19443

۱۹۴۴۳

طراحي و ساخت حسگر بهبود يافته مشخصات الكترومغناطيسي مواد بر پايه رزوناتورهاي كوچك مسطح

كارشناسي ارشد

مخابرات

۱۳۹۴

۱۳۹۷/۰۲/۲۵

دكتر محمد سليماني

دكتر وحيد نيري

برق

امروزه استفاده از حسگرهاي مايكروويو در كاربردهاي مختلف بسيار مورد توجه قرار گرفته است. دسته¬اي از حسگرهاي مايكروويو كه مبتني بر ساختارهاي تشديد كننده كوچك هستند، در تعيين مشخصات الكترومغناطيسي مواد (گذردهي الكتريكي، تانژانت تلفات الكتريكي، نفوذپذيري مغناطيسي، تانژانت تلفات مغناطيسي) به¬كار گرفته مي¬شوند. در اين پايان¬نامه يك حسگر مبتني بر تشديد كننده مكمل شكافدار حلقوي براي تعيين مشخصات كامل مواد مگنتودي¬الكتريك (موادي كه هم خاصيت الكتريكي و هم خاصيت مغناطيسي دارند) معرفي شده¬است. با قرار گرفتن ماده در معرض ميدان¬هاي الكتريكي و مغناطيسي تشديدكننده، توزيع ميدان¬ها با اختلال روبرو مي¬شود كه در نتيجه¬ي آن فركانس تشديد و ضريب كيفيت ساختار تغيير مي¬كند. با اتصال حسگر به تحليلگر شبكه و خواندن ضريب انتقال، فركانس تشديد و ضريب كيفيت حسگر محاسبه مي¬شود. تاثير گذردهي الكتريكي و نفوذپذيري مغناطيسي ماده روي فركانس تشديد و ضريب كيفيت ساختار يكسان است، به¬طوريكه با افزايش هر كدام فركانس تشديد كاهش مي¬يابد. بنابراين تمييز دادن اثر آن¬ها از يكديگر غيرممكن است. از اين¬رو اغلب حسگرهاي ساخته شده در اين زمينه قادر به تعيين يكي از مشخصات الكتريكي يا مغناطيسي ماده هستند. براي غلبه بر اين مشكل، تشديد كننده¬اي طراحي كرده¬ايم كه در فركانس تشديد ميدان¬هاي الكتريكي و مغناطيسي را در دو ناحيه مجزا روي تشديد كننده متمركز مي¬كند. با بارگذاري نمونه يك بار در منطقه تمركز ميدان الكتريكي و يك بار در منطقه تمركز ميدان مغناطيسي و تحليل فركانس تشديد و ضريب كيفيت اندازه¬گيري شده، مقادير گذردهي الكتريكي مختلط و نفوذپذيري مغناطيسي مختلط تعيين مي¬شوند. در اين راستا، حسگر تعيين مشخصات مواد مگنتودي¬الكتريك طراحي و ساخته شد كه در فركانس 48/2 گيگاهرتز عمل مي¬كند. ويژگي مهم حسگر طراحي شده اين است كه با استفاده از يك ساختار و در يك فركانس كاري مي¬تواند چهار مشخصه الكترومغناطيس مواد را با حساسيت و وضوح بالا اندازه¬گيري كند. در ادامه كار تمركز خود را بر روي طراحي حسگر ضريب دي¬الكتريك ماده با ضريب حساسيت بالا قرار داديم و ساختاري با حساسيت بالا براي اندازه-گيري گذردهي الكتريكي مواد طراحي شد و با استفاده از الگوريتم بهينه¬سازي ازدحام ذرات گسسته باينري (BPSO) حساسيت اين حسگر بهبود داده¬شد. حساسيت اين حسگر نسبت به كارهاي قبل افزايش چشمگير داشته¬است.

1397/07/14

Design and Manufacture of Improved Material Characterization Sensor Based on Small Planar Resonator

9/23/2018 12:00:00 AM

In this thesis, a new algorithm based on a novel CSRR sensor was proposed for full electromagnetic characterization of magneto-dielectric materials. The proposed sensor has advantages of simple and inexpensive fabrication using PCB manufacturing technology and also ease of sample preparation. By monitoring the field distribution on the ground plane, a CSRR localizing the electric and magnetic fields in two separate zones was designed. The region wherein there is a very strong and confined magnetic field but a low intensity electric field was used as the sensing area for magnetic permeability. The zone in which the electric field is localized with a high intensity but the magnetic field is weak was used for sensing of the electric permittivity of the MUT. By placing the samples of the MUT in these sensing areas and analyzing the change in the resonance frequency and the quality factor with respect to those of the unloaded sensor, four electromagnetic parameters of the MUT were determined. By preparing samples of different dielectric and magneto-dielectric materials, the electromagnetic parameters were measured using the fabricated sensor and applying the proposed material characterization algorithm and were compared to the references data. Good agreement between the results demonstrated the effectiveness of the sensor proposed in this work. in second part, a novel CSRR sensor was proposed for permittivity characterization with high sensitivity. The proposed sensor was designed by applying the binary particle swarm optimization algorithm and it’s operating at frequency of 5.635 GHz. Using this highly robust and fully automated structure design approach, a CSRR based sensor with high sensitivity was achieved. This sensor was simulated, fabricated and tested with some of the liquid mixture of cyclohexane and chloroform. By loading the sensor with prepared liquids, resonance frequency was changed and with analysis resonance frequency shift, the permittivity of each liquid mixture was obtained. Measured and simulation results are in good agreement. At the end, sensitivity of four work were compared.