[en] A STUDY ON THE ELECTROMAGNETIC CHARACTERIZATION OF ANISOTROPIC MATERIALS IN CYLINDRICAL MEASUREMENT CELLS USING THE MODE-MATCHING METHOD

[pt] UM ESTUDO SOBRE A CARACTERIZAÇÃO ELETROMAGNÉTICA DE MATERIAIS ANISOTRÓPICOS EM CÉLULAS DE MEDIÇÃO CILÍNDRICAS USANDO O MÉTODO DE CASAMENTO DE MODO

[pt] RICARDO RIBEIRO RODRIGUES

[pt] MEIOS ANISOTROPICOS

[pt] TECNICA DE CASAMENTO DE MODOS

[pt] CELULA DE MEDICAO

[en] ANISOTROPIC MEDIA

[en] MODE-MATCHING TECHNIQUE

[en] MEASUREMENT CELL

[pt] Células de medição (MCs) são amplamente utilizadas na engenharia de micro-ondas para a caracterização eletromagnética dos materiais. Neste trabalho, apresentamos uma formulação baseada na técnica de casamento de modos (MMT) para a caracterização eletromagnética de MCs para materiais anisotrópicos uniaxiais. Apresentamos e validamos uma técnica para modelagem de MCs com uma e duas portas por meio da de matrizes de espalhamento generalizadas (GSMs) extraídas do MMT. Uma vez que as soluções fechadas (isto é, não numéricas) são usadas para calcular as integrais de acoplamento das GSMs, a presente abordagem é uma alternativa computacionalmente eficiente para modelar MCs quando comparada às técnicas usuais de força bruta numérica (tais como soluções baseadas em elementos, volumes, ou diferenças finitas). Um algoritmo de inversão também é apresentado para recuperar os parâmetros constitutivos de meios complexos (materiais com perdas e anisotrópicos). Diferentemente da maioria dos trabalhos que utilizam métodos semi-analíticos, a novidade do presente método consiste em considerar MCs com seção transversal grande frente ao comprimento de onda, em vários modos podem ser progagantes. Apresentamos uma série de resultados numéricos que mostram que a técnica de inversão apresentada neste estudo pode recuperar adequadamente os parâmetros constitutivos de um material de amostra, uma vez que os parâmetros de espalhamento da MC são conhecidos.

[en] Measurement cells (MCs) are widely used in microwave engineering for the electromagnetic characterization of materials. In this work, we present a mode-matching technique (MMT) formulation for the electromagnetic characterization of MCs for uniaxial anisotropic materials. We present and validate a technique for modeling MCs with one- and two-ports via generalized scattering matrices (GSMs) extracted from the MMT. Since closed-form solutions are used for computing the coupling integrals of the GSMs, the present approach is a computationally-efficient alternative to modeling MCs when compared to usual brutal-force techniques (such as finite-elements, finitevolumes, and finite-difference solutions). An inverse algorithm is also presented to retrieve the constitutive parameters of complex media (lossy and anisotropic materials). Differently from the majority of the works using semi-analytical methods, the novelty of the present method rely on considering overmoded MCs. We present a series of numerical results that show that the inversion technique presented herein can properly retrieve the constitutive parameters of a sample material once the MC scattering parameters are known.

GUILHERME SIMON DA ROSA

RAFAEL ABRANTES PENCHEL

LUIZ ALENCAR REIS DA SILVA MELLO

JOSE RICARDO BERGMANN

FERNANDO JOSE DA SILVA MOREIRA

GUILHERME SIMON DA ROSA

RAFAEL ABRANTES PENCHEL

2022-06-07

2022-04-08

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https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=59414@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.59414