Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах
The authors consider the aspects of the electric field distribution in an anisotropic medium and establish how its longitudinal and transverse components depend on the geometric factors.A rectangular plate of dimensions a×b×c is studied, its selected crystallographic axes located in the plane of the...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.24 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1869291013997068288 |
|---|---|
| author | Аshcheulov, Anatoly Lavreniuk, Dmytro Derevianchuk, Mykola |
| author_facet | Аshcheulov, Anatoly Lavreniuk, Dmytro Derevianchuk, Mykola |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Anatoly Аshcheulov",
"institution": "Institute of Thermoelectricity under NAS and MES of Ukraine, Chernivtsy, Ukraine"
},
{
"author": "Dmytro Lavreniuk",
"institution": "Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Chernivtsy, Ukraine"
},
{
"author": "Mykola Derevianchuk",
"institution": "Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Chernivtsy, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Аshcheulov, Anatoly |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-28T12:33:34Z |
| description | The authors consider the aspects of the electric field distribution in an anisotropic medium and establish how its longitudinal and transverse components depend on the geometric factors.A rectangular plate of dimensions a×b×c is studied, its selected crystallographic axes located in the plane of the side face (a×b), while one of the axes is oriented at a certain angle α to the edge a. It is shown that applying a certain potential difference to the upper and lower faces electrically polarizes the volume of the plate and causes the appearance of the longitudinal and transverse components of the internal electric field. The authors investigate the possibility of transforming the magnitude of the electric field and methods for its optimization. The transformation coefficient of such a device is determined by the anisotropy of the dielectric permeability of the plate material and its shape coefficient k = a/b. The paper considers one of the design options for an anisotropic dielectric transformer and proposes its equivalent electrical circuit.Structural elements based on anisotropic dielectric transformers may be widely used both in power supplies of various electronic devices and for coordination of radar transceiver systems with antenna arrays of centimeter, millimeter and submillimeter wavelength ranges. The possibility of simultaneous transformation of constant and alternating electric fields allows them to be used in devices of simultaneous comparison, enabling to determine the current values of voltage, as well as the power of electromagnetic radiation in a wide range of wavelengths. The vortex nature of the electric field in the plate’s volume caused by the coefficient anisotropy of the dielectric permeability also creates the preconditions for the emergence of new principles for generating high-power electromagnetic radiation in a wide spectral range. The generation frequency of such devices is determined by the geometric dimensions of the anisotropic plate.The use of the described transformation effect will significantly expand the possibilities of practical application of the considered electrostatic phenomena, which will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology, electronics and electric power. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2020.3-4.24 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 3–424 ISSN 2309-9992 (Online)
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
1
УДК 537.29
Д. т. н. А. А. АЩЕУЛОВ1, Д. А. ЛАВРЕНЮК2, Н. Я. ДЕРЕВЯНЧУК2
Украина, г. Черновцы, Институт термоэлектричества1,
Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича2
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru
ЭФФЕКТ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В АНИЗОТРОПНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ
Открытие явлений электромагнитной индук-
ции (М. Фарадей, 1831 г.) и трансформации тока
(Г. Румкорф, 1852 г.) обусловило появление новых
научно-технических направлений, позволивших
П. Яблочкову в 1876 году предложить и создать транс-
форматор. В настоящее время имеется большое ко-
личество различных конструктивных решений этого
устройства, получивших широкое распространение
в современной технике, чего нельзя сказать о явле-
нии электростатической индукции, которое тоже из-
вестно достаточно давно [1, с. 135].
В данной работе исследованы особенности рас-
пределения электрического поля в анизотропных ди-
электрических средах с целью выявления возможно-
сти преобразования его величины для создания ново-
го принципа трансформации, что позволит значитель-
но расширить практические возможности этого явле-
ния, особенно в областях электроники и энергетики.
Уравнение трансформации электрического поля
Рассмотрим анизотропную диэлектрическую сре-
ду, главные кристаллографические оси [1], [2], [3] ко-
торой совпадают с осями [1'], [2'], [3'] некоторой ла-
бораторной системы координат. Тензор ее диэлек-
трической проницаемости представляется следую-
щим образом [2, с. 89]:
11
22
33
ε 0 0
ε 0 ε 0
0 0 ε
ˆ . (1)
В случае создания из такой среды прямоуголь-
ной пластины размерами а×b×с, кристаллографи-
ческие оси [1] и [2] которой размещены в плоско-
сти боковой грани а×b, а одна из этих осей находит-
Рассмотрены особенности распределения электрического поля в анизотропной диэлектрической среде и уста-
новлены зависимости его продольной и поперечной составляющих от геометрических факторов. Впервые
установлена возможность электростатической трансформации величины электрического поля и проанализи-
рованы основные методы ее оптимизации. Использование описанного эффекта позволит значительно расши-
рить возможности практического применения рассмотренных электростатических явлений, приведет к появ-
лению нового поколения приборов и устройств для СВЧ-техники, электроники и электроэнергетики.
Ключевые слова: анизотропия, диэлектрик, тензор, вектор, поляризация, электрическое поле, трансформатор,
проницаемость.
ся под некоторым углом α к ребру а (рис. 1), тензор
приобретает вид
2 2
11 22 11 22
2 2
11 22 11 22
33
ε cos α ε sin α ε ε sinα·cosα 0
ε ε ε sinα·cosα ε sin α ε cos α 0
0
ˆ
0 ε
(2)
и характеризуется наличием продольной (ε||) и попе-
речной (ε ) составляющих:
ε|| = ε11 cos2α + ε sin2α; (3)
ε = (ε11 – ε22) sinα·cosα. (4)
(В расчетах не учитываются краевые и гранич-
ные эффекты.)
Приложение к верхней и нижней граням а×b пла-
стины некоторой разности потенциалов ΔU ведет к
поляризации ее объема и возникновению как про-
дольной (P ), так и поперечной (P ) составляющих
вектора электрической поляризации P [3]:
2 2
11 22
Δ ε cos α ε sin αUP
b‖ ; (5)
11 22
Δ ε ε sinα·cosα.UP
b
(6)
DOI: 10.15222/TKEA2019.3-4.24
Рис. 1. Анизотропная диэлектрическая пластина
(кристаллографическая ось [3] совпадает с лабораторной [3′],
они расположены перпендикулярно плоскости рисунка)
[2′]
[1′]
[2]
[1]β
α
a
b
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 3–4 25ISSN 2309-9992 (Online)
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
2
Оптимизация значений величин (5) и (6) по углу
α, для которого справедливо
2
20, 0
α α
P P , пока-
зала, что их максимум наблюдается при αопт = 45°.
В этом случае
11 22ε ε ;
2
UP
b
(7)
11 22ε ε
2
UP
b‖ (8)
и разность потенциалов ΔU между противополож-
ными торцевыми гранями b×c пластины представля-
ется следующим выражением:
11 22ε ε · .
2
UU a
b
(9)
Коэффициент трансформации n такого устройства
определяется, с одной стороны, величиной отноше-
ния разности коэффициентов диэлектрической про-
ницаемости ε11 и ε22 материала пластины к их сум-
ме, с другой — коэффициентом его формы а/b [4]:
11 22
11 22
ε ε
.
ε ε
U an
U b‖
(10)
Следует отметить, что рассматриваемый эффект
позволяет трансформировать как постоянное, так и
переменное электрическое поле.
Исследования также показали, что двухмерность
электрической индукции P обуславливается рас-
положением эквипотенциальной поверхности попе-
речной составляющей электрического поля в объеме
пластины под некоторым углом β к оси [2′] (рис. 1):
11 22
11 22
ε εβ arctg .
ε ε
(11)
Коэффициент преобразования η материала пласти-
ны определяется отношением значений электрической
энергии поперечного и продольного полей при значе-
нии тангенса угла диэлектрических потерь материала
пластины, равном нулю и описывается выражением
32
11 22
2
11 22
ε ε
η
ε ε
U C
U C‖ ‖
, (12)
где С||, С — поперечная и продольная составляю-
щие электрической емкости пластины.
Оценка численных значений η для различных зна-
чений m = ε11/ε22 показала, что при m ≥ 60 наблюда-
ется насыщение функции и η ≈ 0,94.
Некоторые конструктивные особенности
анизотропного диэлектрического
трансформатора
В общем случае выбор конкретной конструкции
анизотропного диэлектрического трансформатора
определяется условиями его эксплуатации [5]. Один
из возможных вариантов этого устройства приведен
на рис. 2. Основой его является прямоугольная пла-
стина 1 из анизотропного диэлектрического мате-
риала, кристаллографические оси которой располо-
жены в плоскости боковой грани а×b, при этом ось
ε11 ориентирована под углом αопт = 45° к стороне а.
Верхняя и нижняя грани а×с этой пластины содер-
жат диэлектрические слои 2 толщиной Δ1 с диэлек-
трической проницаемостью εс. Их наружные сторо-
ны содержат электропроводящие слои 3 толщиной Δ2
с входными электрическими выводами 4, 5. Выходные
электрические выводы 6, 7 располагаются на проти-
воположных торцевых гранях b×с.
Такая конструкция трансформатора обеспечива-
ет равномерную электрическую поляризацию объе-
ма пластины 1 и предохраняет трансформированную
разность потенциалов ΔU от шунтирования элек-
тропроводящими слоями 3.
Анализ распределения электрического поля пла-
стины 1 при ориентации кристаллографической оси
под углом αопт = 45° (рис. 1) показал, что наложение
электропроводящих слоев 3 на верхнюю и нижнюю
грани а×с ведет к некоторому искажению формы эк-
випотенциальных поверхностей в ее объеме, а сле-
довательно, и к уменьшению коэффициента транс-
формации n. Если же ось расположить под углом
γ = αопт – β (рис. 2), то эквипотенциальные поверхно-
сти трансформированного электрического поля ΔU
не искажаются и располагаются параллельно граням
b×с, а величина коэффициента трансформации тако-
го устройства определяется выражением
11 22
1 2 2
11 22
ε ε sin γcos γ
ε cos γ ε sin γ
an
b
. (13)
Такое конструктивное решение практически
устраняет влияние электропроводящих слоев на
объемное распределение эквипотенциальных элек-
трических поверхностей рассматриваемого транс-
форматора.
Эквивалентная схема электрического замещения
этого устройства относительно электрических выво-
дов 4 и 5 представляет собой три последовательно
соединенных конденсатора С1, С2, С3 (конденсаторы
Рис. 2. Схематическая конструкция трансформатора
на основе пластины (1) из анизотропного диэлектрика:
2 — диэлектрические слои; 3 — электропроводящие слои;
4, 5 и 6, 7 — соответственно, входные и выходные электри-
ческие выводы
7
32
1
4
5
6
b
a
Δ1 Δ2
[ε22] [ε11]
γ
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 3–426 ISSN 2309-9992 (Online)
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
3
С1, С3 образованы электропроводящим слоем 3 и по-
верхностью а×с с двух сторон пластины, С2 — верх-
ней и нижней поверхностями а×с). При этом
1 3 с
1
ε
Δ
acC C ; (14)
bcC
a . (15)
Поскольку εс >> (ε11 + ε22), b >> Δ1, то С1 = С3 >> С2,
а значит, практически вся разность потенциалов ΔU,
подключаемая к электрическим выводам 4, 5, при-
ложена непосредственно к верхней и нижней гра-
ням а×с.
Трансформированная разность потенциалов ΔU
возникает между торцевыми гранями b×с пласти-
ны, образующими выходную емкость С4 = С, ко-
торая равна
С4 = 0,5(ε11 – ε22). (16)
В качестве материала пластины можно исполь-
зовать как монокристаллические анизотропные ди-
электрические материалы [6, с. 40], анизотропия коэф-
фициентов диэлектрической проницаемости которых
ε11 / ε22 = 1,5—3, так и искусственно анизотропных
слоистых материалов с ε11 / ε22 = 101—102 [7, с. 728;
8, с. 228], методика расчета которых будет такой же.
Заключение
Проведенные исследования особенностей распре-
деления электрического поля в анизотропных диэлек-
трических средах указывают на возможность преоб-
разования его величины для создания нового принци-
па трансформации. Структурные элементы на осно-
ве анизотропных диэлектрических трансформаторов
смогут найти широкое применение как в источниках
электропитания различных электронных приборов,
так и для согласования приемо-передающих систем
радиолокации с антенными решетками сантиметро-
вого, миллиметрового и субмиллиметрового диапа-
зона длин волн. Возможность одновременной транс-
формации постоянного и переменного электрическо-
го полей открывает перспективу их использования в
устройствах одновременного компарирования, что
позволит определять действующие значения напря-
жения тока, а также мощности электрома гнитного из-
лучения в широком диапазоне длин волн. Вихревой
характер электрического поля в объеме пластины,
обусловленный анизотропией коэффициента диэлек-
трической проницаемости, также создает предпосыл-
ки для появления новых принципов генерации элек-
тромагнитного излучения большой мощности в ши-
роком спектральном диапазоне. Частота генерации
таких устройств будет определяться геометрически-
ми размерами анизотропной пластины.
Таким образом, использование описанного эффек-
та трансформации позволит значительно расширить
возможности практического применения рассмотрен-
ных электростатических явлений, что приведет к по-
явлению нового поколения приборов и устройств
для СВЧ-техники, электроники и электроэнергетики.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Тамм И. Е. Основы теории электричества. Москва,
Ленинград, ОГИЗ, 1946, 660 с.
2. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание
при помощи тензоров и матриц. Москва, Мир 1967, 286 с.
3. Ащеулов А. А. та ін. Процес трансформації електриче-
ства. Пат. №134213 України, 2019, бюл. № 9.
4. Ащеулов А. А. та ін. Діелектричний трансформатор. Пат.
№135554 України, 2019, бюл. №13.
5. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. Москва,
Энергоиздат, 1986, 528 с.
6. Поплавко Ю. М., Переверзьева Л. П., Раевский И. П.
Физика активных диэлектриков. Ростов-на-Дону, Издательство
ЮФУ, 2009, 480 с.
7. Бабин В. П., Гудкин Т. С., Дашевский 3. М. и др.
Искусственно анизотропные термоэлементы и их предельные
возможности. ФТП, 1974, т. 8, № 4, с. 728–738.
8. Геращенко О. А., Иорданишвили Е. К., Губкин Т. С. и др.
Датчики теплового потока на основе искусственно-анизотропных
термоэлектрических материалов. ИФЖ, 1978, т. 35, № 2, с. 228–233.
Дата поступления рукописи
в редакцию 03.05 2020 г.
А. А. АЩЕУЛОВ1, Д. А. ЛАВРЕНЮК2, М. Я. ДЕРЕВ'ЯНЧУК,2
Україна, м. Чернівці, 1Інститут термоелектрики НАН і МОН України,
2Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru
ЕФЕКТ ТРАНСФОРМАЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В АНІЗОТРОПНИХ
ДІЕЛЕКТРИЧНИХ СЕРЕДОВИЩАХ
Розглянуто особливості розподілу електричного поля в анізотропному середовищі і встановлено залежності
поздовжньої і поперечної його складових від геометричних факторів.
Досліджено пластину прямокутної форми розмірами а×b×с, вибрані кристалографічні вісі якої розміщені в площині
бокової грані а×b, а одна з них орієнтована під деяким кутом α до ребра а. Показано, що прикладання до верхньої і
нижньої граней деякої різниці потенціалів призводить до електричної поляризації об'єму пластини і появі поздовжньої
і поперечної складових внутрішнього електричного поля. Досліджено можливість трансформації величини електрич-
ного поля і методи її оптимізації. Коефіцієнт трансформації такого пристрою визначається величиною анізотропії
діелектричної проникності матеріалу пластини та її коефіцієнтом форми k = а/b. Запропоновано еквівалентну елек-
тричну схему розглянутого варіанту конструкції трансформатора.
DOI: 10.15222/TKEA2020.3-4.24
УДК 537.29
Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2020, № 3–4 27ISSN 2309-9992 (Online)
МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОНИКИ
4
А. А. АSHCHEULOV1, D. А. LAVRENIUK2, M. Ya. DEREVIANCHUK2
Ukraine, Chernivtsi, 1Institute of Thermoelectricity under NAS and MES of Ukraine,
2Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University
E-mail: ashcheulovaa@rambler.ru
ELECTRIC FIELD TRANSFORMATION EFFECT IN ANISOTROPIC DIELECTRIC MEDIUM
The authors consider the aspects of the electric eld distribution in an anisotropic medium and establish how its longitudinal
and transverse components depend on the geometric factors.
A rectangular plate of dimensions a×b×c is studied, its selected crystallographic axes located in the plane of the side face
(a×b), while one of the axes is oriented at a certain angle α to the edge a. It is shown that applying a certain potential difference
to the upper and lower faces electrically polarizes the volume of the plate and causes the appearance of the longitudinal and
transverse components of the internal electric eld. The authors investigate the possibility of transforming the magnitude
of the electric eld and methods for its optimization. The transformation coef cient of such a device is determined by the
anisotropy of the dielectric permeability of the plate material and its shape coef cient k = a/b. The paper considers one of the
design options for an anisotropic dielectric transformer and proposes its equivalent electrical circuit.
Structural elements based on anisotropic dielectric transformers may be widely used both in power supplies of various electronic
devices and for coordination of radar transceiver systems with antenna arrays of centimeter, millimeter and submillimeter
wavelength ranges. The possibility of simultaneous transformation of constant and alternating electric elds allows them to
be used in devices of simultaneous comparison, enabling to determine the current values of voltage, as well as the power of
electromagnetic radiation in a wide range of wavelengths. The vortex nature of the electric eld in the plate’s volume caused
by the coef cient anisotropy of the dielectric permeability also creates the preconditions for the emergence of new principles
for generating high-power electromagnetic radiation in a wide spectral range. The generation frequency of such devices is
determined by the geometric dimensions of the anisotropic plate.
The use of the described transformation effect will signi cantly expand the possibilities of practical application of the
considered electrostatic phenomena, which will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology,
electronics and electric power.
Key words: anisotropy, dielectric, tensor, vector, polarization, electric eld, transformer, permeability.
DOI: 10.15222/TKEA2020.3-4.24
UDC 537.29
REFERENCES
1. Tamm I. Ye. Osnovy teorii elektrichestva [Fundamentals of the
theory of electricity]. Moscow, Leningrad, OGIZ, 1946, 660 p. (Rus)
2. Nye J. F. Physical Properties of Crystals: Their Representation
by Tensors and Matrices. Clarendon Press, 1957, 322 p.
3. Аshcheulov А. А. et al. Electricity transformation process. Pat.
134213 UA, 2019. (Ukr)
4. Аshcheulov А. А. et al. Dielectric transformer. Pat. 135554
UA, 2019. (Ukr)
5. Tikhomirov P. M. Raschet transformatorov [Calculation of
transformers]. Moscow, Energoizdat, 1986, 528 p. (Rus)
6. Poplavko Yu. M., Pereverz’yeva L. P., Rayevskiy I. P. Fizika
aktivnykh dielektrikov [Physics of active dielectrics]. Rostov-on-Don,
Publisher SFedU, 2009, 480 p. (Rus)
7. Babin V. P., Gudkin T. S., Dashevskiy 3. M. et al. Arti cially
anisotropic thermoelements and their ultimate capabilities. FTP, 1974,
vol. 8, no. 4, pp. 728–738. (Rus)
8. Gerashchenko O. A., Iordanishvili Ye. K., Gubkin T. S. et al.
Heat ow sensors based on arti cially anisotropic thermoelectric
materials. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 1978,
vol. 35, no. 2, pp. 228–233. (Rus)
Опис статті для цитування:
Ащеулов А. А., Лавренюк Д. А., Деревянчук Н. Я. Эффект
трансформации электрического поля в анизотропных ди-
электрических средах. Техно логия и конструи рование в
электронной аппаратуре, 2020, № 3–4, с. 24–27. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2020.3-4.24
Cite the article as:
Аshcheulov А. А., Lavreniuk D. А., Derevianchuk M. Ya. Electric
eld transformation effect in anisotropic dielectric medium.
Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature, 2020,
no. 3–4, рр. 24–27. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2020.3-4.24
Структурні елементи на основі анізотропних діелектричних трансформаторів зможуть знайти широке застосу-
вання як в джерелах електроживлення різних електронних приладів, так і для узгодження приймально-передавальних
систем радіолокації з антенними решітками сантиметрового, міліметрового і субміліметрового діапазону довжи-
ни хвиль. Можливість одночасної трансформації постійного і змінного електричного полів відкриває перспективу
їхнього використання в пристроях одночасного компарування, що дозволить визначати діючі значення напруги стру-
му, а також потужності електромагнітного випромінювання в широкому діапазоні довжин хвиль. Вихровий харак-
тер електричного поля в об'ємі пластини, обумовлений анізотропією коефіцієнта діелектричної проникності, також
створює передумови для появи нових принципів генерації електромагнітного випромінювання великої потужності в
широкому спектральному діапазоні. Частота генерації таких пристроїв буде визначатися геометричними розмірами
анізотропної пластини.
Використання описаного ефекту трансформації дозволить значно розширити можливості практичного застосу-
вання розглянутих електростатичних явищ, що призведе до появи нового покоління приладів та пристроїв для НВЧ-
техніки, електроніки та електроенергетики.
Ключові слова: анізотропія, діелектрик, тензор, вектор, поляризація, електричне поле, трансформатор, проникність.
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-102 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-29T01:00:29Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/8e/ca8830ecc8719b07297c32f02e9c908e.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-1022026-06-28T12:33:34Z Electric field transformation effect in anisotropic dielectric medium Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах Аshcheulov, Anatoly Lavreniuk, Dmytro Derevianchuk, Mykola anisotropy dielectric tensor vector polarization electric field transformer permeability анізотропія діелектрик тензор вектор поляризація електричне поле трансформатор проникність The authors consider the aspects of the electric field distribution in an anisotropic medium and establish how its longitudinal and transverse components depend on the geometric factors.A rectangular plate of dimensions a×b×c is studied, its selected crystallographic axes located in the plane of the side face (a×b), while one of the axes is oriented at a certain angle α to the edge a. It is shown that applying a certain potential difference to the upper and lower faces electrically polarizes the volume of the plate and causes the appearance of the longitudinal and transverse components of the internal electric field. The authors investigate the possibility of transforming the magnitude of the electric field and methods for its optimization. The transformation coefficient of such a device is determined by the anisotropy of the dielectric permeability of the plate material and its shape coefficient k = a/b. The paper considers one of the design options for an anisotropic dielectric transformer and proposes its equivalent electrical circuit.Structural elements based on anisotropic dielectric transformers may be widely used both in power supplies of various electronic devices and for coordination of radar transceiver systems with antenna arrays of centimeter, millimeter and submillimeter wavelength ranges. The possibility of simultaneous transformation of constant and alternating electric fields allows them to be used in devices of simultaneous comparison, enabling to determine the current values of voltage, as well as the power of electromagnetic radiation in a wide range of wavelengths. The vortex nature of the electric field in the plate’s volume caused by the coefficient anisotropy of the dielectric permeability also creates the preconditions for the emergence of new principles for generating high-power electromagnetic radiation in a wide spectral range. The generation frequency of such devices is determined by the geometric dimensions of the anisotropic plate.The use of the described transformation effect will significantly expand the possibilities of practical application of the considered electrostatic phenomena, which will lead to the emergence of a new generation of devices for microwave technology, electronics and electric power. Розглянуто особливості розподілу електричного поля в анізотропному середовищі і встановлено залежності поздовжньої і поперечної його складових від геометричних факторів.Досліджено пластину прямокутної форми розмірами а×b×с, вибрані кристалографічні вісі якої розміщені в площині бокової грані а×b, а одна з них орієнтована під деяким кутом α до ребра а. Показано, що прикладання до верхньої і нижньої граней деякої різниці потенціалів призводить до електричної поляризації об'єму пластини і появі поздовжньої і поперечної складових внутрішнього електричного поля. Досліджено можливість трансформації величини електричного поля і методи її оптимізації. Коефіцієнт трансформації такого пристрою визначається величиною анізотропії діелектричної проникності матеріалу пластини та її коефіцієнтом форми k = а/b. Запропоновано еквівалентну електричну схему розглянутого варіанту конструкції трансформатора.Структурні елементи на основі анізотропних діелектричних трансформаторів зможуть знайти широке застосування як в джерелах електроживлення різних електронних приладів, так і для узгодження приймально-передавальних систем радіолокації з антенними решітками сантиметрового, міліметрового і субміліметрового діапазону довжини хвиль. Можливість одночасної трансформації постійного і змінного електричного полів відкриває перспективу їхнього використання в пристроях одночасного компарування, що дозволить визначати діючі значення напруги струму, а також потужності електромагнітного випромінювання в широкому діапазоні довжин хвиль. Вихровий характер електричного поля в об'ємі пластини, обумовлений анізотропією коефіцієнта діелектричної проникності, також створює передумови для появи нових принципів генерації електромагнітного випромінювання великої потужності в широкому спектральному діапазоні. Частота генерації таких пристроїв буде визначатися геометричними розмірами анізотропної пластини.Використання описаного ефекту трансформації дозволить значно розширити можливості практичного застосування розглянутих електростатичних явищ, що призведе до появи нового покоління приладів та пристроїв для НВЧ-техніки, електроніки та електроенергетики. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2020-08-27 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.24 10.15222/TKEA2020.3-4.24 Technology and design in electronic equipment; No. 3–4 (2020): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 24-27 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 3–4 (2020): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 24-27 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2020.3-4 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.24/92 Copyright (c) 2020 Аshcheulov А. А., Lavreniuk D. А., Derevianchuk M. Ya. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | анізотропія діелектрик тензор вектор поляризація електричне поле трансформатор проникність Аshcheulov, Anatoly Lavreniuk, Dmytro Derevianchuk, Mykola Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title | Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title_alt | Electric field transformation effect in anisotropic dielectric medium |
| title_full | Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title_fullStr | Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title_full_unstemmed | Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title_short | Ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| title_sort | ефект трансформації електричного поля в анізотропних діелектричних середовищах |
| topic | анізотропія діелектрик тензор вектор поляризація електричне поле трансформатор проникність |
| topic_facet | anisotropy dielectric tensor vector polarization electric field transformer permeability анізотропія діелектрик тензор вектор поляризація електричне поле трансформатор проникність |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2020.3-4.24 |
| work_keys_str_mv | AT ashcheulovanatoly electricfieldtransformationeffectinanisotropicdielectricmedium AT lavreniukdmytro electricfieldtransformationeffectinanisotropicdielectricmedium AT derevianchukmykola electricfieldtransformationeffectinanisotropicdielectricmedium AT ashcheulovanatoly efekttransformacííelektričnogopolâvanízotropnihdíelektričnihseredoviŝah AT lavreniukdmytro efekttransformacííelektričnogopolâvanízotropnihdíelektričnihseredoviŝah AT derevianchukmykola efekttransformacííelektričnogopolâvanízotropnihdíelektričnihseredoviŝah |