Reflectance of microwaves and millimetre waves in homogeneous and heterogeneous media with moisture and metal contents

Abstract

Denne masteroppgaven tar for seg mikrobølge og millimeterbølge interaksjon med jernpartikler og svamper som inneholder vann. Drude-modellen ble brukt til å beregne brytningsindeksen til jern for bølgelengder opp til 286 nm. For den våte svampen ble det gjennomført teoretiske simuleringer av brytningsindeksene og refleksjonskoeffisientene for frekvenser opp til 14 GHz. En effektiv mediumtilnærming ble brukt for å simulere svamper med volumfraksjon for vann opp til 40%. I tillegg til dette ble de dielektriske egenskapene til en virkelig svamp med de samme volumfraksjonene for vann målt, og deretter brukt til å beregne brytningsindeksene og refleksjonskoeffisienten for de samme frekvensene. Disse resultatene ble deretter sammenlignet. Simuleringene på jernpartiklene beviste at Drude-modellen fungerer for jernpartikler. Simuleringene på svampen og de praktiske eksperimentene ga ikke et entydig svar. De teoretiske simuleringene viste en lineær sammenheng med volumfraksjonen for vann og de eksperimentelle resultatene viste en ikke-lineær sammenheng. Alle simuleringene i dette prosjektet ble gjennomført i Matlab.

This master's thesis addresses microwave and millimetre wave interaction with iron particles and sponges containing water. The Drude model was utilised to compute the refractive index of iron for wavelengths up to 286 nm. For the wet sponge, theoretical simulations on the refractive indices and reflection coefficients were carried out at frequencies up to 14 GHz. An effective medium approximation was used to simulate sponges with water volume fractions up to 40%. In addition to this the dielectric properties of an actual sponge with the same water volume fractions were measured and the data used to compute the refractive indices and the reflection coefficient for the same frequencies. These results were then compared. The simulations with the iron particles proved that the Drude model could be used for iron particles. The sponge simulations and the practical experiments did not yield a conclusive result. The theoretical simulations consistently yielded a linear dependence on the water volume fraction whereas the experimental results yielded a non-linear dependence. The simulations in this project were all completed in Matlab.