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Differential permittivity sensor using microstrip terminated cross-shaped resonator structure for material characterization

Chi-Hou Chio, Cheng Teng, Kam-Weng Tam, Wai-Wa Choi, Pedro Cheong et Sut-Kam Ho

Article de revue (2019)

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Abstract

A differential planar microwave resonator permittivity sensor for material characterization is proposed in this paper. The sensor is based on asymmetric terminated cross-shaped resonator (TCSR) to provide multi-band notch frequency characteristics, allowing permittivity measurement of a small dielectric material under test (MUT) with a single resonator. Differential sensing is robust against varying ambient factors that cause frequency variations in the measurements. The dielectric properties of the MUT can be measured from the difference in notch frequencies with the reference material. To illustrate the technique, a tri-band sensor is prototyped using the proposed resonator configuration to measure the permittivity of both solid and liquid samples. The empirical equations for the determination of the MUT permittivity in relation to the notch frequencies have been derived. The sensor operates at 0.97, 1.69, and 2.91 GHz with an average sensitivity of 1.18, 4.45, and 1.22 MHz, respectively. The measured results are in a good agreement with the theoretical analysis.

Mots clés

Microwave sensors, material characterization, permittivity sensors, differential sensors, cross-shaped resonator, microstrip technology

Sujet(s): 2500 Génie électrique et électronique > 2500 Génie électrique et électronique
2500 Génie électrique et électronique > 2519 Microélectronique
2500 Génie électrique et électronique > 2520 Dispositifs, circuits et technologie hyperfréquences et d'ondes millimétriques
Département: Département de génie électrique
Centre de recherche: CREER - Centre de recherche en électronique radiofréquence
POLY-GRAMES - Centre de recherche avancée en micro-ondes et en électronique spatiale
Organismes subventionnaires: Macao Science and Technology Development Fund, University of Macau Research Projects
Numéro de subvention: FDCT 014/2015/AMJ,, MYRG 2018-00076-FST
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/4822/
Titre de la revue: IEEE Access (vol. 7)
Maison d'édition: IEEE
DOI: 10.1109/access.2019.2930747
URL officielle: https://doi.org/10.1109/access.2019.2930747
Date du dépôt: 20 juil. 2021 11:45
Dernière modification: 23 mai 2023 15:03
Citer en APA 7: Chio, C.-H., Teng, C., Tam, K.-W., Choi, W.-W., Cheong, P., & Ho, S.-K. (2019). Differential permittivity sensor using microstrip terminated cross-shaped resonator structure for material characterization. IEEE Access, 7, 101960-101968. https://doi.org/10.1109/access.2019.2930747

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