[Mirabella 0]

Подскажите пожалуйста, как определить эквивалнетную диэлектрическую проницаемость пространства, состоящего из слоя воздуха и слоя диэлектрика? Или по другому: при каких соотношениях между толщинами слоя воздуха и слоя диэлектрика можно принебречь диэлектрической проницаемостью диэлектрика и принимать диэлектрическую проницаемость равной единице?

 

Необходимо "подвесить в воздухе" плоскую конструкцию из тонкого металла, при этом обеспечив механическую прочность . Поэтому предполагается изготовить рисунок по обычной технологии печатных плат и крепить плату, но пока не понятно как учесть диэлектрическую проницаемость диэлектрика.

[Jurenja 1]

Подскажите пожалуйста, как определить эквивалнетную диэлектрическую проницаемость пространства, состоящего из слоя воздуха и слоя диэлектрика?

Можно посчитать как последовательное соединение двух гипотетических конденсаторов. При последовательном соединении двух очень неравных емкостей общая емкость будет определяться той емкостью, которая меньше. Другими словами, чем толще один из диэлектриков, тем в большей степени общая диэлектрическая проницаемость будет определяться этим диэлектриком.

 

Или по другому: при каких соотношениях между толщинами слоя воздуха и слоя диэлектрика можно принебречь диэлектрической проницаемостью диэлектрика и принимать диэлектрическую проницаемость равной единице?

Чем больше толщина воздуха по отношению к толщине платы, тем в большей степени наличием диэлектрика платы можно пренебречь и считать, что есть только воздух. Но на состояния, близкие к пробою, эти допущения распространять нельзя.

 

имхо.

 

 

[Mirabella 0]

Можно посчитать как последовательное соединение двух гипотетических конденсаторов. При последовательном соединении двух очень неравных емкостей общая емкость будет определяться той емкостью, которая меньше. Другими словами, чем толще один из диэлектриков, тем в большей степени общая диэлектрическая проницаемость будет определяться этим диэлектриком.

 

Чем больше толщина воздуха по отношению к толщине платы, тем в большей степени наличием диэлектрика платы можно пренебречь и считать, что есть только воздух. Но на состояния, близкие к пробою, эти допущения распространять нельзя.

 

имхо.

Т.е. можно считать, что отношение емкостей с диэлектрической вставкой и без нее принимается как отношение эквивалентной диэлектрической проницаемости к диэлектрической проницаемости воздуха?

Как-то подозрительно просто...

[octobus 0]

Можно в CST засунуть модель с многослойным диэлектриком и поиграться, тогда точно гадать не придется.

[Jurenja 1]

Как-то подозрительно просто...

Ну а почему должно быть сложно?)

Все это описывается в разделе физики "статическое электричество". Простая алгерба, без интегралов и дифференциалов.

[Neznayka 0]

Можно в CST засунуть модель с многослойным диэлектриком и поиграться, тогда точно гадать не придется.

Поддерживаю.

Промоделировать в CST, AWR DE, FEKO, HFSS или еще в каком-нибудь софте.

Потому как одно дело - качественная оценка и совсем другое - количественная.

[Mirabella 0]

Поддерживаю.

Промоделировать в CST, AWR DE, FEKO, HFSS или еще в каком-нибудь софте.

Потому как одно дело - качественная оценка и совсем другое - количественная.

мне всё равно не кажется, что решение электростатической задачи позволяет закрыть вопрос.

Хотелось бы иметь аналитическое выражение, чтобы его можно было при необходимости засунуть в свои программы....

А что такое AWR DE?

[gormih 0]

d/ε_экв. = d1/ε_воздуха + d2/ε_диэлектрика...

Зачем все усложнять, строить модели?

[Kate25 0]

Вот Вам один из примеров расчета, если я правильно поняла Вашу задачу.

[asdf 0]

Подскажите пожалуйста, как определить эквивалнетную диэлектрическую проницаемость пространства, состоящего из слоя воздуха и слоя диэлектрика? Или по другому: при каких соотношениях между толщинами слоя воздуха и слоя диэлектрика можно принебречь диэлектрической проницаемостью диэлектрика и принимать диэлектрическую проницаемость равной единице?

Мирабела Сергеевна, Ваш вопрос неоднозначен, поэтому и получились неоднозначные ответы

Дело вот в чем, если Ваша конструкция при работе использует элементы с сосредоточенными параметрами (обычные компоненты), то

эквивалнетную диэлектрическую проницаемость пространства можно брать как усредненную и тогда расчитывается так как предложил gormih. Если же у Вас элементы с распределенными параметрами, например, полосковые структуры, то нужно моделировать или расчитывать по конкретным участкам.

Необходимо "подвесить в воздухе" плоскую конструкцию из тонкого металла, при этом обеспечив механическую прочность . Поэтому предполагается изготовить рисунок по обычной технологии печатных плат и крепить плату, но пока не понятно как учесть диэлектрическую проницаемость диэлектрика.

Здесь мне тоже непонятно, у Вас проблема с изготовлением конструкции методом травлениия тонкого металла, без основы из диэлектрика, чтобы использовать технологию изготовления ПП, или есть проблема с прочностью самой конструкции не подкрепленной диэлектриком?

Если первое, то могу помочь с изготовлением, правда только из меди.

[Mirabella 0]

Мирабела Сергеевна, Ваш вопрос неоднозначен, поэтому и получились неоднозначные ответы

Дело вот в чем, если Ваша конструкция при работе использует элементы с сосредоточенными параметрами (обычные компоненты), то

эквивалнетную диэлектрическую проницаемость пространства можно брать как усредненную и тогда расчитывается так как предложил gormih. Если же у Вас элементы с распределенными параметрами, например, полосковые структуры, то нужно моделировать или расчитывать по конкретным участкам.

 

Уважаемый Александр, у меня действительно элементы с распределёнными параметрами: связанные линии на СПЛ, для которых в зазаре между ними должен быть обязательно материал с максимально низкой диэлектрической проницаемостью. Варианты такие: или воздух, или пенополиуретан. С последним много всякой суеты и, что главное -в этом случае нет возможности изменения ширины зазора. Кроме того, должна быть небольшая толщина металла линий. Поэтому и возникла мысль: изготавливать обе половински связанных линий обычной печатной технологией, но на обратной стороне плат стравить всю медь и установить эти линии на нужном расстоянии с возможностью изменения ширины зазора. Но тогда получается, что между экранами и линиями у на не воздух, а слой диэлектрика и слой воздуха.

Отсюда и вопрос: какую диэлектрическую постоянную использовать при расчёте?

 

Размер конструкции в плане примерно150х150 мм. толщина зазора 0.6 мм. ширина линий 8 мм, связь лицевая.

 

[l1l1l1 0]

Уважаемый Александр, у меня действительно элементы с распределёнными параметрами: связанные линии на СПЛ, для которых в зазаре между ними должен быть обязательно материал с максимально низкой диэлектрической проницаемостью. Варианты такие: или воздух, или пенополиуретан. С последним много всякой суеты и, что главное -в этом случае нет возможности изменения ширины зазора. Кроме того, должна быть небольшая толщина металла линий. Поэтому и возникла мысль: изготавливать обе половински связанных линий обычной печатной технологией, но на обратной стороне плат стравить всю медь и установить эти линии на нужном расстоянии с возможностью изменения ширины зазора. Но тогда получается, что между экранами и линиями у на не воздух, а слой диэлектрика и слой воздуха.

Отсюда и вопрос: какую диэлектрическую постоянную использовать при расчёте?

 

Размер конструкции в плане примерно150х150 мм. толщина зазора 0.6 мм. ширина линий 8 мм, связь лицевая.

уважаемая Mirabella!

извините, что вмешиваюсь, но давайте всё же определимся, о какой структуре идет речь.

у вас сначала речь шла о ширине зазора между линиями, а потом вдруг оказалось толщина зазора.

 

если металлический рисунок с одной стороны подложки, а с другой стороны вся медь стравлена,

то речь идет о связанных полосковых линиях на подвешенной подложке (гуглите).

в этом случае связь линий боковая, и характеризуется шириной зазора между линиями.

по этим структурам есть масса литературы, но даже не надейтесь найти где-либо простые формулы

для эффективных диэлектрических проницаемостей четных и нечетных мод.

в лучшем случае - номограммы для структур, у которых значения большинства параметров зафиксированы

(толщина и диэл. проницаемость подложки, расстояние до экрана снизу, расстояние до экрана сверху).

ознакомьтесь с 5-й главой книги по ссылке http://depositfiles.com/files/yidmq877x .

 

если же одна линия пары связанных на одной стороне подложки, а вторая на другой,

то это совсем другой тип линий, их связь характеризуется прежде всего толщиной подложки

(толщиной зазора), и обычно такие линии делаются с горизонтальным смещением

друг относительно друга, потому что толщиной диэлектрика менее удобно управлять

для получения нужного соотношения между четным и нечетным импедансами линий.

 

в обоих случаях вы можете найти лишь ограниченный набор номограмм.

в обоих случаях без программ трехмерного электродинамического анализа не обойтись.

[Mirabella 0]

если же одна линия пары связанных на одной стороне подложки, а вторая на другой,....

спасибо, уважаемый l1l1l1, за чёткое и краткое изложение основ.

Те варианты связанных линий, о которых говорите вы, считаются хорошо и без знания "эффективных диэлектрических проницаемостей четных и нечетных мод". Есть хорошие программки в MWO, Zeland, Serenade и не только...(даже я как-то согрешила разработкой подобной программы).

Но вы забыли упомянуть ещё об одном варианте расположения связанных линий: одна линия находится на одной подложке, вторая линия находится на другой подложке (гуглите).

Связь, как я уже написала ранее -лицевая, т.е. эти подложки установлены параллельно друг другу с определённым зазором, характеризуемым его шириной или толщиной. В этом случае диэлектрик выполняет функцию поддержки линий относительно друг друга. А диэлектриком в зазоре является воздух.

Вот отсюда и вопрос: в диэлектрике воздух, а между линиями и экранами "слоёный пирожок" из воздуха и диэлектрика и его надо как-то учитывать или на основании чего-то пренебрегать им.

[Abell 0]

Mirabella, вспомнил где читал за подобную задачу :) Учебник "Теоретические основы электротехники" Евдокимов Ф.Е. "Высшая школа" 1975г, глава 7, параграф 7.5 "Изменение электрического поля на границе двух диэлектриков".

Там в конце вывод - "Наличие заряда на границе раздела диэлектриков дает основание считать конденсатор с двумя или несколькими слоями составленным из двух или нескольких конденсаторов (последовательное соединение)".

 

P.S. Дополню - коль скоро имеется такой вывод, достаточно посчитать емкость для разных слоев (учебник точно не помню, что-то простое, може даже "Элементарная физика" п.р. Ландсберга), выбрать минимальную, и сразу будет видно - стоит пренебречь этой емкостью или нет :)

Изменено 2 апреля, 2014 пользователем Abell

[asdf 0]

Вот отсюда и вопрос: в диэлектрике воздух, а между линиями и экранами "слоёный пирожок" из воздуха и диэлектрика и его надо как-то учитывать или на основании чего-то пренебрегать им.

Мирабела Сергеевна, ведь не обязательно такую слоенку делать! Если у Вас диэлектрик будет снаружи (с точки зрения конструкции это должно быть все равно), то получаем диэлектрик-медь-воздух-медь-диэлектрик. В этом случае, особенно если толщина диэлектрика будет меньше толщины меди, то его, практически, можно не учитывать. Погрешность будет проценты и легко компенсируется изменением зазора по воздуху при отработке. Если же наоборот, то большое значение будет иметь отношение толщин диэлектрика и воздуха, но и здесь поправка будет лишь немногим больше, чем в первом случае. Но для второго случая я сразу не готов ответить, посмотрю литературу.

Размер конструкции в плане примерно150х150 мм. толщина зазора 0.6 мм. ширина линий 8 мм, связь лицевая.

Какая все же у Вас толщина диэлектрика и меди?