¿Cómo calcular la permitividad para frecuencias más altas?

En muchos libros, la permitividad de un material solo aparece como constante dieléctrica para una o un par de frecuencias. A menudo se usa 1 kHz (por ejemplo, en el Manual de Tecnología de Plásticos, 4a edición, ISBN-13: 978-0-8493-7039-7), pero estoy buscando la permitividad para una frecuencia al menos 2000 veces mayor (2 -4 GHz).

¿Cómo se calcula la permitividad de un material para una frecuencia más alta? ¿La constante dieléctrica sigue siendo útil aquí?

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— Mástil
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Recomiendo encarecidamente no intentar un cálculo. los materiales se comportan de manera divertida a frecuencias relativamente altas. Buscaría en tantos libros de referencia (CRC, etc.) como en las hojas de datos del fabricante para encontrar algunos valores medidos para la permitividad o, para el caso, la transmisividad.

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft Mucho por encontrar, pero nada para el rango de frecuencia que tengo en mente.

— Mástil

¿Cuál es el trasfondo de la pregunta, si necesita realizar un experimento con materiales o si necesita las figuras para alimentar un diseño?

— Brethlosze

@hypfco Para mejorar un diseño existente. El material actual es subóptimo.

— Mástil

¿Puede compartir más detalles sobre el diseño que necesita lograr si es posible? ¿Lo necesita para alimentar una simulación 2D / 3D o para otro tipo de cálculo?

— Brethlosze

Respuestas:

Existen muchos métodos para determinar las permitividades a alta frecuencia, pero se basan de manera experimental de manera uniforme. Uno de los métodos fáciles es una cavidad resonante. Crea una cavidad resonante que tiene una frecuencia resonante conocida. Luego inserte el material dentro de la cavidad por algún soporte y vea cuánto se perturba la frecuencia de resonancia (usando un analizador de red vectorial o un equipo similar). De esto puedes deducir la permitividad. Este es un método bastante preciso, pero una prueba de sonda abierta puede hacer un trabajo razonable con mucha menos fabricación.

Por experiencia, generalmente hay buenos datos sobre materiales dieléctricos comunes alrededor de la frecuencia de calentamiento (2,45 GHz). Probablemente no diferirá significativamente para 1-4 GHz.

He probado cavidades de microondas con materiales dieléctricos en el rango de 18-20 GHz y, por lo general, los valores publicados son bastante precisos para 10 GHz incluso aplicados a 20 GHz. ¡Ciertamente sigue siendo algo significativo tener!

Si está buscando datos específicos, buscaría hojas de datos de los fabricantes de un material determinado. Matweb también es un buen recurso: creo que puede registrarse para obtener una cuenta gratuita para obtener resultados completos: http://www.matweb.com/

Además, como un aparte, hacer simulaciones de antena + dieléctrico puede ser bastante fácil de probar la viabilidad de los materiales dieléctricos, dependiendo de la complejidad de la geometría de su antena. He usado COMSOL y un montón de otros paquetes para determinar los rangos de tangencia de permitividad / pérdida relativa aplicables para antenas de microondas / lanzamientos finales. Es mejor que comprar materiales caros y fabricación solo para descubrir que su respuesta de frecuencia es pobre.

— phyllis diller
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Todavía no he encontrado las estadísticas correctas en Matweb, pero seguiré cavando. Había considerado COMSOL, tengo poca experiencia con la suite, pero no estaba segura de si podría usarse para algo especializado como esto. Que yo sepa, debe establecer la permitividad usted mismo en simulaciones.

— Mástil

@Más que lo haces, pero puedes establecer un rango para simular. No va a cambiar en un orden de magnitud, por lo que si barre (por ejemplo, para plásticos y cerámicas comunes) un rango de 2 a 10 Er, tangente de pérdida de 0.0001 a 0.001, habrá cubierto sus bases.

— Phyllis diller

Definitivamente no es tan bueno como esperaba, pero también definitivamente mejor que nada.

— Mástil

Calcular la permitividad en función de la frecuencia es extremadamente difícil en el mejor de los casos, hasta el punto de ser considerado tan poco práctico como imposible. La permisividad en función de la frecuencia se comporta en respuesta a muchas propiedades del dielectricum, y no sigue una curva predecible. A medida que recorre el espectro de frecuencia, la permitividad de un dielectricum dado puede subir y bajar a intervalos aparentemente aleatorios.

Si necesita datos precisos de la permitividad de un dielectricum dado en determinadas circunstancias (temperatura, voltaje, propiedades mecánicas, etc.), la única opción recomendada es la medición.

— Frank van Wensveen
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