Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2026, № 3 · ELECTRODYNAMICS

Determination of frozen biological tissues dielectric characteristics under phase transitions

A.V. Konnov1, G.A. Belozerov1, V.A. Sotskov1

1 All-Russian Scientific Research Institute of Refrigeration Industry, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.3.12 UDC 621.317.335.3 EDN LHZLMT

Abstract

The paper discusses a new resonant method of frozen biological tissues dielectric properties determination at temperatures ranging from -20 to -1°C in the frequency band of 100-200 MHz under phase transition of the frozen water containing in tissue. For carrying out resonant measurements, a special measuring cavity cell has been developed. This method has been tested using water ice, which is prepared from distilled water and has a well-known dielectric constant. The dielectric parameters of the frozen sea trout back were also measured in the 100-200 MHz frequency band and compared with previously published data.

  • imperfect dielectric
  • frozen biological tissue
  • dielectric constant
  • dielectric losses
  • dielectric losses tangent angle
  • phase transitions
  • electromagnetic waves
  • very high frequencies
  • resonator measuring cell
Аннотация (на русском)

Определение диэлектрических характеристик замороженных биологических тканей в условиях протекающих в них фазовых переходов

Рассмотрен новый резонансный метод определения диэлектрических свойств замороженных биологических тканей при температурах от -20 до -1°С в диапазоне частот 100-200 МГц в условиях фазовых переходов входящей в их состав вымороженной воды. Для проведения резонансных измерений разработана специальная резонаторная измерительная ячейка. Данный метод апробирован на примере водного льда, приготовленного из дистиллированной воды, диэлектрическая проницаемость которого хорошо известна. Проведены также измерения в диапазоне частот 100-200 МГц диэлектрических параметров спинки замороженной морской форели и проведено сравнение полученных данных с ранее опубликованными.

For citation

Konnov A.V., Belozerov G.A., Sotskov V.A. Determination of frozen biological tissues dielectric characteristics under phase transitions // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.3.12

References

  1. Chaofan Guo, Arun S. Mujumdar, Min Zhang. New Development in Radio Frequency Heating for Fresh Food Processing: a Review // Food Engineering Reviews. - 2019. - 07 January. https://doi.org/10.1007/s12393-018-9184-z
  2. Коннов А.В., Белозеров Г.А., Дибирасулаев М.А., Киреев Л.Б. Ультракоротковолновое отепление замороженных рыбных и мясных продуктов // Все о мясе. - 2022. - №5. - С. 21-25. https://doi.org/10.21323/2071-2499-2022-5-27-31
  3. Ohlsson T., Htnriques M., Bengtsson N.E. Dielectric properties of model meat emulsions on frequencies 900 and 2800 MHz in relation to their composition // Journal of Food Science - 1974. - V.39. - P. 1153-1156. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1974.tb07341.x
  4. Bengtsson N.E., Melin J., Remi K. and Derlind S.Sc. Measurements of the dielectric properties of frozen and defrosted meat and fish in the frequency range 10-200 MHz // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 1963. - № 14. - P. 592-604. https://doi.org/10.1002/jsfa.2740140812
  5. Wang S., Tang J., Rasco B., Kong F., Wang S. Dielectric properties of salmon llets as a function of temperature and composition // Journal of Food Engineering. - 2008. - V. 87. - Р. 236-246.
  6. Tran V.N. and Stuchly S.S. Dielectric Properties of Beef, Beef Liver, Chicken and Salmon at Frequencies from 100 to 2500 MHz // Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. - 1987. - V. 22:1. - P. 29-33. https://doi.org/10.1080/08327823.1987.11688003
  7. Venkatesh M.S. and Raghavan G.S.V. An overview of dielectric properties measuring techniques // Canadian Biosystems Engineering. - 2005. - V. 47. - P. 7.15-7.30.
  8. Robinson D.A., Jones S.B., Wraith J.M., Or D. & Friedman S.P. A review of advances in dielectric and electrical conductivity measurement in soils using time domain reflectometry // Vadose Zone Journal. - 2003. - V. 2. - Р. 444-475.
  9. Chen L.F., Ong C.K., Neo C.P., Varadan V.V., Varadan Vijay K. Microwave Electronics: Measurement and Materials Characterization. - New York: Wile, 2004. P. 549.
  10. Basics of Measuring the Dielectric Properties of Materials // [Электронный ресурс]. https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-01284/application-notes/5989-2589.pdf
  11. Малышкина И.А. Основы метода диэлектрической спектроскопии. - М.: Физический факультет МГУ, 2012, C. 80.
  12. Risman P.O. and Bengtsson N.E. Dielectric properties of food at 3 GHz as determined by a cavity perturbation technique. 1. Measuring technique // J. Microwave Power. - 1971. - V. 6(2). - P. 103. https://doi.org/10.1080/00222739.1971.11688788
  13. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля. - М.: УРСС, 2020, C. 400.
  14. Grigoriev A.D., Salimov R.V., Tikhonov R.I. Modeling of Complicated Microwave Devices by RFS Code // Int. Сonf. APEDE 2012, Sept.19-20, Saratov, 2012. - P. 175-182.
  15. ГОСТ 10007-80. Фторопласт-4. Технические условия. - Введ. 1981-07-01. - М.: Стандартинформ, 2008.
  16. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. - М.: Издательство Московского университета, 1974, С. 168.