Methods and means for measuring complex permittivity and permeability of materials in the microwave range
Abstract
This paper describes methods and tools for measuring the complex permittivity and permeability of various materials in the range of 0.9 - 40 GHz. A list of equipment necessary for the practical implementation of methods for experimental evaluation of the complex permittivity and permeability ( ε , μ ) of various materials, as well as the coefficients R of reflection and T of the transmission of electromagnetic radiation through samples of materials, is proposed. In the measuring circuits, the vector network analyzer PNA-X N5244 is used. Six schemes are given for connecting standard horn antennas to a network analyzer. Three methods for measuring the complex permittivity and permeability by the values of the reflection coefficient and one method for the values of the reflection coefficient and the transmission coefficient are considered: waveguide method for measuring ε and μ by the values of the reflection coefficient; methodology for measuring ε and μ by the values of the reflection coefficient in free space; resonator technique for measuring ε and μ ; a technique for measuring ε and μ by the values of the reflection and transmission coefficient in free space. A comparative analysis of the measurement results of images obtained at the installation equipped with a vector analyzer of circuits of Agilent PNA-X N5244A and a complex based on panoramic VSWR meters in the range of 8 - 38 GHz is carried out. The measurements carried out made it possible to test the proposed methods.
- complex permittivity
- complex permeability
- reflection coefficient
- transmission coefficient
- vector network analyzer
- horn antenna
- quasi-optical reflectometer
- resonator
Аннотация (на русском)
Методы и средства для измерения комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей материалов на СВЧ
В данной работе описаны методы и средства для измерения комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей различных материалов в диапазоне 0,9 - 40 ГГц. Дан перечень оборудования для экспериментальных установок. В измерительных схемах использован векторный анализатор цепей компании Agilent PNA-X N5244A. Приведены шесть схем подключения стандартных рупорных антенн к анализатору цепей. Рассмотрены три методики измерения диэлектрической и магнитной проницаемостей по величинам коэффициента отражения и одна методика по величинам коэффициента отражения и коэффициента прохождения. Представлены сравнительные результаты измерения коэффициентов отражения электромагнитного излучения через образцы парафина и опилок в диапазоне 8 - 38 ГГц двумя способами. Проведенные измерения позволили провести апробацию одной из предложенных схем. Ключевые слова: комплексная диэлектрическая проницаемость, комплексная магнитная проницаемость, коэффициент отражения, коэффициент прохождения, векторный анализатор цепей, рупорная антенна, квазиоптический рефлектометр, резонатор.
For citation
D'yakonova O.A., Solosin V.S. Methods and means for measuring complex permittivity and permeability of materials in the microwave range // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.9.8
References
- Аплеталин В.Н., Казанцев Ю.Н., Козырьков А.Н., Солосин В.С. Измерение электромагнитных характеристик материалов резонаторным методом с помощью векторного анализатора цепей. Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. Т.14. №11. С.39-43.
- Дьяконова О.А., Казанцев Ю.Н., Маречек С.В., Воронин И.В., Горбатов С.А. Методы и средства для измерения коэффициентов отражения от плоских образцов на миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волнах. Приборы и техника эксперимента. 2011. №2. С.51-57.
- Дьяконова О.А., Каленов Д.С., Казанцев Ю.Н. Автоматизированный измерительный комплекс на основе комплекта скалярных анализаторов цепей. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2016. №10. http://jre.cplire.ru/jre/oct16/10/text.pdf
- Дьяконова О.А., Казанцев Ю.Н., Каленов Д.С. Измерительный комплекс для определения электромагнитных характеристик материалов резонаторным методом с помощью скалярных анализаторов цепей. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №7. http://jre.cplire.ru/jre/jul17/7/text.pdf
- Дьяконова О.А., Казанцев Ю.Н. Резонатор для измерения диэлектрической проницаемости тонких плёнок. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №7. http://jre.cplire.ru/jre/jul19/13/text.pdf