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Pasternack博客

高频电介质

电介质是电气材料的三个主要类别之一,其他两个是导体和半导体。电子系统中常用的电介质有陶瓷、玻璃、宝石和聚合物。电介质或绝缘体被认为是不良电导体,而导体则不同,后者允许电场通过。然而,电介质内存在的电场不同于自由空间中的电场,前者会受到电介质材料特性的影响。这些特性通常被描述为复介电常数,或电介质的介电常数和损耗角正切电特性。当电介质暴露在电场中时,嵌入电介质中的散射体的极化率会感生偶极矩。电介质的体积位移向量的范围是电场强度、自由空间介电常数和极化密度的函数,简称为材料的复介电常数和电场强度。

对于射频应用,通常希望针对既定的使用目的精确控制介电常数,或者具有尽可能低的介电常数(空气的介电常数约为1),以使介电负载对附近电路的影响降至最低。在损耗角正切的情况下,由于损耗角正切是电场通过电介质时损失的能量,因此通常希望损耗角正切值尽可能低,但目标是吸收电磁能量的情况除外。

对于导体附近的电介质,例如传输线,电介质可通过影响传输线的有效介电常数对传输线的阻抗产生根本性的影响。这就是为什么射频电路板材料通常比不适合射频应用的电路板材料具有更低的复介电常数和更精确控制的物理尺寸的原因。一些电介质的复介电常数特性可随频率而变化,通常在较高频率下会更差。此外,电路的无功阻抗是频率的函数,而对于电容器,则是频率的函数。这种与频率相关的阻抗现象也是为什么某些电路板材料经常被宣传为使用最大频率,或者不推荐用于高频应用的原因。

许多电介质的电特性也是环境温度、湿度甚至压力的函数。在一定的温度、压力和电场强度下,几乎所有的电介质都会分解,从而达到最大的工作额定值。电介质的工作动态有时是传输线和其他射频元件和器件的额定值的限制因素,尤其是当电介质是聚合物材料时。鉴于这些原因,许多Hi-Rel射频应用使用陶瓷、玻璃和宝石(矿物)电介质,其工作温度往往高于聚合物电介质。