Προσδιορισμός της Επιτρεπτότητας και Διαπερατότητας Μαγνητοηλεκτρικών
Υλικών με τη χρήση Παραμέτρων Σκέδασης

Τσιαχρήστος, Ηλίας; Tsiachristos, Ilias

dc.contributor.author	Τσιαχρήστος, Ηλίας	el
dc.contributor.author	Tsiachristos, Ilias	el
dc.date.accessioned	2015-02-09T11:16:52Z
dc.date.available	2015-02-09T11:16:52Z
dc.date.issued	2015-02-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40250
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6162
dc.rights	Default License
dc.subject	PMMA - plexiglas	el
dc.subject	Φερρίτες	el
dc.subject	YIG - Y3Fe5O12	el
dc.subject	Παράμετροι σκέδασης	el
dc.subject	Ferrites	en
dc.subject	Scattering Parameters	en
dc.subject	Χαρακτηρισμός Υλικών	el
dc.subject	Materials Characterization	en
dc.subject	PMMA - plexiglas	en
dc.subject	YIG - Y3Fe5O12	en
dc.title	Προσδιορισμός της Επιτρεπτότητας και Διαπερατότητας Μαγνητοηλεκτρικών Υλικών με τη χρήση Παραμέτρων Σκέδασης	el
dc.title	Determination of the Permittivity and the Permeability of Magnetoelectric Materials using Scattering Parameters	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Engineering Physics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-11-03
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός της διηλεκτρικής επιτρεπτότητας και της μαγνητικής διαπερατότητας υλικών με τη μέθοδο της Ανάκλασης/Διάδοσης. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμο- ποιήθηκε ένας κυματοδηγός ορθογώνιας διατομής, εντός του οποίου τοποθετήθηκε το προς μελέτη υλικό και μετρήθηκαν οι παράμετροι σκέδασης της διάταξης με Διανυσματικό Αναλυτή Δικτύων. Από αυτές καταλήξαμε στις τιμές της επιτρεπτότητας και της διαπερατότητας των υλικών που μελετήσαμε ακολουθώντας δύο διαφο- ρετικές προσεγγίσεις, η κάθε μια για διαφορετική κατηγορία υλικού. Η πρώτη προσέγγιση αφορούσε διηλεκτρικά υλικά χωρίς μαγνητικές ιδιότητες. Κατ' αρχήν, επιλύοντας το αντίστοιχο ηλεκτρομαγνητικό πρόβλημα εκφράσαμε τις παραμέτρους σκέδασης ως συνάρτηση των χαρα- κτηριστικών του διαδιδόμενου και του ανακλώμενου κύματος εντός του κυματοδηγού με σκοπό να έχουμε μια αναλυτική σχέση μεταξύ των παραμέτρων σκέδασης και της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς. Εν συνεχεία προσδιορίσαμε με μεγάλη ακρίβεια την τιμή της διηλεκτρικής σταθεράς κάνοντας χρήση της συνθήκης μη ανά- κλασης από το δοκίμιο σε συχνότητες στις οποίες το μήκος του δοκιμίου στο εσωτερικό του κυματοδηγού ήταν ακέραιο πολλαπλάσιο του μισού μήκους κύματος μέσα στο υλικό. Εφαρμογή της μεθόδου έγινε στο πολυμερές Poly(methyl methacrylate)-PMMA με τα αποτελέσματα να βρίσκονται σε πολύ καλή συμφωνία με αυτά της βιβλιογραφίας. Η δεύτερη κατηγορία υλικών που μελετήσαμε ήταν φερρίτες, υλικά των οποίων η διαπερατότητα παρου- σία στατικού μαγνητικού πεδίου περιγράφεται από ένα μη συμμετρικό τανυστή δεύτερης τάξης. Σε αυτήν την περίπτωση υλικών είχαμε να προσδιορίσουμε τη διηλεκτρική επιτρεπτότητα και τα στοιχεία του τανυστή της μαγνητικής διαπερατότητας. Την επιτρεπτότητα την υπολογίσαμε απουσία μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώ- ντας την προηγούμενη μέθοδο που εφαρμόσαμε και σε διηλεκτρικά υλικά. Για τη μαγνητική διαπερατότητα, όμως, παρουσία μαγνητικού πεδίου ακολουθήσαμε μια διαφορετική προ- σέγγιση. Εκτελέσαμε προσομοίωση της διάταξης με τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου CST Microwave Studio, με τις παραμέτρους της προσομοίωσης να είναι η μαγνήτιση και το εύρος ημίσεος πλάτους του υλι- κού. Η μαγνήτιση του υλικού προσδιορίστηκε με μαγνητικές μετρήσεις και, έτσι, έμεινε μόνο μια ελεύθερη παράμετρος. Έτσι, καταφέραμε να καταλήξουμε με σημαντική ακρίβεια σε εκείνη την τιμή του εύρους ημίσεος πλάτους για την οποία είχαμε ταύτιση μεταξύ των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων για διαφορετικές τιμές του πεδίου με τα αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα. Ύστερα, έχοντας προσδιορίσει τη μαγνήτιση του υλικού και το εύρος ημίσεος πλάτους μπορέσαμε να υπολογίσουμε τη διαπερατότητα. Ως υλικό χρησιμοποιήθηκε το Y3Fe5O12 ένα σιδηριμαγνητικό υλικό με ευρεία εφαρμογή στη μικροκυματική τεχνολογία. Στην εργασία αυτή καταφέραμε να αναπτύξουμε μια απλή μεθοδολογία προσδιορισμού των ηλεκτρομαγνη- τικών χαρακτηριστικών γυροτροπικών υλικών με σημαντική ακρίβεια στη μικροκυματική περιοχή του φάσμα- τος, και συγκεκριμένα, στο εύρος συχνοτήτων από 8-15 GHz. Το παραπάνω εύρος το επέβαλαν οι διαστάσεις του κυματοδηγού και η απαίτηση μας να έχουμε κυματοδήγηση ενός μόνο ρυθμού. Η εργασία αποτελείται από πέντε ενότητες. Στην πρώτη ενότητα συνοψίσαμε τις βασικές έννοιες του μα- γνητισμού και κάναμε μια σύντομη περιγραφή των κατηγοριών μαγνητικών υλικών. Έπειτα στρέψαμε το εν- διαφέρον μας στους φερρίτες και στα χαρακτηριστικά τους. Η δεύτερη ενότητα είχες ως θέμα την απόκριση των φερριτών παρουσία ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Εδώ εξετάσαμε το σιδηρομαγνητικό συντονισμό και τη διά- δοση κυμάτων σε φερρίτες. Στην τρίτη ενότητα περιγράψαμε τους μηχανισμούς διηλεκτρικής αποκατάστασης. Η τέταρτη ενότητα περιλαμβάνει εκείνα τα στοιχεία που μας είναι χρήσιμα από τη μικροκυματική τεχνολογία. Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων μαζί με την επεξεργασία τους και τα αποτελέσματα περιγράφονται στην ενότητα 5.	el
heal.abstract	The purpose of this thesis is to determine the dielectric permittivity and the magnetic permeability of materials using the Reflection/Transmission method. For that, a rectangular waveguide was used, inside of which, the material under test was placed and the scattering parameters were measured with a Vector Network Analyser. From the scattering parameters, we obtained the permittivity and the permeability of the materials under test using two different approaches; one for each type of material. The first approach was about dielectric materials without magnetic properties. Firstly, we solved the corresponding electromagnetic problem and expressed the scattering parameters in terms of the characteristics of the transmitted and reflected waves inside the waveguide in order to have an analytic expression between the scattering parameters and the relative permittivity. Then, we estimated the dielectric permittivity of the material inside the waveguide, using the reflectionless condition occurring when the thickness of the sample is an integer multiple of the half wavelength of the field inside the material used. In the experiments we used the polymer Poly(methyl methacrylate)-PMMA and the results were in good agreement with those found in the literature. The second category of materials we worked with was ferrites, under a dc-magnetic field, whose permeability is a second order non-symmetrical tensor. In this category, we had to estimate both the permittivity and the permeability. The permittivity was estimated using the same approach we used for the dielectric materials with the scattering parameters measured in the absence of an external magnetic field. For the magnetic permeability under a dc magnetic field, we used a slightly different approach. We simulated the experimental apparatus with the computational package CST Microwave Studio, the parameters of the simulation being the limewidth and the magnetization of the material. The magnetization was known from magnetic measurements of the specimen so there was only one free parameter. That way, we concluded with enough accuracy in that value of the limewidth for which we had a good agreement between the results of the simulation and those of the experiments. Then, knowing the limewidth and the magnetization, we were able to calculate the permeability. The material that was used in the experiments was Y3Fe5O12, a ferrimagnetic compound with extensive applications in microwave technology. In this work, we described a simple methodology for the determination of the constituent parameters of gyrotropic materials with enough precision. We worked in the microwave regime of the electromagnetic spectrum and more specifically in the frequency range of 8-15 GHz. That range was imposed by the dimensions of the waveguide and the necessity of single mode propagation This thesis consists of five sections. In the first section, we summarized some basic terms of magnetism and gave a classification of magnetic materials. Then, we turned our attention at the ferrites and described their characteristics. Section 2 deals with the interaction of electromagnetic waves with magnetic materials. Here, we studied the ferromagnetic resonance and the propagation of electromagnetic waves in ferrites under bias dc magnetic field. In section 3, we made a description of the mechanisms of dielectric relaxation. Section 4 is devoted to the principles of microwave engineering that we will use throughout the text. The experimental data along with their interpretation and the results are presented in section 5.	en
heal.sponsor	This work is part of the “MAGnetoELectric materials in reconfigurabLe ANtennas” (MAGELLAN) research project, co-financed by the European Union (European Social Fund - ESF) and Greek national funds through the Operational Program "Education and Lifelong Learning" of the National Strategic Reference Framework (NSRF) - Research Funding Program: THALES. Investing in knowledge society through the European Social Fund.	en
heal.advisorName	Φικιώρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Πίσσας, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Φικιώρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καψάλης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Pissas, Michael	en
heal.committeeMemberName	Fikioris, George	en
heal.committeeMemberName	Capsalis, Christos	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών.Τομές Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.
heal.fullTextAvailability	true