Comment calculer la permittivité pour des fréquences plus élevées?

Dans de nombreux livres, la permittivité d'un matériau n'est répertoriée que comme constante diélectrique pour une ou deux fréquences. 1 kHz est souvent utilisé (par exemple dans le Plastics Technology Handbook, 4e éd, ISBN-13: 978-0-8493-7039-7), mais je recherche la permittivité pour une fréquence au moins 2000 fois plus élevée (2 -4 GHz).

Comment calcule-t-on la permittivité d'un matériau pour une fréquence plus élevée? La constante diélectrique est-elle toujours utile ici?

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— Mât
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Je déconseille fortement de tenter un calcul. les matériaux se comportent de façon amusante à des fréquences relativement élevées. Je consulterais autant de livres de référence (CRC, etc.) ainsi que des fiches techniques de fabricants pour trouver des valeurs mesurées de permittivité, ou d'ailleurs de transmissivité.

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft Beaucoup à trouver, mais rien pour la gamme de fréquences que j'ai en tête.

— Mast

Quel est l'arrière-plan de la question, vous devez réellement effectuer une expérience sur des matériaux, ou vous avez besoin des chiffres pour alimenter un design?

— Brethlosze

@hypfco Pour améliorer une conception existante. Le matériau actuel n'est pas optimal.

— Mast

Pouvez-vous partager plus de détails sur la conception que vous devez réaliser si possible?. En avez-vous besoin pour alimenter une simulation 2D / 3D ou pour un autre type de calcul?

— Brethlosze

Réponses:

Il existe de nombreuses méthodes pour déterminer les permittivités à haute fréquence, mais elles reposent sur une base expérimentale uniforme. L'une des méthodes faciles est une cavité résonante. Vous créez une cavité résonante qui a une fréquence de résonance connue. Ensuite, insérez le matériau à l'intérieur de la cavité par un support et voyez à quel point la fréquence de résonance est perturbée (en utilisant un analyseur de réseau vectoriel ou un équipement similaire). À partir de cela, vous pouvez déterminer la permittivité. C'est une méthode assez précise, mais un test à sonde ouverte peut faire un travail raisonnable avec beaucoup moins de fabrication.

Par expérience, il existe généralement de bonnes données sur les matériaux diélectriques courants autour de la fréquence de chauffage (2,45 GHz). Il ne sera probablement pas différent de manière significative pour 1-4 GHz.

J'ai testé des cavités micro-ondes avec des matériaux diélectriques dans la gamme 18-20 GHz et les valeurs généralement publiées sont assez précises pour 10 GHz, même appliquées à 20 GHz. C'est certainement encore une chose significative à avoir!

Si vous recherchez des données spécifiques, je consulterais les fiches techniques des fabricants d'un matériau donné. Matweb est également une bonne ressource - vous pouvez vous inscrire pour un compte gratuit pour obtenir des résultats complets, je crois: http://www.matweb.com/

Aussi - juste à part, faire des simulations antenne + diélectrique peut être assez facile pour tester la viabilité des matériaux diélectriques, selon la complexité de la géométrie de votre antenne. J'ai utilisé COMSOL et un tas d'autres packages pour déterminer les plages de tangente de permittivité / perte relative applicables pour les antennes micro-ondes / lancements d'extrémité. Il vaut mieux acheter des matériaux et une fabrication coûteux que pour découvrir que votre réponse en fréquence est mauvaise.

— phyllis diller
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Je n'ai pas encore trouvé les bonnes statistiques dans Matweb, mais je vais continuer à creuser. J'avais envisagé COMSOL, j'ai une petite expérience avec la suite, mais je ne savais pas si elle pouvait même être utilisée pour quelque chose de spécialisé comme celui-ci. À ma connaissance, vous devez définir vous-même la permittivité dans les simulations.

— Mât

@Mast vous le faites, mais vous pouvez définir une plage de simulation. Cela ne changera pas d'un ordre de grandeur, donc si vous balayez (par exemple, pour les plastiques et les céramiques courants) une plage de 2 à 10 Er, 0,0001 à 0,001 perte tangente, vous aurez couvert vos bases.

— phyllis diller

Certainement pas aussi bon que je l'espérais, mais aussi certainement mieux que rien.

— Mât

Le calcul de la permittivité en fonction de la fréquence est au mieux extrêmement difficile, au point d'être considéré comme impraticable au point d'être impossible. La permittivité en fonction de la fréquence se comporte en réponse à de nombreuses propriétés du diélectrique et ne suit pas une courbe prévisible. Lorsque vous parcourez le spectre de fréquences, la permittivité d'un diélectrique donné peut monter et descendre à des intervalles apparemment aléatoires.

Si vous avez besoin de données précises sur la permittivité d'un diélectrique donné dans des circonstances données (température, tension, propriétés mécaniques, etc.), la mesure est la seule option recommandée.

— Frank van Wensveen
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