Метод расчета эффективной диэлектрической проницаемости материала с периодически распределенными неоднородностями

В статье предложен метод расчёта эффективной диэлектрической проницаемости материала с периодически распределёнными неоднородностями. Метод основан на расчете эквивалентной электрической цепи элементарной ячейки материала. Для проведения экспериментальных исследований методом трехмерной DLP печати были изготовлены образцы материала с цилиндрическими воздушными полостями различного диаметра. Сравнение результатов расчета и измерения эффективной диэлектрической проницаемости показало малую расходимость (не более 5%).

1. Wang Y. et al. Microwave-frequency experiment validation of a novel magneto-photonic crystals circulator // IEEE Photonics Journal. 2017. V. 10(3). P. 1–6. DOI:10.1109/JPHOT.2017.2783341.

2. Khatami S.A. et al. Photonic crystal 180 ring-shaped hybrid: From microwave to optics // IEEE Photonics Technology Letters. 2021. V. 33(21). P. 1165–1168. DOI:10.1109/LPT.2021.3109633.

3. Li Q.L. et al. Microwave lens using periodic dielectric sheets for antenna-gain enhancement // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65(4). P. 2068–2073. DOI:10.1109/TAP.2017.2670441.

4. Paul S., Akhtar M. J. Novel metasurface lens-based RF sensor structure for SAR microwave imaging of layered media // IEEE Sensors Journal. 2021. 21(16). Р. 17827–17837. DOI 10.1109/JSEN.2021.3084614.

5. Gaufillet F., Akmansoy E. Graded photonic crystals for Luneburg lens // IEEE Photonics Journal. 2016. V. 8 (1). P. 1–11. DOI: 10.1109/JPHOT.2016.2521261.

6. Colella R. et al. Customizing 3D-printing for electromagnetics to design enhanced RFID antennas // IEEE Journal of Radio Frequency Identification. 2020. V. 4(4). P. 452–460. DOI:10.1109/JRFID.2020.3001043.

7. Rogers Corporation [Electronic resource]: Radix 2.8Dk Printable Dielectric Data Sheet / Rogers Corporation, 2024. URL: https://www.rogerscorp.com/-/media/project/rogerscorp/documents/advancedelectronics-solutions/english/data-sheets/radix-printable-dielectricdata-sheet.pdf (circulation date: 30.05.2024).

8. Paolella A.C. et al. Broadband millimeter wave characterization of 3-D printed materials // 2018. IEEE/MTT-S International Microwave Symposium-IMS. – IEEE. 2018. P. 1565–1568. DOI:10.1109/MWSYM.2018.8439634.

9. Rosker E.S. et al. Printable materials for the realization of high performance RF components: Challenges and opportunities // International Journal of Antennas and Propagation. 2018(3):1-19. DOI:10.1155/2018/9359528.

10. Muldavin J. B., Rebeiz G. M. Millimeter-wave tapered-slot antennas on synthesized low permittivity substrates // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1999. V. 47. P. 1276–1280. DOI:10.1109/8.791943.

11. Koledintseva M.Y. et al. Representation of permittivity for multiphase dielectric mixtures in FDTD modeling // 2004 International Symposium on Electromagnetic Compatibility (IEEE Cat. N 04CH37559). IEEE/ 2004. V. 1. P. 309–314. DOI:10.1109/ISEMC.2004.1350047.

12. K. Lichtenecker. Dielectric constant of natural and synthetic mixtures. Zeitschrift fur Physik. 1926. P. 115–158.

13. Jayasundere N., Smith B. V. Dielectric constant for binary piezoelectric 0–3 composites // Journal of applied physics. 1993. V. 73(5). P. 2462–2466. DOI:10.1063/1.354057.

14. Prasad A., Prasad K. Effective permittivity of random composite media: a comparative study // Physica B: Condensed Matter. 2007. V. 396(1–2). P. 132–137. DOI: 10.1016/j.physb.2007.03.025.

15. Sareni B. et al. Complex effective permittivity of a lossy composite material // Journal of Applied Physics. 1996. V. 80(8). P. 4560–4565. DOI:10.1109/CEIDP.1996.564661.

16. Sareni B. et al. Effective dielectric constant of periodic composite materials // Journal of Applied Physics. 1996. V. 80(3). P. 1688–1696. https://doi.org/10.1063/1.362969.

17. Koledintseva M.Y. et al. Prediction of effective permittivity of diphasic dielectrics as a function of frequency // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2009. V. 16(3). P. 793–808. DOI:10.1109/TDEI.2009.5128520.

18. Cheng Y. et al. Study on the dielectric property of composite materials based on electric network // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2010. V. 33(1–2). P. 439–445. DOI:10.3233/JAE-2010-1143.

19. Gagarin A. et al. An Adaptation of the Split-Cylinder Resonator Method for Measuring the Microwave Properties of Thin Ferroelectric Films in a «Thin Film-Substrate» Structure // Sensors. 2024. V. 24(3). P. 755. DOI:10.3390/s24030755.