This paper investigates the complex permittivity of foam materials using the rectangular waveguide. The transmission coefficients of materials inserted in the waveguide are measured with a network analyzer and calculated from the equivalent transmission line model. We use the trial and error method in the acquisition of the complex permittivity.
Materials used at microwave are usually used as a dielectric with a manufacturing purpose of printed circuit boards, etc. Complex permittivity of them can be measured from attenuation constant or propagation constant of a transmission line using a microstrip line with bulk type. But as the technique recently which can manufacture to have complex permittivity and permeability demanded using nonferrous metals for powder-type grows up, we need sensors and methods which can measure characteristics of powder-type materials. So far measuring methods of permittivity and permeability with waveguide or coaxial cable are used but they have faults which have a complex measurement method and are difficult to simultaneously measure permittivity and permeability. In this paper, a simultaneous measuring method of permittivity and permeability with 2-port coaxial cable and a new proposed calculation. The proposed 2-port coaxial cable is designed to be easy to insert materials and to have a wideband. We measure permittivity and permeability of magnetic powder(Ni-Fe-Mo, Ni-Fe) which reveal its characteristic at $0.3{\sim}1.3GHz$ to identify the proposed sensor.
This paper presents a study on the permittivities of the E-glass fabric/epoxy composite laminates containing carbon black dispersions at microwave frequency. Measurement showed that the complex permittivities of the composites depend strongly on the natures and concentrations of the carbon black dispersion. A new scheme to obtain a mixing law for the estimation of complex permittivity is proposed. The experimental values of the complex permittivities were compared to those calculated. Simultaneously, the complex permittivity of carbon black itself was also calculated by the scheme.
본 연구에서는 MWNT(Multi-walled carbon nanotube)의 응집크기와 복소유전율의 관계를 수치해석적인 방법을 통하여 접근하였다. 이를 위하여 3-roll-mill 장비를 사용하여 1 wt% MWNT가 첨가된 에폭시 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 X-band(8.2~12.4 GHz)에서 네트워크 분석기와 자유공간 측정 장비를 이용하여 복소유전율을 측정하였다. 측정된 복소유전율과 복소유전율 혼합 모델을 이용하여 에폭시와 MWNT 응집으로 이루어진 해석모델의 유전율을 결정하였다. 해석 모델은 앞서 말한 것과 같이 에폭시와 MWNT의 응집으로 이루어져 있으며, 정육면체 에폭시 내에 구 형태의 MWNT 응집을 가정하였다. 이에 따라 에폭시와 MWNT의 부피비율은 고정되며, 변수는 응집의 크기로 한정하였다. 수치해석은 상용 전자기 해석프로그램인 CST를 사용하였다. CST로부터 모델의 S-parameter를 얻었고, 복소유전율은 Nicolson 방법을 사용하여 얻었다. MATLAB으로 코드를 만들어 S-parameter 로부터 복소유전율을 얻었다. 수치해석 결과 응집의 크기가 작아질수록 복소유전율 값이 높아지는 모습을 살펴볼 수 있었으며, 이는 나노 입자의 이용에 있어서 분산도는 기계적인 특성뿐 아니라 전자기적 특성인 복소유전율에도 영향을 미친다고 볼 수 있으며, 같은 나노 입자 함량에서 분산도가 좋을수록 높은 복소유전율을 기대할 수 있다.
Various types of equation for mixing rule on permittivity of mixture have been proposed, but none of these is not perfect because of the inconsistency between the actual geometrical configuration and the basic model for calculation. Serial model and parallel model are lower and upper extremes of mixing manner, the apparent permittivity of any other type of mixture stay between these two extreme states. For the random mixture of the stumpy fine particles, customarily the logarithmic mixing rule has been applied. But, the logarithmic mixing rule does not give the proper value of permittivity in low or high mixing rate of constituent. The author proposed the new mixing rule that gives better consistency with measured value in whole mixing range compared to the logarithmic rule. In this paper, a desirable refinement on the equation proposed in the previous paper is made to adapt to thr configuration image of actual compound and then the equation has been expanded to the complex permittivity to apply the mixing rule on the dissipative materials cases.
This letter presents a measurement methodology of the complex permittivity of liquid using a partially open cavity in narrow band. The partially open cavity (POC) can measure dielectric small changes caused by the temperature variation of the liquid inside the cavity as well. Using the resonance frequency and unloaded quality factor of the proposed POC, the complex permittivity is evaluated. The apertures on the walls of the cavity are designed to circulate the liquid inside to outside of the POC and located at the corner area of the cavity to minimize the disturbance of field distribution at the dominant mode. The results measured by the proposed POC were compared with those by the conventional open-ended probe and Cole-Cole equation. The POC showed better performance in measuring small dielectric constant changes than the open-ended probe.
JUNG HYO PARK;JAEHO CHOI;KISU LEE;JINWOO PARK;JUNG KUN SONG;EUNKYUNG JEON
Archives of Metallurgy and Materials
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제63권3호
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pp.1513-1516
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2018
We fabricated two different kinds of composite materials for absorbing microwave in a frequency range of 2 to 18 GHz using coaxial airline and thru-reflect-line (TRL) method. The composite materials having carbon nanotube (CNT) with carbonyl iron (CI) or iron oxide (Fe3O4) were fabricated by mixing each components. Magnetic properties were measured by SQUID equipment. Complex permittivity and complex permeability were also obtained by measuring S-parameters of the toroidal specimen dispersing CI/CNT and Fe3O4/CNT into the 50 weight percent (wt%) epoxy resin. The real permittivity was improved by mixing the CNT however, the real permeability was same as pure magnetic powders. The CI/CNT had a maximum value of real permittivity and real permeability, 11 and 1.4 at 10 GHz, respectively. The CNT composites can be adapted to the radar absorbing materials, band width 8-12 GHz.
The frequenc dependence of magnetic permeability($\mu$r) and dielectric constant($\varepsilon$r) in MHz-GHz frequency range and their relationships with microwave absorbing properties were investigated in sintered and composite Ni-Zn ferrites, respectively. It was confirmed that zero reflection condition was required the real parts of permeability and permittivity in sintered specimen, and the complex permeability, permittivity and dielectric loss tangent in composite specimen. The real part of permittivity varied with the replacement of nickel by manganese in sintered Ni-Zn ferrite. Therefore, we could control the matching frequency and matching thickness.
The rectangular waveguide technique can be used to measure the complex permittivity of dielectric material of various thickness and cross section. This paper presents the analysis system of engine oil permittivity at which deterioration of engine oil is measured at the X-band(8-12.5 GHz). The middle of the rectangular waveguide has engine oil case and is connected with VNA(Vector Network Analyzer) for the measurement of the transmission$(S_{21})$ and reflection$(S_11)$ and then the permittivity is extracted. The deterioration of engine oil is proved by the comparison with both the extracted data and reference data. As the additional research, This paper suggest that an accurate permittivity is considered by not only the wave guide length but the air gap between oil case and the waveguide.
The capacitive application(prove) can be used to measure the complex permittivity of dielectric material of various thickness and cross section. This paper presents that we designed the analysis system of engine oil permittivity to know the relation between the engine oil deterioration and the prove dimension. Each of the dimension of capacitive prove is changed and then electric capacity is measured by LCR {Inductance(L), Capacitance (C), and Resistance (R)} meter. The engine oil permittivity has extracted in the prove measurement. As the additional research, this paper suggest the best of the prove dimension for the permittivity measurement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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