Wie berechnet man die Permittivität für höhere Frequenzen?

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In vielen Büchern wird die Permittivität eines Materials nur als Dielektrizitätskonstante für eine oder mehrere Frequenzen aufgeführt. 1 kHz wird häufig verwendet (zum Beispiel im Plastics Technology Handbook, 4. Ausgabe, ISBN-13: 978-0-8493-7039-7), aber ich suche nach der Permittivität für eine Frequenz, die mindestens 2000-mal höher ist (2) -4 GHz).

Wie berechnet man die Permittivität eines Materials für eine höhere Frequenz? Ist die Dielektrizitätskonstante hier noch nützlich?

electrical-engineering materials rf-electronics Mast
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Ich würde dringend empfehlen, keine Berechnung zu versuchen. Materialien verhalten sich bei relativ hohen Frequenzen auf witzige Weise. Ich würde so viele Nachschlagewerke (CRC usw.) sowie Herstellerdatenblätter durchsehen, um einige Messwerte für die Permittivität oder für die Durchlässigkeit zu finden.
Carl Witthoft
@CarlWitthoft Viel zu finden, aber nichts für den Frequenzbereich, den ich im Sinn habe.
Mast
Welches ist der Hintergrund der Frage, Sie müssen tatsächlich ein Materialexperiment durchführen, oder Sie benötigen die Zahlen, um ein Design zu füttern?
Brethlosze
@hypfco Zum Verbessern eines vorhandenen Designs. Das aktuelle Material ist nicht optimal.
Mast
Können Sie weitere Details zu dem Design mitteilen, das Sie nach Möglichkeit erreichen möchten? Benötigen Sie es für die Eingabe einer 2D / 3D-Simulation oder für eine andere Art der Berechnung?
Brethlosze

Antworten:

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Es gibt viele Methoden zur Bestimmung der Permittivitäten bei hohen Frequenzen, die jedoch einheitlich experimentell basieren. Eine der einfachen Methoden ist ein Resonanzhohlraum. Sie erstellen einen Resonanzhohlraum mit einer bekannten Resonanzfrequenz. Führen Sie dann das Material mit einem Halter in den Hohlraum ein und sehen Sie, wie stark die Resonanzfrequenz gestört ist (mit einem Vektornetzwerkanalysator oder einem ähnlichen Gerät). Daraus können Sie die Permittivität herausfinden. Dies ist eine ziemlich genaue Methode, aber ein Test mit offener Sonde kann mit viel weniger Fertigung einen vernünftigen Job machen.

Erfahrungsgemäß gibt es typischerweise gute Daten zu gängigen dielektrischen Materialien um die Heizfrequenz (2,45 GHz). Es wird sich wahrscheinlich nicht signifikant für 1-4 GHz unterscheiden.

Ich habe Mikrowellenhohlräume mit dielektrischen Materialien im Bereich von 18 bis 20 GHz getestet und normalerweise sind veröffentlichte Werte für 10 GHz ziemlich genau, selbst wenn sie bei 20 GHz angewendet werden. Es ist sicherlich immer noch eine sinnvolle Sache zu haben!

Wenn Sie nach bestimmten Daten suchen, würde ich auf Datenblätter von Herstellern eines bestimmten Materials schauen. Matweb ist auch eine gute Ressource - Sie können sich für ein kostenloses Konto anmelden, um vollständige Ergebnisse zu erhalten. Ich glaube: http://www.matweb.com/

Abgesehen davon kann die Durchführung von Antennen- und dielektrischen Simulationen je nach Komplexität Ihrer Antennengeometrie recht einfach sein, um die Lebensfähigkeit von dielektrischen Materialien zu testen. Ich habe COMSOL und eine Reihe anderer Pakete verwendet, um die anwendbaren relativen Permittivitäts- / Verlust-Tangentenbereiche für Mikrowellenantennen / Endstarts zu bestimmen. Es ist sicher besser als teure Materialien und Herstellung zu kaufen, nur um herauszufinden, dass Ihr Frequenzgang schlecht ist.

Phyllis Diller
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Ich habe noch nicht die richtigen Statistiken in Matweb gefunden, aber ich werde weiter graben. Ich hatte über COMSOL nachgedacht, ich habe einige kleinere Erfahrungen mit der Suite, war mir aber nicht sicher, ob sie überhaupt für so etwas Spezialisiertes verwendet werden könnte. Nach meinem besten Wissen müssen Sie die Permittivität selbst in Simulationen einstellen.
Mast
@Mast Sie tun, aber Sie können einen Bereich festlegen, über den simuliert werden soll. Es wird sich nicht um eine Größenordnung ändern. Wenn Sie also einen Bereich von 2 bis 10 Er, 0,0001 bis 0,001 Verlusttangens (z. B. für gängige Kunststoffe und Keramiken) überstreichen, haben Sie Ihre Basen abgedeckt.
Phyllis Diller
Auf jeden Fall nicht so gut wie ich gehofft hatte, aber auch definitiv besser als nichts.
Mast
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Die Berechnung der Permittivität als Funktion der Frequenz ist bestenfalls äußerst schwierig, bis sie als so unpraktisch angesehen wird, dass sie unmöglich ist. Die Permittivität als Funktion der Frequenz verhält sich als Reaktion auf viele Eigenschaften des Dielektrikums und folgt keiner vorhersagbaren Kurve. Wenn Sie über das Frequenzspektrum streichen, kann die Permittivität eines bestimmten Dielektrikums in scheinbar zufälligen Intervallen auf und ab gehen.

Wenn Sie genaue Daten zur Permittivität eines bestimmten Dielektrikums unter bestimmten Umständen (Temperatur, Spannung, mechanische Eigenschaften usw.) benötigen, ist die Messung die einzige empfohlene Option.

Frank van Wensveen
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