РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА НАПРЯЖЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПРОБОЯ В ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СТРУКТУРАХ

  • Евгений Михайлович Волокобинский Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Ключевые слова: метод расчета, диэлектрические композиционные материалы, тангенс угла диэлектрических потерь, температурные и частотные зависимости, тепловой пробой, напряжение теплового пробоя, термоупругий пробой

Аннотация

Статья посвящена описанию нового метода расчетов процессов тепловыделения на высоких и сверхвысоких частотах, связанных с потерями в композиционных материалах (КМ), что может привести к разрушению радиодеталей. Исследование теплового пробоя необходимо для выяснения механизма и природы изменения диэлектрических свойств. Тепловой пробой вредно влияет на детали из КМ или даже приводит к их разрушению. Явления нагрева весьма сложны, и расчет механизма его возникновения, а также этапов на пути возникновения и развития теплового эффекта и старения КМ представляет научный и практический интерес.

Цель исследования – разработка метода расчета теплоотвода и напряжения теплового пробоя в высокочастотных структурах как для структуры, охлаждаемой с одной стороны, так и для структуры, охлаждаемой с двух сторон.

Получены формулы для расчета напряжения теплового пробоя малогабаритных изоляторов как в случае, если электрическое поле однородно, так и в случае, если оно неоднородно.

Экспериментально подтверждено, что при повышении температуры среды величина перегрева уменьшается для композиционных диэлектрических материалов. При увеличении частоты возрастает перепад температуры; на высоких частотах в конструкциях из композиционных диэлектрических материалов возникают большие перепады температур, приводящие к разрушению.

Предложенный автором метод расчета обеспечивает достаточно высокую для практических целей точность расчета. Исследование пробоя дискообразных деталей из композита, содержащего двуокись титана, показало, что в интервале частот f от 0,5 до 1,5 МГц температурная и частотная зависимости напряжения теплового пробоя согласуются с расчетами по предлагаемому методу.

Биография автора

Евгений Михайлович Волокобинский, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

инженер кафедры конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств

Литература

Побережский Л.П. Осциллографирование токов внутренней изоляции в толще изоляции при наличии помех // Вестник электропромышленности. 1961. № 12. С. 50–51.

Дульнев Г.Н., Семяшкин Э.М. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. М.: Энергия, 1968. 492 с.

Брауде Е.В. Определение электрической прочности установочных керамических изоляторов в мощных радиопередающих устройствах // Вопросы радиоэлектроники. Серия Х: Техника радиосвязи. 1960. № 2. С. 82–116.

Пучковский В.В., Мякинин Е.Г. Тепловой пробой двухслойного диэлектрика // Инженерно-физический журнал. 1962. Т. 5. № 9. С. 33–37.

Афанасьев A.M., Подгорный В.В., Сипливый Б.Н., Яцышен В.В. Расчет теплового воздействия СВЧ излучения на плоские водосодержащие объекты слоистой структуры // Физика волн, процессов и радиотехнической системы. 1998. T. l. № 2. С. 83–90.

Сергеева Е.А., Адбуллин И.Ш. Активация нанокристаллических полиэтиленовых волокон неравновесной низкотемпературной плазмой // Нанотехника. 2009. № 2. С. 12–15.

Скворцов А.А., Каленков С.Г., Корячко М.В. Фазовые превращения в системах металлизации при нестационарном тепловом воздействии // Письма в журнал технической физики. 2014. Т. 40. № 18. С. 24–32.

Буря А.И., Ткаченко Э.В., Чигвинцева О.П. Полиамидные композиты: свойства и применение // Композиционные материалы. 2009. Т. 3. № 1. C. 4–21.

Emelyanov O.A., Ivanov I.O. Fast electromigration crack in nanoscale aluminum film // Journal of Applied Physics. 2014. Vol. 116. № 6. P. 1–4.

Комаров В.В. Погрешность линеаризации решения совместной краевой задачи электродинамики и теплопроводности для диссипативных диэлектриков // Радиотехника. 2006. № 12. С. 78–82.

Makdessi M., Sari A., Vente P. Metallized polymer film capacitors ageing law based on capacitance degradation // Microelectronics Reliability. 2014. Vol. 54. № 9. P. 1823–1829.

Казанский Л.С., Минкин М.А. О модификации метода обобщенной эквивалентной цепи // Вестник Самарского отраслевого научного исследовательского института радио. 2004. № 2. С. 54–57.

Градштейн Н.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Физматгиз, 1963. 1100 с.

Серебров Р.А., Мартыненко В.А., Фридман Б.Э., Хапугин А.А. Разработка и исследование коммутаторов больших импульсных токов на основе фототиристоров // Электротехника. 2016. № 7. С. 35–43.

Jow T.R., MacDougall F.W., Ennis J.B., Yang X.H., Schneider M.A., Scozzie C.J., White J., Macdonald J.R., Schalnat M.C., Cooper R.A., Yen S.P.S. Pulsed Power Capacitor Development and Outlook // IEEE Pulse Power Conference. Switzerland: IEEE, 2015. P. 1–7.

Казанский Л.С., Минкин М.А., Юдин В.В. Расчет симметричных излучающих систем методом обобщенной эквивалентной цепи // Радиотехника. 2005. № 1. С. 73–75.

Бузова М.А., Юдин B.B. Проектирование проволочных антенн на основе интегральных уравнений. М.: Радио и связь, 2005. 172 с.

Бузова М.А., Юдин В.В. Интегральное уравнение второго рода для линейного вибратора // Вестник Самарского отраслевого научного исследовательского института радио. 2003. № 1. C. 22–27.

Belko V.O., Emelyanov O.A. Self-healing in segmented metallized film capacitors: Experimental and theoretical investigations for engineering design // Journal of Applied Physics. 2016. Vol. 119. № 2. P. 1–7.

Карнаков Б.М., Мур В.Д., Попруженко С.В., Попов В.С. Современное развитие теории нелинейной ионизации атомов и ионов // Успехи физических наук. 2015. Т. 185. № 1. С. 3–34.

Минкин М.А. Анализ параметрической чувствительности излучающих структур на основе метода обобщенной эквивалентной цепи // Радиотехника. 2001. № 11. С. 86–89.

Матвеев В.И., Макаров Д.Н., Капустин С.Н. Размеры нейтральных кластеров и процессы их фрагментации при ионном распылении твёрдого тела // Письма в журнал технической физики. 2015. Т. 41. № 16. С. 15–20.

Liang Y. Transient temperature analysis and short-term ampacity calculation of power cables in tunnel using SUPG finite element method // 2013 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting. Switzerland: IEEE, 2013. P. 1–4.

Skvortsov A.A., Zuev S.M., Koryachko M.V. Electrothermal degradation of systems of metallization at non-stationary current influences // International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering. Saratov: TUS im. Yuriy Gagarin, 2014. P. 340–343.

Опубликован
2019-03-30
Выпуск
Раздел
Технические науки