Устройство для измерения диэлектрических свойств порошковых материалов на базе полосковой линии передачи
Автор: Клыгач Денис Сергеевич, Вахитов Максим Григорьевич, Фомин Дмитрий Геннадьевич, Королев Александр Сергеевич
Рубрика: Краткие сообщения
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Измерение электродинамических параметров, таких как диэлектрическая и магнитная проницаемости в широком диапазоне частот для сложных композитных материалов, остаётся актуальной задачей на сегодняшний день. Несмотря на то, что известны способы измерения в виде пластин, параллелепипедов или цилиндров, измерение свойств в широком диапазоне частот композитных материалов остаётся слабо исследованной темой. Цель исследования: обоснование возможностей использования полосково-щелевого перехода для измерения электродинамических параметров сложных композитных материалов. Материалы и методы. В статье представлены результаты исследований электродинамических параметров композитных материалов на основе измерителя в виде объёмного полосково-щелевого перехода. Данный переход позволяет выполнить измерение электродинамических параметров в диапазоне частот от 10 до 1400 МГц. Преимущество применения полосково-щелевого перехода в том, что при измерении электродинамических параметров нет необходимости придавать специальную форму (параллелепипед, цилиндр) исследуемым образцам. Это приводит к дополнительным технологическим трудностям и затратам времени на подготовку исследуемых образцов композитного материала. Исследуемые образцы композитного материала могут быть в виде сыпучей смеси. За счет этого сыпучий материал полностью займет внутреннее пространство полосково-щелевого перехода. Исследуемый композитный материал применяется при проектировании строительных материалов для обеспечения электромагнитной совместимости и представляет собой сыпучую смесь. Результаты. В статье приведены частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения в диапазоне частот при различных концентрациях материалов в итоговой смеси. Заключение. Описана технология получения композитных материалов с учетом концентрации компонентов в смеси. Композитные материалы представляют собой гибридный материал - сухую смесь электромагнитных (графитных) и диэлектрических частиц (перлита), а также цементно-полимерного вяжущего, предназначенную для нанесения радиопоглощающего покрытия на ограждающие конструкции. Дисперсные составы частиц перлита и графита близки и находятся в диапазоне 0,1…1 мм. Образцы смеси отличаются по составу объемным соотношением SiO2/C.
Свч-измерения, метод николсона - росса - вейера, s-параметры, порошковые
Короткий адрес: https://sciup.org/147239445
IDR: 147239445 | УДК: 621.317 | DOI: 10.14529/ctcr220416
A device for measuring the dielectric properties of powder materials based on a stripline transmission
Measurement of electrodynamic parameters, such as dielectric and magnetic permeability in a wide frequency range for complex composite materials, remains an urgent task today. Despite the fact that measurement methods are known in the form of plates, parallelepipeds or cylinders, the measurement of properties in a wide range of frequencies of composite materials remains a poorly studied topic. Purpose of the study: substantiation of the possibilities of using a strip-slot transition for measuring the electrodynamic parameters of complex composite materials. Materials and methods. The article presents the results of studies of the electrodynamic parameters of composite materials based on a meter in the form of a volume strip-slot transition. This transition allows you to measure electrodynamic parameters in the frequency range from 10 MHz to 1400 MHz. The advantage of using a strip-slot transition is that when measuring electrodynamic parameters, there is no need to give a special shape (parallelepiped, cylinder) to the samples under study. This leads to additional technological difficulties and time-consuming preparation of the studied samples of the composite material. The investigated samples of the composite material can be in the form of a loose mixture. Due to this, bulk material completely occupies the internal space of the strip-slot transition. The investigated composite material is used in the design of building materials to ensure electromagnetic compatibility and is a loose mixture. Results. The article presents the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients in the frequency range at different concentrations of materials in the final mixture. Conclusion. The technology for obtaining composite materials is described, taking into account the concentration of components in the mixture. Composite materials are a hybrid material - a dry mixture of electromagnetic (graphite) and dielectric particles (perlite), as well as a cement-polymer binder, intended for applying a radio-absorbing coating on building envelopes. The disperse compositions of perlite and graphite particles are close and are in the range of 0.1…1 mm. Samples of the mixture differ in composition by the SiO2/C volume ratio.
Список литературы Устройство для измерения диэлектрических свойств порошковых материалов на базе полосковой линии передачи
- Zhang W., Peng B., Zhang W., Zhou S., Schmidt H. Ultra large coercivity in barium ferrite thin films prepared by magnetron sputtering. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010;322:1859-1862.
- Xu H., Zhang W., Peng B., Zhang W. Properties of barium hexa-ferrite thin films dependent on sputtering pressure. Applied Surface Science. 2011;257:2689-2693.
- Song Y.-Y., Ordonez-Romero C.L., Wu M. Millimeter wave notch filters based on ferromagnetic resonance in hexagonal barium ferrites. Appl. Phys. Lett. 2009;95:142506.
- Harris V.G. Modern microwave ferrites. IEEE Trans. Mag. 2012;48:1075-1104.
- Cho H.S., Kim S.S. M-Hexaferrites with planar magnetic anisotropy and their application to high-frequency microwave absorbers. IEEE Transact. Magn. 1999;35:3151-3153. DOI: 10.1109/20.801111
- Matsumoto M., Miyata Y.A. Gigahertz-range electromagnetic wave absorber with wide bandwidth of hexagonal ferrite. J. Appl. Phys. 1996;79:5486-5488.
- Ghasemi A., Hossienpour A., Morisako A., Liu X., Ashrafizadeh A. Investigation of the microwave absorptive behavior of doped barium ferrites. Mater. Design. 2008;29:112-117.
- Nicolson A.M., Ross G.F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time domain techniques. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1970;19(4):377-382. DOI: 10.1109/TIM.1970.4313932
- Sahin S., Nahar N.K., Sertel K. Simplified Nicolson-Ross-Weir Method for Material Characterization Using Single-Port Measurements. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2020;10(4):404-410. DOI: 10.1109/TTHZ.2020.2980442
- Luukkonen O., Maslovski S.I., Tretyakov S.A. Stepwise Nicolson-Ross-Weir-Based Material Parameter Extraction Method. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2011;10:1295-1298. DOI: 10.1109/LAWP.2011.2175897
- Rothwell E.J., Frasch J.L., Ellison S.M., Chahal P., Ouedraogo R.O. Analysis of the Nicolson-Ross-Weir Method for Characterizing the Electromagnetic Properties of Engineered Materials. Progress in Electromagnetics Research. 2016;157:31-47. DOI: 10.2528/PIER16071706
- Severe S.L.S., de Salles A.A.A., Nervis B., Zanini B.K. Non-resonant Permittivity Measurement Methods. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. 2017;16(1):297-311. DOI: 10.1590/2179-10742017v16i1890
- Weir W.B. Automatic Measurement of Complex Dielectric Constant and Permeability at Microwave Frequencies. Proceedings of the IEEE. 1974;62(1):33-36. DOI: 10.1109/PR0C.1974.9382
- Dudarev N.V., Fomin D.G., Darovskikh S.N. Scattering matrix simulation of broadband bandpass filter based on a multilayer technology. In: 2021 International Conference Engineering and Telecommunication (En&T). Dolgoprudny, Russia; 2021. DOI: 10.1109/EnT50460.2021.9681721
- Dudarev N.V., Fomin D.G., Darovskikh S.N., Klygach D.S., Vakhitov M.G. The Volume-Modular Technology in the Design of Passive Microwave Devices. In: Proceedings - 2021 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology, USBEREIT 2021; 2021. P. 225-227. DOI: 10.1109/USBEREIT51232.2021.9455051
- Klygach D., Vakhitov M., Khashimov A., Zhivulin V., Vinnik D., Sherstyuk D. Determination of the Optimal Sample Size for Measurement in a Coaxial Transmission Line. In: Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT); 2020. P. 322-325. DOI: 10.1109/USBEREIT48449.2020.9117619
