RU2716600C1 - Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure - Google Patents
Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716600C1 RU2716600C1 RU2019119672A RU2019119672A RU2716600C1 RU 2716600 C1 RU2716600 C1 RU 2716600C1 RU 2019119672 A RU2019119672 A RU 2019119672A RU 2019119672 A RU2019119672 A RU 2019119672A RU 2716600 C1 RU2716600 C1 RU 2716600C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- photonic crystal
- coaxial
- frequency
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2617—Measuring dielectric properties, e.g. constants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2688—Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
- G01R27/2694—Measuring dielectric loss, e.g. loss angle, loss factor or power factor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, может быть использовано для одновременного определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических структур в сверхвысокочастотном диапазоне, и может найти применение для неразрушающего контроля электрофизических параметров производимых диэлектрических подложек и структур для устройств СВЧ-электроники.The invention relates to the field of measurement technology, can be used to simultaneously determine the relative permittivity and the dielectric loss tangent of the dielectric structures in the microwave range, and can be used for non-destructive testing of the electrophysical parameters of the produced dielectric substrates and structures for microwave electronics devices.
При разработке радиоэлектронных устройств и систем важную роль играет информация о свойствах используемых для их создания материалов именно на тех частотах, на которых функционируют разрабатываемые устройства. Анизотропия свойств материалов приводит также к необходимости выбора электродинамической конфигурации измерительной системы таким образом, чтобы структура электромагнитного поля в проектируемом устройстве и применяемой измерительной системы были идентичны. Одним из наиболее распространенных элементов сверхвысокочастотной электроники является коаксиальная линии передачи, отличающаяся широкополосностью, стабильностью характеристик в широком диапазоне частот, технологичностью производства. Измерение электрофизических параметров диэлектриков, применяемых в коаксиальной линии передачи, представляется достаточно трудоемким процессом в силу особенностей конструкции самой линии передачи и неоднозначностей, возникающих при использовании математических соотношений, описывающих распространение электромагнитной волны в линии.In the development of electronic devices and systems, an important role is played by information about the properties of the materials used to create them at precisely those frequencies at which the devices under development operate. The anisotropy of material properties also leads to the necessity of choosing the electrodynamic configuration of the measuring system in such a way that the structure of the electromagnetic field in the designed device and the applied measuring system are identical. One of the most common elements of microwave electronics is a coaxial transmission line, characterized by broadband, stability characteristics in a wide frequency range, manufacturability. Measurement of the electrophysical parameters of dielectrics used in a coaxial transmission line seems to be a rather laborious process due to the design features of the transmission line itself and the ambiguities that arise when using mathematical relations describing the propagation of an electromagnetic wave in a line.
Известен способ определения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов (A. M. Nicolson, G. F. Ross, Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques, IEEE Trans. on Instrum. Meas., vol. IM-19, Nov 1970, pp. 377-82; W. B. Weir, Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies, Proc. IEEE, vol. 62, no. 1, pp. 33-36, Jan. 1974.), основанный на измерении всех четырех S-параметров заполненного воздухом отрезка линии передачи, содержащего исследуемый образец, а также группового времени задержки сигнала для устранения неоднозначности в определении фазы. В случае коаксиальной линии передачи, исследуемый образец имеет форму шайбы, полностью заполняющей пространство между внутренним и внешним проводниками коаксиальной линии с воздушным заполнением. Отклонения от идеальной цилиндрической формы учитываются посредством введения поправочных коэффициентов в формулы расчета комплексной диэлектрической проницаемости.A known method for determining the complex permittivity of dielectric materials (AM Nicolson, GF Ross, Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques, IEEE Trans. On Instrum. Meas., Vol. IM-19, Nov 1970, pp. 377- 82; WB Weir, Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies, Proc. IEEE, vol. 62, no. 1, pp. 33-36, Jan. 1974.), based on the measurement of all four S-parameters of the filled air of a segment of the transmission line containing the sample under study, as well as the group delay time of the signal to eliminate the ambiguity in determining the phase. In the case of a coaxial transmission line, the test sample has the form of a washer completely filling the space between the inner and outer conductors of the air-filled coaxial line. Deviations from the ideal cylindrical shape are taken into account by introducing correction factors in the formulas for calculating the complex permittivity.
Однако данный способ ограничен в применении для длинных образцов диэлектрических материалов с низкой величиной потерь в сверхвысокочастотном диапазоне. Длины исследуемых образцов должны составлять менее половины длины волны, так как на частотах, при которых длина образца кратна целому числу полуволн на измеряемых диэлектрических спектрах возникают искажения, связанные с неопределенностью в измерении фазы в минимуме коэффициента отражения сверхвысокочастотного сигнала.However, this method is limited in application for long samples of dielectric materials with a low loss in the microwave range. The lengths of the studied samples should be less than half the wavelength, since at frequencies at which the length of the sample is a multiple of an integer half-wave, distortions arise in the measured dielectric spectra due to the uncertainty in the phase measurement at the minimum of the reflection coefficient of the microwave signal.
Известен способ определения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических материалов (P. G. Bartley, and S. B. Begley, “A New Technique for the Determination of the Complex Permittivity and Permeability of Materials Proc. IEEE Instrument Meas. Technol. Conf., pp. 54-57, 2010.), реализующий итерационную процедуру минимизации разницы между экспериментально измеренными S-параметрами содержащей исследуемый образец линии передачи и теоретически рассчитанными в предположении, что зависимость диэлектрической проницаемости исследуемого образца от частоты представляет собой полином n-ой степени от частоты. В ходе процедуры минимизации степень полинома повышается до тех пор, пока не будет обеспечено минимальное отличие между экспериментальными и расчетными характеристиками или для такого обеспечения достигнуто заранее предустановленное максимально возможное значение порядка полинома.A known method for determining the complex permittivity of dielectric materials (PG Bartley, and SB Begley, “A New Technique for the Determination of the Complex Permittivity and Permeability of Materials Proc. IEEE Instrument Meas. Technol. Conf., Pp. 54-57, 2010. ), which implements an iterative procedure to minimize the difference between the experimentally measured S-parameters of the transmission line containing the sample under study and theoretically calculated under the assumption that the frequency dependence of the dielectric constant of the sample under study is an nth degree polynomial on frequency. During the minimization procedure, the degree of the polynomial increases until a minimal difference between the experimental and calculated characteristics is achieved or a predefined maximum possible value of the order of the polynomial is reached for this support.
Однако данный способ требует наличия дополнительной информации о строении и свойствах исследуемых образцов, и он не применим для измерения тех типов материалов, чьи электрофизические параметры не могут быть представлены в виде полиноминальной зависимости от частоты.However, this method requires additional information on the structure and properties of the samples under study, and it is not applicable for measuring those types of materials whose electrophysical parameters cannot be represented as a polynomial frequency dependence.
Известен способ определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь жидких диэлектриков (Коаксиальные брэгговские СВЧ-структуры в сенсорных системах Морозов Г.А., Морозов О.Г., Насыбуллин А.Р., Севастьянов А.А., Фахрутдинов Р.В. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2014. Т. 17. № 3. С. 65-70.) с использованием брэгговской сверхвысокочастотной структуры на коаксиальном кабеле, представляющей собой стандартный сверхвысокочастотный коаксиальный кабель с периодически высверленными во внешнем проводнике вертикальными полостями цилиндрической формы, которые заполняются исследуемыми жидкостями. Теоретическое описание коэффициентов отражения и прохождения сверхвысокочастотного излучения, взаимодействующего с брэгговской структурой, и расчет диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь проводится с привлечением программ трехмерного электродинамического моделирования.A known method for determining the dielectric constant and the tangent of the dielectric loss angle of liquid dielectrics (Coaxial Bragg microwave structures in sensor systems Morozov G.A., Morozov O.G., Nasybullin A.R., Sevastyanov A.A., Fakhrutdinov R.V. Physics of Wave Processes and Radio Engineering Systems. 2014. V. 17. No. 3. P. 65-70.) Using a Bragg microwave structure on a coaxial cable, which is a standard microwave coaxial cable periodically drilled in an external conductor e vertical cylindrical cavities that are filled with test fluids. A theoretical description of the reflection and transmission coefficients of microwave radiation interacting with the Bragg structure and the calculation of the dielectric constant and the dielectric loss tangent are carried out using three-dimensional electrodynamic modeling programs.
Однако данный способ отличается как значительной трудоемкостью при создании бездефектной брэгговской структуры в коаксиальном кабеле, так и повышенными затратами времени и вычислительных ресурсов для определения значений электрофизических параметров при обработке экспериментальных результатов.However, this method differs both in considerable laboriousness in creating a defect-free Bragg structure in a coaxial cable, and in increased time and computational resources for determining the values of electrophysical parameters when processing experimental results.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому является способ, реализованный в устройстве для измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь жидкостей (RU 2419099 от 20.05.2011), содержащем фотонный кристалл в микрополосковом исполнении с периодическим изменением диэлектрической проницаемости подложки, в котором дополнительно создано нарушение периодичности в виде отрезка микрополосковой линии передачи с воздушным заполнением, играющее роль измерительной кюветы для жидких диэлектриков. По спектрам прохождения сверхвысокочастотного излучения, взаимодействующего с микрополосковым фотонным кристаллом, содержащим исследуемый жидкий диэлектрик, на частоте пика пропускания в фотонной запрещенной зоне в ходе решения обратной задачи по методу наименьших квадратов определяются значения искомых параметров.The closest in essence to the proposed one is the method implemented in the device for measuring the relative dielectric constant and the dielectric loss tangent of liquids (RU 2419099 from 05/20/2011), containing a microstrip photonic crystal with a periodic change in the dielectric constant of the substrate, in which a violation is additionally created periodicity in the form of a segment of a microstrip transmission line with air filling, playing the role of a measuring cell for liquid dielectrics. From the transmission spectra of the microwave radiation interacting with the microstrip photonic crystal containing the liquid dielectric under study, at the transmission peak frequency in the photonic band gap, in the course of solving the inverse problem by the least squares method, the values of the sought parameters are determined.
Однако в данном способе используется открытая сверхвысокочастотная линия передачи, что приводит к необходимости учета потерь на излучение и снижения влияния внешних воздействий, таких как, например, температура, на результаты измерений. Конструкция микрополоскового типа фотонного кристалла, в отличие от волноводного и коаксиального, является неразъемной и не позволяет изменять его конфигурацию для смещения частотного положения окна прозрачности в фотонной запрещенной зоне, и, следовательно, реализовать возможность измерения параметров материалов на различных частотах. В микрополосковой линии распространяется квази-ТЕМ волна и силовые линии электрического поля проходят не только в диэлектрике, но и вне его. Поэтому для строгого теоретического описания спектров отражения и прохождения сверхвысокочастотного излучения в случае использования микрополосковой линии в качестве сенсора необходимо или проведение строгого электродинамического моделирования, или введение поправочных коэффициентов в используемые соотношения. However, this method uses an open microwave transmission line, which leads to the need to take into account radiation losses and reduce the influence of external influences, such as, for example, temperature, on the measurement results. The microstrip type design of the photonic crystal, unlike the waveguide and coaxial, is one-piece and does not allow changing its configuration to shift the frequency position of the transparency window in the photonic band gap, and, therefore, realize the possibility of measuring material parameters at different frequencies. A quasi-TEM wave propagates in the microstrip line, and electric field lines pass not only in the dielectric, but also outside it. Therefore, for a rigorous theoretical description of the reflection and transmission spectra of microwave radiation in the case of using a microstrip line as a sensor, it is necessary either to conduct rigorous electrodynamic modeling or introduce correction factors into the relations used.
Техническая проблема состоит в обеспечении возможности одновременного определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических материалов, используемых при проектировании СВЧ-узлов на основе коаксиальной линии передачи.The technical problem consists in providing the possibility of simultaneously determining the relative permittivity and the dielectric loss tangent of the dielectric materials used in the design of microwave nodes based on a coaxial transmission line.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей одновременного определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических структур, применяемых в качестве диэлектрического наполнения сверхвысокочастотных коаксиальных кабелей.The technical result consists in expanding the functionality of the simultaneous determination of the relative permittivity and the dielectric loss tangent of dielectric structures used as the dielectric filling of microwave coaxial cables.
Техническая проблема достигается тем, что в способе определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрических структур, включающий размещение диэлектрической структуры в области нарушения периодичности СВЧ фотонного кристалла, облучение фотонного кристалла, содержащего измеряемую диэлектрическую структуру, электромагнитным излучением сверхвысокочастотного диапазона, измерение частотных зависимостей коэффициентов прохождения и отражения в запрещенной зоне в окрестности дефектной моды, расчет с помощью ЭВМ искомых значений, при которых теоретические частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения электромагнитного излучения наиболее близки к измеренным, из решения системы дифференциальных уравнений, согласно изобретению, в качестве фотонного кристалла используют коаксиальный сверхвысокочастотный фотонный кристалл, представляющий собой последовательно соединенные отрезки коаксиальной линии передачи, пространство между внешним и внутренним проводником каждого отрезка полностью заполнено диэлектриком, при этом относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрического заполнения периодически изменяется вдоль направления распространения электромагнитной волны, подбирают значения длин и относительных диэлектрических проницаемостей диэлектрических заполнений чередующихся отрезков коаксиальной линии передачи таким образом, чтобы обеспечить кратность их электрических длин, приводящую к формированию фотонных запрещенных зон равной глубины на частотных зависимостях коэффициентов прохождения электромагнитного излучения, нарушение периодичности СВЧ фотонного кристалла создают в центральном отрезке коаксиального фотонного кристалла, что приводит к формированию дефектных мод в нескольких фотонных запрещенных зонах, рассчитывают распределение поля электромагнитной волны внутри коаксиального фотонного кристалла вдоль направления распространения электромагнитной волны на частотах, соответствующих дефектным модам в фотонных запрещенных зонах, фиксируют узлы и пучности стоячей электромагнитной волны внутри коаксиального фотонного кристалла, выбирают дефектную моду, на частоте которой в области расположения диэлектрической структуры в центральном отрезке коаксиального фотонного кристалла наблюдается пучность стоячей волны.The technical problem is achieved in that in the method for determining the relative permittivity and the tangent of the dielectric loss angle of dielectric structures, including placing the dielectric structure in the frequency violation region of the microwave photonic crystal, irradiating the photonic crystal containing the measured dielectric structure with electromagnetic radiation of the microwave range, measuring the frequency dependences of the coefficients passage and reflection in the forbidden zone in the vicinity of def of the mode, calculation using the computer of the desired values at which the theoretical frequency dependences of the reflection and transmission coefficients of electromagnetic radiation are closest to the measured ones, from the solution of the system of differential equations according to the invention, a coaxial microwave photonic crystal representing series-connected segments is used as a photonic crystal coaxial transmission line, the space between the outer and inner conductor of each segment is completely filled about the dielectric, while the relative dielectric constant of the dielectric filling periodically varies along the direction of propagation of the electromagnetic wave, the values of the lengths and relative dielectric permittivities of the dielectric fillings of alternating segments of the coaxial transmission line are selected in such a way as to ensure the multiplicity of their electric lengths, leading to the formation of photonic forbidden zones of equal depth on the frequency dependences of the transmission coefficients of the electromagnetic radiation, violation of the periodicity of the microwave photonic crystal is created in the central segment of the coaxial photonic crystal, which leads to the formation of defective modes in several photonic forbidden zones, the field distribution of the electromagnetic wave inside the coaxial photonic crystal is calculated along the direction of electromagnetic wave propagation at frequencies corresponding to the defective modes in photonic forbidden zones, fix the nodes and antinodes of a standing electromagnetic wave inside a coaxial photonic crystal In this case, the defective mode is chosen, at the frequency of which an antinode of the standing wave is observed in the region of the dielectric structure in the central segment of the coaxial photonic crystal.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведено схематическое изображение конструкции одномерного коаксиального фотонного кристалла, содержащего измеряемый диэлектрик в нарушенном центральном отрезке, на фиг. 2 приведены частотные зависимости коэффициентов прохождения сверхвысокочастотного излучения без нарушения периодичности и с нарушением периодичности в виде ряда измеряемых диэлектриков, помещенных в центральный отрезок коаксиального фотонного кристалла, на фиг. 3 приведено распределение напряженности электрического поля электромагнитной волны вдоль структуры коаксиального фотонного кристалла на резонансной частоте 4.113 ГГц дефектной моды, на фиг. 4 приведено распределение напряженности электрического поля электромагнитной волны вдоль структуры коаксиального фотонного кристалла на резонансной частоте 9.382 ГГц дефектной моды, на фиг. 5 приведены исходные тестовые (◊◊◊ и Δ) и рассчитанные (линии) с использованием результатов решения обратной задачи частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения для коаксиального фотонного кристалла с с нарушением периодичности в виде тестового образца на резонансной частоте дефектной моды 8.786 ГГц во второй запрещенной зоне, на фиг. 6 приведен вид функционала S(e, tgδ) в пространстве (e, tgδ, S(e, tgδ)) для образца длиной L=10 мм с относительной диэлектрической проницаемостью e=2 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg=0.005 на резонансной частоте f2=8.786 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне, на фиг. 7 приведены контурные карты в плоскости искомых параметров (e, tgδ) для образца с относительной диэлектрической проницаемостью e=2 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg=0.005 на резонансной частоте f2=8.786 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне, на фиг. 8 представлены экспериментально измеренные частотные зависимости коэффициентов прохождения сверхвысокочастотного коаксиального фотонного кристалла без нарушения периодичности и с нарушением периодичности в виде центрального (6-го слоя) с различными значениями комплексной диэлектрической проницаемости, на фиг. 9 экспериментальные (◊◊◊ и Δ) и рассчитанные (линии) с использованием результатов решения обратной задачи частотные зависимости коэффициентов отражения и прохождения для коаксиального фотонного кристалла с нарушением периодичности в виде образца из текстолита на резонансной частоте f2=8.378 ГГц во второй запрещенной зоне, на фиг. 10 приведен вид функционала S(e, tgδ) в пространстве (e, tgδ, S(e, tgδ)) для образца из текстолита на резонансной частоте f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне, на фиг. 11 приведены контурные карты в плоскости искомых параметров (e, tgδ) для образца из текстолита на резонансной частоте f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зонеThe invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a schematic illustration of the construction of a one-dimensional coaxial photonic crystal containing a measured dielectric in a broken central section; FIG. 2 shows the frequency dependences of the transmission coefficients of microwave radiation without violating the periodicity and violating the periodicity in the form of a series of measured dielectrics placed in the central segment of the coaxial photonic crystal, in FIG. Figure 3 shows the distribution of the electric field strength of an electromagnetic wave along the structure of a coaxial photonic crystal at a resonance frequency of 4.113 GHz of a defective mode, and FIG. 4 shows the distribution of the electric field strength of an electromagnetic wave along the structure of a coaxial photonic crystal at a resonant frequency of 9.382 GHz of a defective mode, FIG. Figure 5 shows the initial test (◊◊◊ and Δ) and calculated (lines) using the results of solving the inverse problem frequency dependences of the reflection and transmission coefficients for a coaxial photonic crystal with a frequency violation in the form of a test sample at the resonance frequency of the defective mode of 8.786 GHz in the second forbidden zone in FIG. Figure 6 shows the form of the functional S (e, tanδ) in the space (e, tanδ, S (e, tanδ)) for a sample of length L = 10 mm with a relative permittivity e = 2 and a dielectric loss tangent tan = 0.005 at a resonant frequency f 2 = 8.786 GHz, corresponding to the defective mode in the second band gap, in FIG. Figure 7 shows contour maps in the plane of the sought parameters (e, tanδ) for a sample with relative permittivity e = 2 and dielectric loss tangent tan = 0.005 at the resonant frequency f 2 = 8.786 GHz, which corresponds to the defect mode in the second forbidden zone, Fig. 8 shows the experimentally measured frequency dependences of the transmission coefficients of a microwave coaxial photonic crystal without violating the periodicity and violating the periodicity in the form of a central (6th layer) with different values of the complex permittivity, FIG. 9 experimental (◊◊◊ and Δ) and calculated (lines) using the results of solving the inverse problem, the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients for a coaxial photonic crystal with a periodicity violation in the form of a PCB sample at a resonant frequency f 2 = 8.378 GHz in the second band gap in FIG. 10 shows the form of the functional S (e, tanδ) in the space (e, tanδ, S (e, tanδ)) for a sample of textolite at a resonant frequency f 2 = 8.378 GHz, which corresponds to the defect mode in the second band gap, in FIG. Figure 11 shows contour maps in the plane of the sought parameters (e, tanδ) for a sample of textolite at a resonant frequency f 2 = 8.378 GHz, corresponding to a defective mode in the second forbidden band
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
а и b – длины отрезков коаксиальной линии передачи с различными значениями диэлектрической проницаемости диэлектрического заполнения;a and b are the lengths of the segments of the coaxial transmission line with different values of the dielectric constant of the dielectric filling;
L – длина нарушенного отрезка;L is the length of the broken segment;
D – коэффициент прохождения сверхвысокочастотного излучения;D is the transmission coefficient of microwave radiation;
R – коэффициент прохождения сверхвысокочастотного излучения;R is the transmission coefficient of microwave radiation;
f – частота;f is the frequency;
A0–амплитуда падающей электромагнитной волны;A 0 is the amplitude of the incident electromagnetic wave;
E – амплитуда стоячей волны в фотонном кристалле;E is the amplitude of a standing wave in a photonic crystal;
z – координата;z is the coordinate;
e – относительная диэлектрическая проницаемость;e is the relative dielectric constant;
tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь;tanδ is the dielectric loss tangent;
S(e, tgδ) – функционал, определяющий различие между рассчитанными и измеренными частотными зависимостями коэффициентов отражения и прохождения;S (e, tanδ) is a functional that determines the difference between the calculated and measured frequency dependences of the reflection and transmission coefficients;
1 и 2 – внешний и внутренний проводники коаксиальной линии;1 and 2 - external and internal conductors of the coaxial line;
3 и 4 – диэлектрические элементы, образующие периодическую структуру;3 and 4 - dielectric elements forming a periodic structure;
5 –нарушение периодичности в виде измеряемого диэлектрика;5 - violation of periodicity in the form of a measured dielectric;
кривая 6 – теоретически рассчитанная амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения для коаксиального фотонного кристалла без нарушений;curve 6 - theoretically calculated amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient for a coaxial photonic crystal without disturbances;
кривые 7–10 – теоретически рассчитанные амплитудно-частотные характеристики коэффициента прохождения для коаксиального фотонного кристалла с нарушением периодичности в виде измеряемого образца длиной L=10 мм со значениями относительной диэлектричесой проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь: 7 – e=1.0, tgδ=0; 8 – e=1.5, tgδ=0.013; 9 – e=2.0, tgδ=0.03; 10 – e=3.0, tgδ=0.057;curves 7–10 show theoretically calculated amplitude-frequency characteristics of the transmission coefficient for a coaxial photonic crystal with a frequency violation in the form of a measured sample of length L = 10 mm with values of relative permittivity and dielectric loss tangent: 7 - e = 1.0, tgδ = 0; 8 - e = 1.5, tanδ = 0.013; 9 - e = 2.0, tanδ = 0.03; 10 - e = 3.0, tanδ = 0.057;
кривая 11– амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения, рассчитанная с использованием результатов решения обратной задачи на резонансной частоте f2=8.786 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне, curve 11 - amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient calculated using the results of solving the inverse problem at the resonant frequency f 2 = 8.786 GHz, corresponding to the defective mode in the second band gap,
кривая, обозначенная символами ◊◊◊ – исходная тестовая амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения;the curve indicated by the symbols ◊◊◊ is the initial test amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient;
кривая 12 – амплитудно-частотная характеристика коэффициента отражения, рассчитанная с использованием результатов решения обратной задачи на резонансной частоте f2=8.786 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне,
кривая, обозначенная символами ΔΔΔ – исходная тестовая амплитудно-частотная характеристика коэффициента отражения;the curve indicated by ΔΔΔ is the initial test amplitude-frequency characteristic of the reflection coefficient;
кривая 13 – экспериментальная амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения для коаксиального фотонного кристалла без нарушений;
кривые 14–17 – экспериментальные амплитудно-частотные характеристики коэффициента прохождения для коаксиального фотонного кристалла с нарушением периодичности в виде центрального (6-го слоя) с различными значениями комплексной диэлектрической проницаемости: 14 – фторопласт; 15 – капролон; 16 – эбонит; 17 – текстолит;curves 14–17 — experimental amplitude-frequency characteristics of the transmission coefficient for a coaxial photonic crystal with a violation of periodicity in the form of a central (6th layer) with different values of complex dielectric constant: 14 - fluoroplastic; 15 - caprolon; 16 - ebonite; 17 - textolite;
кривая 18 – амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения, рассчитанная с использованием результатов решения обратной задачи на резонансной частоте f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне;
кривая, обозначенная символами ◊◊◊ – экспериментальная амплитудно-частотная характеристика коэффициента прохождения вблизи резонансной частоты f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне;the curve indicated by ◊◊◊ is the experimental amplitude-frequency characteristic of the transmission coefficient near the resonant frequency f 2 = 8.378 GHz, corresponding to the defective mode in the second band gap;
кривая 19 – амплитудно-частотная характеристика коэффициента отражения, рассчитанная с использованием результатов решения обратной задачи на резонансной частоте f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне;
кривая, обозначенная символами ΔΔΔ – экспериментальная амплитудно-частотная характеристика коэффициента отражения вблизи резонансной частоты f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй запрещенной зоне.the curve indicated by the symbols ΔΔΔ is the experimental amplitude-frequency characteristic of the reflection coefficient near the resonant frequency f 2 = 8.378 GHz, corresponding to the defective mode in the second band gap.
Для расчета коэффициента прохождения и отражения электромагнитной волны в коаксиальном фотонном кристалле использовалась матрица передачи 
где T'i и T"i,j — матрицы передачи четырехполюсников, описывающих соответственно i-ый отрезок и прямое соединение i-го и (i+1)-го отрезков коаксиальной линии передачи.where T ' i and T " i, j are the transfer matrices of the four-terminal circuits, which describe the ith segment and the direct connection of the ith and (i + 1) -th segments of the coaxial transmission line, respectively.
Выражения для матриц передачи T'i и T"i,j соответствующих элементарных четырехполюсников имеют вид:The expressions for the transfer matrices T ' i and T " i, j of the corresponding elementary four-terminal devices have the form:
Здесь li — длина i-го отрезка, γi — постоянная распространения электромагнитной волны в i-ом отрезке, 
Постоянная распространения gi имеет вид:The propagation constant g i has the form:
где ai=ami+adi — постоянная затухания i-го отрезка коаксиальной линии, равная сумме постоянных затухания в металлических проводниках ami и в диэлектрическом наполнении adi; bi=2p/li – фазовая постоянная, где li – длина электромагнитной волны в i-ом отрезке коаксиальной линии.where a i = a mi + a di is the attenuation constant of the ith segment of the coaxial line, equal to the sum of the attenuation constants in the metal conductors a mi and in the dielectric filling a di ; b i = 2p / l i is the phase constant, where l i is the length of the electromagnetic wave in the i-th segment of the coaxial line.
Постоянные затухания ami, adi имеют вид:The constant attenuation a mi , a di have the form:
где μ – магнитная проницаемость диэлектрического наполнения, RS– удельное поверхностное сопротивление проводника, tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.where μ is the permittivity of the dielectric filling, R S is the specific surface resistance of the conductor, and tanδ is the dielectric loss tangent.
Коэффициенты прохождения и отражения СВЧ мощности определяются через элементы матрицы передачи T по известным соотношениям:The transmission and reflection coefficients of microwave power are determined through the elements of the transmission matrix T by the known relations:
Сопротивление нагрузки на входе и выходе фотонной структуры составляло 50 Ω.The load resistance at the input and output of the photon structure was 50 Ω.
Расчет распределения поля электромагнитной волны вдоль коаксиального фотонного кристалла проводится с помощью трехмерного электродинамического моделирования по методу конечных элементов.The calculation of the electromagnetic wave field distribution along the coaxial photonic crystal is carried out using three-dimensional electrodynamic modeling by the finite element method.
Решение обратной задачи по определению относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектриков по частотным зависимостям коэффициентов прохождения и отражении основано на использование метода наименьших квадратов, при реализации которого находится такое значение параметров e'иск и⋅eʺиск, при котором сумма квадратов разностей S(e, tgδ) расчетных |D(e, tgδ, f)|2, |R(e, tgδ, f)|2 и экспериментальных (исходных) |Dэксп|2 и |Rэксп|2 значений квадратов модулей коэффициентов прохождения и отраженияThe solution of the inverse problem of determining the relative permittivity and the dielectric loss tangent of the dielectrics from the frequency dependences of the transmission and reflection coefficients is based on the use of the least squares method, which realizes such a value of the parameters e ' lawsuit and ⋅eʺ lawsuit for which the sum of the squares of the differences S ( e, tanδ) calculated | D (e, tanδ, f) | 2 , | R (e, tanδ, f) | 2 and experimental (initial) | D exp | 2 and | R exp | 2 values of the squared moduli of transmission and reflection coefficients
становится минимальной. Здесь K – число измеренных значений коэффициентов прохождения и отражения.becomes minimal. Here K is the number of measured transmission and reflection coefficients.
Искомые значения параметров исследуемого образца определяются численным методом в результате решения системы дифференциальных уравнений:The required values of the parameters of the test sample are determined numerically as a result of solving a system of differential equations:
Пример реализации способа определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрической структуры.An example implementation of the method for determining the relative permittivity and the tangent of the dielectric loss angle of the dielectric structure.
Вначале проводился расчет частотных зависимостей коэффициентов отражения и прохождения 11-ти слойного сверхвысокочастотного коаксиального фотонного кристалла без нарушения периодичности и с нарушением периодичности в виде центрального (6-го слоя) (фиг. 1) с различными значениями комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне 0...12 ГГц приведены на фиг. 2.First, we calculated the frequency dependences of the reflection and transmission coefficients of an 11-layer superhigh-frequency coaxial photonic crystal without violating the periodicity and violating the periodicity in the form of a central (6th layer) (Fig. 1) with different values of the complex permittivity in the
Параметры структуры фотонного кристалла были выбраны таким образом, что электрические длины четных элементов, составляющих фотонный кристалл, оказываются кратными длинам нечетных элементов (кратность равна 2).The parameters of the structure of the photonic crystal were chosen so that the electric lengths of the even elements making up the photonic crystal turn out to be multiples of the lengths of the odd elements (the multiplicity is 2).
Как следует из результатов расчета при выбранных параметрах структуры фотонного кристалла в диапазоне частот 0...12 ГГц на АЧХ наблюдаются две запрещенные зоны равной глубины, разделенные разрешенной зоной (кривая 6 на фиг. 2).As follows from the calculation results, for the selected parameters of the photonic crystal structure in the
При создании нарушения периодичности в виде измененной длины и диэлектрической проницаемости центрального (6-го слоя) (фиг. 1) в первой и второй запрещенных зонах возникают дефектные моды, частотное положение f1 и f2 и форма которых зависят от значения диэлектрической проницаемости вносимого нарушения. При этом оказывается, что изменения резонансной частоты Df1 и Df2 дефектных мод при изменении диэлектрической проницаемости образца, выполняющего роль нарушения в центральном слое, различны. Для выяснения причин различной чувствительности дефектных мод к изменению диэлектрической проницаемости были выполнены расчеты распределения напряженности электрического поля E(z) электромагнитной волны вдоль структуры фотонного кристалла на резонансных частотах f1 и f2 дефектных мод с использованием программы трехмерного электродинамического моделирования HFSS. Результаты расчета распределения напряженности электрического поля E(z) электромагнитной волны вдоль структуры одномерного сверхвысокочастотного коаксиального фотонного кристалла представлены на фиг. 3 и 4. Как следует из результатов расчета на частоте дефектной моды f1=4.113 ГГц в области расположения дефекта наблюдается узел стоячей волны, а на частоте дефектной моды f2=9.382 ГГц в области расположения дефекта наблюдается пучность стоячей волны. When creating a periodicity violation in the form of a changed length and dielectric constant of the central (6th layer) (Fig. 1), defect modes arise in the first and second forbidden zones, the frequency position f 1 and f 2 and the shape of which depend on the dielectric constant of the introduced violation . It turns out that the changes in the resonant frequency Df 1 and Df 2 of the defect modes with a change in the dielectric constant of the sample, which plays the role of a violation in the central layer, are different. To find out the reasons for the different sensitivity of the defect modes to changes in the dielectric constant, we calculated the distribution of the electric field strength E (z) of the electromagnetic wave along the structure of the photonic crystal at the resonant frequencies f 1 and f 2 of the defect modes using the HFSS three-dimensional electrodynamic simulation program. The results of calculating the distribution of the electric field strength E (z) of the electromagnetic wave along the structure of a one-dimensional microwave coaxial photonic crystal are presented in FIG. 3 and 4. As follows from the calculation results, a standing wave node is observed at the frequency of the defective mode f 1 = 4.113 GHz, and a standing wave antinode is observed at the frequency of the defective mode f 2 = 9.382 GHz.
Анализируя распределение электрического поля на частотах дефектных мод f1 и f2 внутри фотонного кристалла, можно сделать вывод, что причиной слабой чувствительности дефектной моды в первой запрещенной зоне на частоте f1 и высокой чувствительности дефектной моды во второй запрещенной зоне на частоте f2 к изменению диэлектрической проницаемости вносимого нарушения является возникновение в области расположения дефекта на частоте f1 узла стоячей волны и на частоте f2 пучности стоячей волны.Analyzing the distribution of the electric field at the frequencies of the defective modes f 1 and f 2 inside the photonic crystal, we can conclude that the reason for the weak sensitivity of the defective mode in the first band gap at the frequency f 1 and the high sensitivity of the defective mode in the second forbidden zone at the frequency f 1 permittivity of the introduced violation is the occurrence in the region of the defect at a frequency f 1 node of a standing wave and at a frequency f 2 antinodes of a standing wave.
Для отработки метода измерений решалась тестовая задача, которая заключалась в следующем: задавались относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь исследуемого диэлектрика и рассчитывались частотные зависимости коэффициентов пропускания и отражения исследуемой структуры, то есть решалась прямая задача. Эти частотные зависимости с погрешностью ± 5% выбирались в качестве исходных при решении обратной задачи по нахождению комплексной диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика, считающейся в этом случае неизвестной величиной и подлежащей определению. Сравнение результатов решения обратной задачи с исходными значениями комплексной диэлектрической проницаемости исследуемого диэлектрика позволяет оценить погрешность предложенного метода измерений.To refine the measurement method, the test problem was solved, which was as follows: the relative permittivity and the dielectric loss tangent of the investigated dielectric were set and the frequency dependences of the transmittance and reflection coefficients of the studied structure were calculated, i.e., the direct problem was solved. These frequency dependences with an error of ± 5% were chosen as the initial ones when solving the inverse problem of finding the complex permittivity of the investigated dielectric, which is considered in this case to be an unknown quantity and must be determined. Comparison of the results of solving the inverse problem with the initial values of the complex permittivity of the investigated dielectric allows us to estimate the error of the proposed measurement method.
Функционал S(e, tgδ) (фиг. 4) на резонансных частотах f1=4.094 ГГц и f2=8.786 ГГц, соответствующих дефектным модам в первой и второй запрещенных зонах, для образца длиной L=10 мм с относительной диэлектрической проницаемостью e=2 и тангенсом угла диэлектрических потерь tg=0.005, как следует из результатов расчета, обладают глобальным минимумом в пространстве координат (e, tgδ, S(e, tgδ)), а контурные карты (фиг. 5) характеризуются наличием замкнутых траекторий вблизи минимума, что подтверждает возможность однозначно определять относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь из решения системы дифференциальных уравнений. The functional S (e, tanδ) (Fig. 4) at the resonant frequencies f 1 = 4.094 GHz and f 2 = 8.786 GHz, corresponding to defect modes in the first and second forbidden zones, for a sample with a length L = 10 mm with a relative dielectric constant e = 2 and the dielectric loss tangent tg = 0.005, as follows from the calculation results, have a global minimum in the coordinate space (e, tgδ, S (e, tgδ)), and contour maps (Fig. 5) are characterized by the presence of closed paths near the minimum, which confirms the ability to uniquely determine the relative dielectric itsaemost and the dielectric loss tangent of the solutions of the system of differential equations.
Значения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, определенные из решения обратной задачи с использованием системы дифференциальных уравнений, составили e=1.896, tg=0.0074 на резонансной частоте дефектной моды в первой разрешенной зоне и e=1.994, tg=0.006 на резонансной частоте дефектной моды во второй разрешенной зоне.The values of the relative permittivity and dielectric loss tangent, determined from solving the inverse problem using a system of differential equations, were e = 1.896, tg = 0.0074 at the resonant frequency of the defective mode in the first allowed zone and e = 1.994, tg = 0.006 at the resonant frequency of the defective fashion in the second allowed zone.
Относительная погрешность определения относительной диэлектрической проницаемости на резонансной частоте дефектной моды в первой разрешенной зоне составила 5.2% и 0.3% на резонансной частоте дефектной моды во второй разрешенной зоне. При этом относительные погрешности определения тангенса угла диэлектрических потерь на резонансных частотах дефектной моды в первой и второй разрешенных зонах составляют 48% и 20%, соответственно.The relative error in determining the relative permittivity at the resonant frequency of the defective mode in the first allowed zone was 5.2% and 0.3% at the resonant frequency of the defective mode in the second allowed zone. Moreover, the relative errors in determining the dielectric loss tangent at the resonant frequencies of the defective mode in the first and second allowed zones are 48% and 20%, respectively.
Экспериментально в диапазоне частот 0–12 ГГц измерялись амплитудно-частотные характеристики коэффициентов отражения и прохождения сверхвысокочастотного излучения, взаимодействующего с 11-слойным коаксиальным фотонным кристаллом, нечетные слои которого были выполнены из коаксиальных отрезков с диэлектрическим заполнением (фторопласт, длина 8 мм), а четные – коаксиальных отрезков с воздушным заполнением (длина 22.56 мм). Результаты измерений демонстрируют наличие на амплитудно-частотной характеристике в диапазоне частот 0–12 ГГц двух запрещенных зон равной глубины, разделенных разрешенной зоной (кривая 13 на фиг. 8).Experimentally, in the
Исследуемые диэлектрические образцы, выполненные в виде цилиндрических втулок (внешний диаметр 7 мм, внутренний диаметр 3 мм), помещались в коаксиальный фотонный кристалл в качестве центрального (шестого) отрезка. Исследуемые образцы были выполнены из фторопласта (длина 10.47 мм), капролона (длина 10.65 мм), эбонита (длина 10.16 мм) и текстолита (длина 10.25 мм).The studied dielectric samples made in the form of cylindrical bushings (outer diameter 7 mm,
Как следует из результатов эксперимента (фиг. 8) при измерении образцов, выполненных из фторопласта, капролона, эбонита и текстолита, в первой и второй запрещенных зонах коаксиального фотонного кристалла появляются дефектные моды на частотах 4.066 ГГц и 8.716 ГГц (фторопласт), 4.049 ГГц и 8.677 ГГц (капролон), 4.074 ГГц и 8.651 ГГц (эбонит), 4.016 ГГц 8.378 ГГц (текстолит), соответственно.As follows from the experimental results (Fig. 8), when measuring samples made of fluoroplastic, caprolon, ebonite, and textolite, defect modes appear at the frequencies of 4.066 GHz and 8.716 GHz (fluoroplastic), 4.049 GHz, and 4.049 GHz in the first and second forbidden zones of the coaxial photonic crystal 8.677 GHz (caprolon), 4.074 GHz and 8.651 GHz (ebonite), 4.016 GHz 8.378 GHz (textolite), respectively.
Из результатов компьютерного моделирования, изменение резонансной частоты f1 дефектной моды в первой запрещенной зоне при изменении относительной диэлектрической проницаемости нарушенного слоя является незначительным по сравнению с изменением дефектной моды во второй запрещенной зоне. В связи с этим для реализации способа измерения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь исследуемых в эксперименте диэлектриков была выбрана дефектная мода во второй запрещенной зоне.From the results of computer simulation, a change in the resonant frequency f 1 of the defective mode in the first forbidden zone with a change in the relative dielectric constant of the damaged layer is insignificant compared to a change in the defective mode in the second forbidden zone. In this regard, to implement the method of measuring the relative permittivity and the tangent of the dielectric loss angle of the dielectrics studied in the experiment, the defective mode was chosen in the second forbidden zone.
Результаты измерений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь выбранных диэлектриков приведены в таблице 1.The results of measurements of the relative permittivity and the tangent of the dielectric loss angle of the selected dielectrics are shown in table 1.
На фиг. 9 представлены амплитудно-частотные характеристики коэффициентов прохождения и отражения, экспериментальные (◊◊◊ и Δ) и рассчитанные (линии) при значениях e и tgδ, приведенных в таблице 1 для образца из текстолита, которые были определены при решении обратной задачи) на резонансной частоте f2=8.378 ГГц, соответствующей дефектной моде во второй фотонной запрещенной зоне.In FIG. Figure 9 shows the amplitude-frequency characteristics of the transmission and reflection coefficients, experimental (◊◊◊ and Δ) and calculated (lines) for the values of e and tanδ given in Table 1 for a sample from PCB, which were determined when solving the inverse problem) at the resonant frequency f 2 = 8.378 GHz, corresponding to the defective mode in the second photonic band gap.
Сравнение результатов теоретического расчета и эксперимента демонстрирует их качественное и количественное совпадение. Функционал S(e, tgδ) (фиг. 10) и его контурная карта для случая измерения образца, выполненного из текстолита, со значениями относительной диэлектрической проницаемости e=3.682 и тангенса угла диэлектрических потерь tg=0.022, обладает ярко выраженным глобальным минимумом в пространстве координат (e, tgδ, S(e, tgδ)), а контурная карта характеризуется наличием замкнутых траекторий вблизи минимума, что подтверждает возможность однозначно определять относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Comparison of the results of theoretical calculation and experiment demonstrates their qualitative and quantitative coincidence. The functional S (e, tanδ) (Fig. 10) and its contour map for the case of measuring a sample made of PCB with values of relative dielectric constant e = 3.682 and the dielectric loss tangent tg = 0.022, has a pronounced global minimum in the coordinate space (e, tanδ, S (e, tanδ)), and the contour map is characterized by the presence of closed trajectories near the minimum, which confirms the ability to uniquely determine the relative permittivity and dielectric loss tangent.
Таблица 1 Результаты измеренийTable 1 Measurement Results
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119672A RU2716600C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119672A RU2716600C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2716600C1 true RU2716600C1 (en) | 2020-03-13 |
Family
ID=69898843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119672A RU2716600C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2716600C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113075460A (en) * | 2021-03-30 | 2021-07-06 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | Method for testing equivalent dielectric constant and equivalent dielectric loss tangent value of communication cable |
| RU2787642C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие" Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for determining the tangent of the dielectric loss angle of a material |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1539681A1 (en) * | 1988-02-01 | 1990-01-30 | Институт прикладной физики АН СССР | Method of determining dielectric permeability and tangent of angle of looses of dielectric |
| SU1597777A1 (en) * | 1987-06-29 | 1990-10-07 | Э.В.Кузьмин | Apparatus for measuring tangent of angle of dielectric losses and determining relative dielectric permittivity |
| RU2517200C2 (en) * | 2012-09-03 | 2014-05-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Method to determine electroconductivity and thickness of semiconductor plates or nanometer semiconductor layers in structures "semiconductor layer - semiconductor substrate" |
| RU2548064C1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method to measure dielectric permeability of materials and device for its realisation |
| US9335273B2 (en) * | 2013-03-08 | 2016-05-10 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus and methods for the characterization of the dielectric response of borehole fluids using a photonic bandgap microwave resonant cavity |
-
2019
- 2019-06-25 RU RU2019119672A patent/RU2716600C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1597777A1 (en) * | 1987-06-29 | 1990-10-07 | Э.В.Кузьмин | Apparatus for measuring tangent of angle of dielectric losses and determining relative dielectric permittivity |
| SU1539681A1 (en) * | 1988-02-01 | 1990-01-30 | Институт прикладной физики АН СССР | Method of determining dielectric permeability and tangent of angle of looses of dielectric |
| RU2517200C2 (en) * | 2012-09-03 | 2014-05-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" | Method to determine electroconductivity and thickness of semiconductor plates or nanometer semiconductor layers in structures "semiconductor layer - semiconductor substrate" |
| US9335273B2 (en) * | 2013-03-08 | 2016-05-10 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus and methods for the characterization of the dielectric response of borehole fluids using a photonic bandgap microwave resonant cavity |
| RU2548064C1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ | Method to measure dielectric permeability of materials and device for its realisation |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113075460A (en) * | 2021-03-30 | 2021-07-06 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | Method for testing equivalent dielectric constant and equivalent dielectric loss tangent value of communication cable |
| CN113075460B (en) * | 2021-03-30 | 2023-06-30 | 上海传输线研究所（中国电子科技集团公司第二十三研究所） | Method for testing equivalent dielectric constant and equivalent dielectric loss tangent of communication cable |
| RU2787642C1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-01-11 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие" Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for determining the tangent of the dielectric loss angle of a material |
| RU2822306C1 (en) * | 2023-12-09 | 2024-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Device for non-destructive microwave measurement of complex dielectric permeability of material of dielectric plates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10309909B2 (en) | Dielectric constant detection method and device using anomalous phase dispersion | |
| Micheli et al. | Electromagnetic characterization of materials by vector network analyzer experimental setup | |
| Huynen et al. | A wideband line-line dielectrometric method for liquids, soils, and planar substrates | |
| Ramzan et al. | A complex permittivity extraction method based on anomalous dispersion | |
| Guoxin | Calibration-independent measurement of complex permittivity of liquids using a coaxial transmission line | |
| RU2716600C1 (en) | Method of determining relative dielectric permeability and angle tangent of dielectric loss of dielectric structure | |
| Tantot et al. | Measurement of complex permittivity and permeability and thickness of multilayered medium by an open-ended waveguide method | |
| Deutsch et al. | Measurement of dielectric anisotropy of BPDA-PDA polyimide in multilayer thin-film packages | |
| Havrilla et al. | Electromagnetic characterization of layered materials via direct and de-embed methods | |
| JP2005300215A (en) | Dielectric property measurement evaluation method and dielectric property measurement evaluation system | |
| Ge et al. | Design and optimization methodology of coplanar waveguide test structures for dielectric characterization of thin films | |
| M'Pemba et al. | Probes in transmission with material variable thicknesses to extract the material complex relative permittivity in 1.7–3 GHz | |
| Akhtar et al. | A closed-form solution for reconstruction of permittivity of dielectric slabs placed at the center of a rectangular waveguide | |
| Elhawil et al. | Reliable method for material characterisation using quasi-optical free-space measurement in W-band | |
| Parkhomenko et al. | Usage and experimental tests of the modified waveguide method for measurement of the complex permittivity and permeability of materials | |
| Yu et al. | A novel parallel-plate dielectric resonator method for broadband complex permittivity measurement in the millimeter-wave bands | |
| Mbango et al. | Material relative permittivity determination from the inhomogeneous transmission-line secondary parameters | |
| RU2622600C2 (en) | Method of measuring parameters of semiconductor structures | |
| Tong et al. | Determining the complex permittivity of powder materials from l-40GHz using transmission-line technique | |
| Phung et al. | Impact of chuck boundary conditions on wideband on-wafer measurements | |
| RU2744158C1 (en) | Method of measuring complex dielectric and magnetic permeabilities of absorbing materials | |
| Low et al. | Estimation of dielectric constant for various standard materials using microstrip ring resonator | |
| Hasar | Microwave method for thickness-independent permittivity extraction of low-loss dielectric materials from transmission measurements | |
| Chan et al. | Complex permittivity of materials at broadband frequency using transmission phase shift method | |
| Hyde IV et al. | Broadband, non‐destructive characterisation of PEC‐backed materials using a dual‐ridged‐waveguide probe |