Determination of the complex permittivity of dielectric materials at microwave frequency using rectangular waveguide measurements and Newton-Raphson method

Détermination de la permittivité complexe des matériaux diélectriques en micro-ondes par l’utilisation d’un guide d'onde rectangulaire de mesure et la méthode de Newton-Raphson.

¹  Laboratory of Electronic and Communications, EMI, Av. Ibn Sina, BP. 765, Agdal, Rabat, Morocco
²  Communications Engineering Department, U. of Cantabria, Los Castros Av. s/n 39005, Santander, Cantabria, Spain
³  Institute of Electronics, Micro-electronics and Nanotechnologie, IEMI-CNRS Cité Scientifique, Av. Poincaré, BP. 60069, Villeneuve d’Ascq Cedex, France

Corresponding author: terhzazj@yahoo.fr

Accepted: 14 September 2006

Abstract

In this paper, a simple waveguide measurement technique is presented to determine the complex permittivity of a dielectric material. The dielectric sample is loaded in a short-circuited rectangular waveguide. The reflection coefficient of the waveguide is measured by Network analyser and calculated as a function of the complex permittivity using theory of transmissions lines. The Newton Raphson method is then used to determine de complex permittivity by matching the calculated value with the measured value. The results obtained using Newton Raphson are in good agreement with the results obtained by the Nicholson-Ross technique.

Résumé

Dans cet article, une technique simple de mesure de guide d'onde est présentée pour déterminer la permittivité complexe d'un matériau diélectrique. L'échantillon diélectrique est chargé dans un guide d'ondes rectangulaire court-circuité. Le coefficient de réflexion du guide d'ondes est mesuré par l'analyseur de réseau et calculé en fonction de la permittivité diélectrique complexe par la théorie des lignes de transmissions. La méthode de Newton-Raphson est alors employée pour estimer la valeur de la permittivité complexe du matériau qui annule l’erreur entre les valeurs calculées et mesurées du coefficient de réflexion au plan de référence d’un guide d’onde rectangulaire court-circuité. Les résultats obtenus par cette technique sont en bon accord avec les résultats obtenus par la technique de Nicholson-Ross.