

-

i 1 � -

� Ii'

0,23

0,13

0,08

0,03 I� 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000

f(МГц)

Рис. 3. Частотная зависимость тангенса угла потерь нанокомпозита Fe 10% масс. - ПЭВД

190

Библиографический список

1. Новые КОМПОЗlЩионные наноматериалы с управляемыми свойст­вами ДJlЯ радиотехники и электроники /Н.М. Ушаков, И.Д. Кособудский, Г.Ю. Юрков И др. // Радиотехника. 2005. NQ 10. С. 105-108.

2. Оптические свойства металлополимерных нанокомпозитов на ос­нове железа и полиэтилена высокого давления / Н.М. Ушаков, В.И. Кочу­бей, к.в. 3апсис, И.Д. Кособудский // Оптика и спектроскопия. 2004. Т. 96. NQ 5. С. 874-879.

3. Науменко В.Ю. Исследование механических и электрических па­раметров композиционных материалов, поглощающих электромагнитное излучение в диапазоне СВЧ и КВЧ / В. Ю. Науменко, И.В. Воронин // Вестник РГМУ. 2003. NQ4(30). С. 98-103.

4. Усанов Д.А. Комплексная диэлектрическая ПРОНlЩаемость на ос­нове диэлектрических матриц и входящих в их состав углеродных на­нотрубок / Д.А. У санов, А.В. Скрипаль, А.В. Романов / / Журнал техниче­ской физики. 2011. Т. 81. Вып. 1. С. 106-110.

5. Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах / Ф. Ти­шер. М.: Физматгиз, 1963. 367 с.

УДК 621.385.624

В.Ю. Мучкаев, В.А. Царев Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., e-mail: muchkaev_vadim@mail.ru

УМЕНЬШЕНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В выходныIx

РЕЗОНАТОРАХ МНОГОЛУЧЕВЫХ КЛИСТРОНОВ

У.Уи. Muchkaev, У.А. Tsarev Saratov State Technical University in the пате ofGagarin Уи.А.

REDUCTION OF HETEROGENEIТY LONGIТUDINAL COМPONENT OF

ТНЕ ELECTRICAL FIELD IN ТНЕ OUTPUT CAVIТY OF МULТIBEAM

KLYSTRONS

The paper presents results of research duble-gap cavity formed Ьу the penultimate and last resonators of multibeam klystron. It is shown that the amplitude of the longitu­dinal components of the electric field in the gaps of the duble-gap cavity differ signifi­cantly, when coupling slot is rectangular. Reduce the difference in the amplitudes was using а П-shареd coupling slot.

Ширина полосы рабочих частот приборов клистронного типа во мно­гом определяется шириной полосы пропускания выходного резонатора.

978-1-4673-2097-9/12/$31.00 ©2012 !ЕЕЕ 191