Utvärdering och simulering av en bistatisk NRL-uppställning för mikrovågsbaserad materialkarakterisering

Sammanfattning

I och med utvecklingen av teknik och dess komponenter ökar behovet av att förstå sig på och kunna studera materials egenskaper, en process som kräver validerade metoder som pålitligt kan studera och karakterisera material. En sådan egenskap som är viktig för utvecklingen är materials respons till elektromagnetisk strålning. I denna uppsats presenteras ett arbete i samarbete med GKN Aerospace där en bistatisk reflektionsmetod av typen NRL- (Naval Research Laboratory) uppställning används för att studera reflektionen från ett prov under mikrovågsstrålning och karakterisera dess materialparametrar. I arbetet utvärderas metoden för materialkarakteriseringen över för NRL-riggen, processen vid mätningar valideras och parameterstudier utförs för att fastställa faktorer som påverkar reflektionsmätningar och indirekt karakteriseringen av materialen. Arbetet resulterade i att viktiga faktorer i mätningarna kunde identifieras som provets avstånd till antennernas fokuspunkt, provets planhet och ugnen som används vid temperaturvarierande studier. Ett nytt steg i analysen implementerades där data studeras i tidsdomänen, där bidrag som inte tillhör den direkta reflektionen mellan prov och antenn kan identifieras och uteslutas med hjälp av rektangulär fönstring. Detta gjorde att tidigare osäkerheter i vissa studier kunde reduceras, särskilt vid mätningar där användningen av ugn studerades. I kombination med studier på riggen bestod arbetet av att skapa en simuleringsmodell i det kommersiella beräkningsverktyget ANSYS HFSS, med syftet att ta fram en virtuell miljö där förändringar och störningar i mätuppställningen kan studeras systematiskt. Uppsatsen presenterar resultatet av en framtagen NRL-modell vars simuleringar jämförs med mätresultat i verklig uppställning. Modellens simuleringar bedömdes stämma väl överens med mätningarna och ansågs lämplig för att användas som komplement vid framtida studier. I denna studie användes modellen för att fastställa ursprunget till observerade oscillationer i reflektionen, ett fenomen som visades vara en effekt av reflektionsbidrag från omgivningen, något som fönstring i tidsdomänen kunde utesluta mätdata. Modellen användes också för att visa den begränsade inverkan på reflektionen och karaktäriseringen som provet, innehållandes en lokal defekt med exponerat substrat, hade på reflektionen.