Диэлькометрия: прошлое и настоящее

КАБЕЛЬ−news / № 6-7 / июнь-июль  2009

92

Производство

В  кабельных  изделиях,  как  известно,  имеется  два 

основных  компонента  —  это  токопроводящие  метал-
лические  элементы  (жила  и  экран)  и  диэлектрическая 
изоляция.  Среди  множества  видов  изоляционных  ма-
териалов во второй половине 20 века преобладающую 
роль заняли полимерные материалы. Они почти полно-
стью  вытеснили  многие  традиционные  изоляционные 
материалы — бумагу, различные нити и резину. Преи-
мущество полимерных материалов — в их технологич-
ности и в превосходных механических и электрических 
свойствах. К числу последних свойств следует отнести 
удельное  объемное  электрическое  сопротивление, 
электрическую прочность, диэлектрическую проницае-
мость и диэлектрические потери.

Напомним,  что  диэлектрическая  проницаемость  ве-

щества  ε  характеризует  его  поляризуемость  во  внеш-
нем  электрическом  поле.  При  этом  если  вещество  не 
содержит постоянных дипольных моментов (полярных 
молекул),  то  во  внешнем  поле  возникает  деформаци-
онный  дипольный  момент,  связанный  со  смещением 
положительных  и  отрицательных  зарядов.  По  этому 
признаку диэлектрики делятся на полярные и неполяр-
ные. Из распространенных полимерных изоляционных 
материалов к первым относятся ПВХ пластикаты, к не-
полярным — полиэтилен, политетрафторэтилен.

Диэлектрические  потери  связаны  с  рассеиванием 

энергии электромагнитного поля в диэлектрике. В идеа-
ле  при  подаче  переменного  напряжения  на  конденса-
тор вектор тока опережает вектор напряжения на 90°, 
но из-за потерь энергии в диэлектрике угол между ними 
будет  на  величину  δ  меньше.  Угол  δ  называется  углом 
диэлектрических  потерь.  На  практике  пользуются  не 
величиной угла, а тангенсом этого угла, который назы-
вается тангенсом угла диэлектрических потерь (tg δ).

Характеристики  ε  и  tg  δ  играют  решающую  роль  в 

электрических свойствах радиочастотных кабелей. Для 
них  главными  характеристиками  являются  волновое 
сопротивление 

Z

 и коэффициент затухания 

α

. Волновое 

сопротивление  связано  с  диэлектрической  проницае-
мостью известной зависимостью

Z 

= 60 

ln

(

D/d

)/√ε,

где 

D

  —  внутренний  диаметр  внешнего  проводника;  

d

 — внешний диаметр внутреннего проводника.

Коэффициент затухания кабеля обусловлен потерями 

в металле и потерями в изоляции. Последние на высо-
ких частотах определяются формулой

α

d

=29π

f∙ 

tg δ∙10

-9

 √ε, дБ/м,

где 

f

 — частота, Гц.

Диэлектрическая проницаемость входит и в ряд дру-

гих характеристик радиочастотных кабелей:

 • коэффициент фазы β

= 2π

f с

-1

 √ε, рад/км;

 • скорость распространения поля в кабеле 

V = c

/√ε, м/с;

 • коэффициент укорочения длины волны в кабеле ξ = √ε.

Таким образом, знание величин ε и tg δ для изоляци-

онных  материалов  является  необходимым  условием 
при  конструировании  радиочастотных  кабелей.  Эти 
величины являются предметом входного контроля ма-
териалов  при  производстве  радиочастотных  кабелей. 
Поэтому измерению ε и tg δ в кабельной технике всегда 
уделялось большое внимание.

Методы измерения ε и tg δ развивались и совершен-

ствовались на протяжении более века.

Известно,  что  впервые  этими  измерениями  занялся 

российский ученый П.Н. Лебедев. В 1895 г. он измерил 
диэлектрическую  проницаемость  эбонита  и  серы  на  
частоте  50  ГГц  путем  измерения  показателя  прелом-
ления. В начале 20 века И.М. Косоногов изучал зависи-
мость  ε  жидких  диэлектриков  от  частоты  в  диапазоне 
СВЧ. Г.И. Сканави обобщил сведения по физике диэлек-
триков в слабых полях, накопленные к 1949 году [1]. 

В ОКБ КП измерениями ε и tg δ на СВЧ начал занимать-

ся И.И. Уваров в 1959 году. Затем эту работу продолжили 
А.М. Кокшаров, М.Ф. Попов, А.И. Бейкин, Д.Я. Гальперо-
вич, Н.Н. Хренков, В.В. Костромин, Б.С. Романов, А.В. Бы-
ков, А.Б. Трушля.

Мы не будем касаться вопросов природы диэлектри-

ческих  потерь  в  полимерных  материалах  различного 
строения и их зависимости от частоты и температуры. 
На  эту  тему  есть  большое  количество  литературы,  на-
пример  [2–4].  Наша  задача  —  осветить  историю  и  се-
годняшнее состояние 

диэлькометрии

, то есть методов 

измерения ε и tg δ и их аппаратурного воплощения. Это 
будет сделано в нескольких последующих статьях.

В.В. Костромин, к. т. н.,  

Б.С. Романов, к. ф-м. н., 

ФГУП «ОКБ КП»

Литература

1.  Сканави Г.И. Физика диэлектриков. М. Л.: Гостехиздат, 

1949.

2.  Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. 

240 с.

3.  Сажин Б.И и др. Электрические свойства полимеров. 

Л.: Химия, 1986. 80 с.

4.  Гальперович Д.Я., Павлов А.А., Хренков Н.Н. Радиоча-

стотные кабели. М.: Энергоатомиздат, 1990.

Диэлькометрия: прошлое и настоящее