CARACTERIZAÇÃO NUMÉRICA E EXPERIMENTAL DE MATERIAIS DIELÉTRICOS SÓLIDOS ATRAVÉS DOS PARÂMETROS DE ESPALHAMENTO

Abstract

Em aplicações industriais, científicas e médicas de ondas eletromagnéticas é essencial o conhecimento das características constitutivas dos materiais, como a permissividade elétrica, permeabilidade magnética, condutividade e impedância. Diversas técnicas foram desenvolvidas para obtenção desses parâmetros, que são aplicadas de acordo com as características como o estado físico do material, textura, densidade, dentre outras. Para materiais sólidos, as propriedades eletromagnéticas podem ser obtidas a partir dos padrões de reflexão e transmissão. Quando uma onda eletromagnética atinge a superfície de separação de dois meios, parte da energia incidente é refletida e parte é transmitida para o outro material. As quantidades refletidas e transmitidas dependem fundamentalmente das propriedades eletromagnéticas de cada material, além de outros fatores. Neste contexto, este trabalho se baseou na formulação matemática proposta por Nicolson, Ross e Weir para obtenção das características eletromagnéticas de uma amostra de material dielétrico sólido, inserida dentro de um guia de ondas, através dos parâmetros de transmissão e reflexão. O algoritmo desenvolvido permite obter a permissividade elétrica e permeabilidade magnética complexa a partir do módulo e fase dos parâmetros 𝑆11 e 𝑆21. Para testar a validade do algoritmo e estudar suas limitações, foram analisadas amostras de diferentes tamanhos de teflon, poliamida, nylon e porcelana utilizando o software HFSS da ANSYS®, além de obter os resultados experimentais para o teflon e o nylon, com boa aproximação. Os resultados da simulação e medição convergiram para os valores da permissividade e permeabilidade para amostras com espessuras de 𝜆𝑔/4 para todos os materiais. Também foi possível observar que o método não tem precisão no cálculo da parte imaginária da permissividade para materiais de baixas perdas.