I ndo ne s i a n J o ur na l  o f  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng  a nd C o m p u t e r  Sc i e nc e   V o l.   11 ,  N o.   1 J ul y   201 8 , p p 362 ~ 37 1   I SSN :   2502 - 4752 D O I :  10. 11 591/ i j eecs . v 11. i 1 .p p 362 - 3 71          362       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s c or e . c om / j our nal s / i nde x . php/ i j e e c s   M icro w a v e P la na r Sens o f o r P e r m i t t iv it y  D et er m i na t io n o f   Dielect ric M a t eri a ls       R a mm a h A l a hno m i 1 ,   N a t a s ha  B i nt i  A bd H a m i d 2 Z a hr i l a dha  Z a k a r i a 3 ,  T o l e  Sut i kno 4 ,   A m y r u l  A z ua M o hd B a ha r 5   1, 2, 3, 5 C e n t r e f o r  T el eco m m u n i cat i o n  R es ear ch  an d  I n n o v at i o n  ( C eT R I ) ,  U n i v er s i t i  T ek n i k al  M al a y s i a  M el ak a ( U T eM ) ,   761 00 ,  D ur i a n T ung g a l ,  M e l a k a ,  M a l a y s i a .   4 D ep ar t m en t  o f  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,  U n i v er s i t as  A h m ad  D ah l an ,  Y o g y a k ar t a,  I n d o n es i a       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   M ar   12 ,  201 8   Re v i se d   Ap r   1 5 ,  201 8   A ccep t ed   M ay   1 ,  201 8       T hi s  pa pe r  pr e s e nt s  a  s i ng l e  p or t  r e c t a ng ul a r  r i ng  r e s ona t o r   s e ns or  f or   m at er i al  ch ar a ct er i zat i o n s .  T h p r o p o s ed  s en s o r  i s  d es i g n ed  at  o p er at i n g   r es o n an ce  f r e que nc y  of  4 G H z .  T he  s e ns or  c ons i s t s  of  m i c r o - s tr ip   t r a ns m i s s i on l i ne  a nd r i ng  r e s ona t or  w i t h a ppl y i ng  t he  e nha nc e m e nt  m e t hod   t o t he  c ou pl i ng  g a ps .  T he  us i ng  of  e nha nc e m e nt   m e t hod i s  t o i m pr ov e  t he   r e t ur n l os s  of  t he  s e ns or  a nd s e ns i t i v i t y  i n t e r m s  o f  Q - f act o r ,  r es p ect i v el y .   F ur t he r m or e ,  t he   pr o pos e d  s e ns o r  i s  de s i g ne d a nd f a br i c a t e d o n R og e r  58 80   s ubs t r a t e .  S t a n da r d m a t e r i a l s   w i t h k now n pe r m i t t i v i t y  ha ve  be e n us e d i n   o r d er  t o  v al i d at e t h e s en s o r s  s en s i t i v i t y .  B as ed  o n  t h e r es u l t s ,  t h p er cen t ag e   o f e r r or   f or  t he  pr op os e d r e c t a ng ul a r  s e ns or  i s  0. 2%  t o 8% .   I t  c a n be   de m ons t r a t e d t ha t   t he   pr o pos e d  s e ns or  w i l l  be   us e f ul  f or  v a r i ous  a ppl i c a t i ons   s u ch  as  m ed i ci n e,  b i o - s e ns i ng  a nd  f ood i nd us t r y .   Ke y wo rd s :   M i cr o w a v e s en s o r   P us hi n ef f ect   Q - f act o r   R e t ur n l o s s   C opy r i g ht   ©  201 8   I ns t i t ut e  o f  A d v anc e d E ngi ne e r i ng  an Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   Z a h r i l ad h a Z ak ar i a   C en t r f o r  T el eco m m u n i cat i o n  R e s ear ch  an d  I n n o v at i o n  ( C eT R I),   U n i v e r s iti T ek n i k al  Mal a y s i M el ak a ( U T eM ) ,   7610 0,  D u r i a n   T u n g g al ,  M el a k a,  M al a y s i a.   E - m a il: z a h r ila d h a @ u te m . e d u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   I n  r ecen t   y ear s ,   m at er i al  c h a r act er i zat i o n  t ech n i q u es   h av e  b een  i n t r o d u ced .  Man y   t ech n i q u e s  ar e   av ai l ab l e t o   m eas u r e t h e r eal  p ar t  o f  t h e co m p l e x  p er m i t t i v i t y  o r  d i el ect r i c co n s t an t .  I n  a m at er i al ,  t h er e i s  t h e   m i xt ur e  o f  d i f f e r e nt  s i z e  o f  m o l e c ul e s .  T he n,   f r o m  th e  s tr u c tu r e  o f   m o le c u le  i n s id e  th e   m a te r ia l,  th e   p er m i t t i v i t y  ca n  b e d et er m i n ed   (1 ) .   T h e r es p o n s e o f   m a t er i al  t o  t h e el ect r i cal  s i g n a l  d ep en d s  o n  t h pe r m i t t i v i t y  o f  t h m at er i al .  G en er al l y ,  t h e accu r at e d et er m i n at i o n  o f  t h e p er m i t t i v i t y  i s  a n  i m p o r t an t  t as k  f o r   m i cr o w av e o r  r ad i o  f r eq u en c y  ci r cu i t  d es i g n ,  an t e n n a d es i g n  an d  o f  co u r s e t o  t h m i cr o w a v e en g i n eer i n g   (2 5) .  F ur t he r m o r e ,  t he  c ha n g e s   o f  d i el ect r i c p r o p er t i es  o f   m at er i al  o r   m at er i al  c h ar act er i zat i o n  ar w i d el y  u s ed   in   m a n y  f ie ld s  s u c h  a s  f o o d  in d u s tr y ,  q u a lit y  c o n tr o l,  b io - s e n s i ng  or   m e di c a l  i n dus t r y   (6 9) .   M i cr o w a v m ea s u r e m e n t  i s   an  ex ce l l en t  s e n s i n g  t ec h n i q u w h er e i t  i s  u s ed  b ecau s e   o f  i t s   n o n - i n v a s i v e ch ar act er i s t i cs ,  ab i l i t y  o f  p en et r at i o n  s e n s i n g ,  r eal  t i m e a n d  h i g h l y  acc u r at e d et ect i o n   m et h o d s .  T h er e   ar e t w o  t y p es  o f   m et h o d s  t h at   can  b u s ed  t o   m ea s u r e  t h e  d i e l ect r i c t h r o u g h  a   m i cr o w a v e t e ch n i q u w h i c h  ar e   no n - r e s o na nt  a nd  r e s o na nt   m e t ho d s .  R e s o na nt   m e t ho d  a c q ui r e  hi g h a c c ur a c y  c o m p a r e d  t o   no n - r e s on a nt   m e t h od;   t h e   r e a s on of  c h oos i n g r e s on a n t   m e t h od i n s t e a d o f   n on - r e s o na nt   m e t ho d .   T he n,  t hr o u g r e s o na n t   m et h o d ,  t h m at er i al  u n d er  t es t  ( M U T )  i s  i n t r o d u ced  t o  t h e r es o n at o r ;  ch a n g e t h e e l ect r o m ag n et i c b o u n d ar i es   o f  t h e r es o n at o r .  I n s t ead  o f   t h at ,  t h e el ect r o m ag n et i c  p r o p er t i es  o f  t h s a m p l e b ei n g   u s ed  ar e d ed u ct ed   b ecau s e t h er e i s  a ch a n g e o f  r es o n an t  p r o p er t i es  o f  t h e r es o n a t o r .  I n  o t h er   w o r d s ,  t h e r es o n a n t   m et h o d  i s  b ei n g   u s ed  t o   g ai n  t h e  p r eci s e d i el ect r i c p r o p er t i es  o n l y  at  a  s i n g l e  f r eq u en c y   o r  s e v er al  d i s cr et e f r eq u e n ci e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       M ic r o w a v e  P la n a r  S e n s o r  fo r  P e r m ittiv ity  D e te r m in a tio n  o f D ie le c tr ic  M a te r ia ls   ( Z ahr i l adha Z ak ar i a )   363   M ean w h i l e,  t h n o n - r es o n an t   m et h o d  i s   u s ed  t o  g et  t h e e l ect r o m ag n et i c p r o p er t i es  o f  t h m at er i a l  o v er  a  f r e q ue nc y r a n ge .   T h e r es o n at o r  i s  u s u al l y  ap p l i ed  as  an  accu r at e i n s t r u m e n t  f o r  el ect r o m a g n et i c p r o p e r t i es  o f  a   m at er i al  l i k e co m p l e x  p er m i t t i v i t y ,  p er m eab i l i t y  a n d  t h e r e s i s t a n ce f o r   m i cr o w a v e f r eq u en ci es  co m p ar ed  t o   no n - r e s o na nt .   F ur t he r m o r e ,  i t  i s   w i d e l y b e i n us e d  f o r  l o w - lo s s ,  s m a ll  s iz e  s a m p le  a n d  a ls o  s a m p le   w i th   i r r e gul a r  s ha p e  d ue   t o  i t s   hi g a c c ur a c y.  T he  hi g h q u al i t y   f act o r  ( Q - f act o r )  o f  t h e r es o n at o r  cau s e  a h i g h   s en s i t i v i t y  d e v i ce  w h er e i t  can  b e u s ed  t o  s en s e t h e d i f f er en c e i n  p h y s i cal  q u an t i t i e s ;  d ep en d s  o n  t h e co m p l e x   p er m eab i l i t y  o f  M U T   ( 10 14 ) .     1. 1.   P e r t ur ba t i o n T e c hni que   T h e  m o s t p o p u la r  te c h n iq u e  f o r  m e a s u r in g  th e  c o m p le x  p e r m itti v it y  o f  lo s s y   m a te r ia l is  k n o w n  a s   th e  p e r tu r b at i o n  t ec h n i q u e.   P er t u r b at i o n  t ech n i q u h as  b een  u s ed  f o r   m a n y  d ecad es  f o r   m eas u r i n g  t h e   el ect r o m ag n et i c c h ar act er i s t i c s  b et w ee n  t h e e m p t y  a n d  p ar t i al l y  l o ad ed  M U T s   ( 15 ) .   T hi s  t e c h ni q ue  i s  t he   m o s t  co m m o n   u s ed  t ec h n i q u e  d u e t o  i t s  s i m p l i c i t y  an d  acc u r ac y .  W h en  a  s m al l  p i ece o f  d i el ect r i m a t er i al   ( M U T )  i s  i nt r o d uc e d   i nt o   t he   r e s o na nt   c a vi t y,   t he  r e s o na n c e  f r e q ue nc y i s   s h i f t e d  b y  a   s ma l l   a mo u n t   ( 16) P l u s ,  t h e s el ec t i v i t y  o f  t h e c av i t y   i s  l o w er ed .  T h es e ef f e ct s  ar e co m m o n l y   u s ed  i n  t h m ea s u r e m e n t  o f   p r o p er t i es  o f  t h e m at er i al ;  t h e r el at i o n  b et w een  t h e s h i f t e d  o f  r es o n an ce f r eq u e n ci es ,   s el ect i v i t y  a n d  t h e   p er m i t t i v i t y  o f  t h e s a m p l e.  T h e MU T s  i s  p l aced  at  a s p eci f i c  l o cat i o n  o n  t h e r es o n at o r   w h e r e t h e el ect r i f i el d   (e - f i e l d )  i s  a t  a   m a x i m u m  c o n d i t i o n.  T he n,  t he  i ns e r t i o n o f   t he  M U T s   w i t hi n t he  c a vi t y c a us e s  t he  e f f e c t  o f   p e r tu r b a tio n  to  th e  o v e r a ll c ir c u it .  T h e p er t u r b at i o n  cau s e a s h i f t i n g  o f  t h e r es o n a n c e f r eq u en c y  a n d  a  d ecr eas e i n  t h u n l o ad ed  Q - fa c t o r .   T h e  r e s p o n s e  o f  th e  c a v it y  i n  th e  p e r tu r b a tio n  is  p a r tic u la r l y   r e la te d  to  th e  d ie le c tr ic  p r o p e r tie s  o f  th e   te s te d   m a te r ia l t h r o u g h  t h e  c a v it y  p e r tu r b a ti o n  t h e o r y .  B a s e d  o n  th e  t h e o r y  o f  p e r tu r b a tio n ,  it i s  a n tic ip a te d   t h at  t h e f r act i o n al  ch a n g e i n  t h e r es o n a n t   f r eq u en c y   h as  i n cr eas ed   w i t h  t h e i n cr eas i n g  o f  t h e d i el ect r i c   c o ns t a nt  o f  t he  M U T s   ( 13, 17, 18) .   T he   r e s o na nc e  f r e q ue nc y i s   s hi f t e d  t o   t he   l o w e r  f r e q ue n c y  w h e n t he   M U T s   ar e b ei n g  p l aced  o n  t h e r es o n at o r  s en s o r .  T h i s  i s  b ecau s e  o f  t h m a x i m u m  el ect r i f i e l d  o f  t h e r es o n at o r   s e ns or   w h e n  i t  i s  pe r t u r be d t o t h e   s a m pl e .  B e s i de s ,   m or e   f r i ng i n f i e l d i s  f oc u s e d i n t t h e  ov e r l a y   s a m pl e .   W hi l e ,  t he  o t he r  c ha nge s  t ha t   can  b e s een   w h e n  t h s a m p l e i s  p l aced  o n  t h e r es o n at o r  s e n s o r  i s  t h e ch a n g es  i n   d B  le v e l.  T h e  c h a n g e s  in  d B  le v e l is  d u e  to  t h e  e f f e c ti v e  d ie l e c tr ic  p r o p e r tie s  o f  th e  s a m p le ; th e  p e r m itti v it y .     1. 2.   R ef l ect i o n  M et h o d   R e f le c tio n   m e t h o d s  is  a   m e t h o d   w h ic h  a b le  to   m eas u r o n l y  o n e o f   t h e p ar a m et er s ,   ei t h er  t h p e r m i tti v it y  o r  th e  p e r m e a b ilit y .  I n  t h i s  p r o j e c t o n l y   th e  p e r m itti v it y  p a r a m e te r   i s   m e a s u r e d .  T h e   el ect r o m ag n et i w a v es  ar e d i r ect ed  t o  t h e MU T ,  t h en  t h e p r o p er t i es  o f  t h e s a m p l e can  b e d et ect ed  f r o m  t h e   r ef l ect i o n  co e f f i ci e n t  t h at  o c cu r  i n  t h e  d ef i n ed  r ef er e n ce  p l an e.  T o  ap p l y  t h e r ef l ect i o n   m et h o d  i n  t h m e a s u r e m e n t  of  t h e  di e l e c t r i c  pr ope r t y ,  on e  por t  r e s on a t or  i s  m a i n l y  us e d.  T h e  s i n gl e  por t  c a pa bi l i t y  t o   t r a ns m i t  t he  s i g na l  i n  o ne  p o r t ,  t he n,  t he  r e c e i ve d  s ig n a l  is   r e f le c te d  b a c k  f r o m  t h e  M U T  to  th e  s a m e  p o r t it   t r an s m i t s  b ef o r e.  T h m ea s u r e d  S - p ar a m et er  i s  S 1 , 1  o r  S 2 , 2 .  T h e d y n a m i c r a n g e o f  r ef l ect i o n   m eas u r e m e n t s   is  li m ite d  b y  th e  d ir e c t i vi t y o f   t he   m e a s ur e m e nt  p o r t .   T h e o n e p o r t  cal i b r at i o n  i s  n eed ed  i n  o r d er  t o  i m p r o v e t h e accu r ac y  an d  s e n s i t i v i t y  o f  t h e   m eas u r e m e n t  o f  t h e s y s t e m .   T h r o u g h  t h e cal i b r at i o n ,  i t  ca n   m eas u r e an d  r e m o v e t h e t h r ee s y s t e m at i c er r o r   te r m s   in   th e   m e a s u r e m e n t o f  t h e  s y s te m ; t h e  d ir e c tiv it y ,   s o u r ce  m at c h  an d  a l s o  t h e r ef l ect i o n  t r ack i n g .  B u t ,  i n   t h e s t a n d ar d  cas es ,  t h e h i g h  accu r ac y  an d  s en s i t i v i t y  l i k e “ s h o r t ” o r  “ ai r ” ar e  n o t  r e q u i r ed .   T h e s i m p l e   cal i b r at i o n  i s  en o u g h  t o  b e co n d u ct ed   ( 17) .  I n F i gur e  1 ,  i t  s ho w s  t he  gr a p h o f   S - p ar a m et e r ,  S 1 , 1 .   T h e v al u e o f   t h e S 1 , 1  can  b e d et er m i n ed  b y   u s i n g  t h e eq u at i o n  1 ;  f o r  d et er m i n i n g  t h h al f - po w e r   w i dt h .  I n  t h e  e qu a t i on  1. 1,  t h e  S 1,  1b i s  t h e  ba s e  l i n e  of  t h e  r e s on a n c e   f or  S 1 ,  1  va l ue .  W hi l e ,   t he   S 1 ,  1 f o  i s  t he  r e s o na nc e  f r e q ue nc y   va l ue   f o r  t he  S 1 , 1   ( 19)   .  B es i d es ,  f r o m   F i g u r e 1  al s o  t h e Q - f act o r  o f  t h e r es o n at o r  can  b e d et er m i n ed  b as ed  o n   t he  b a nd w i d t h a nd  t he   r e s o na n t  f r e q ue nc y.     S 1 , 1 f   = 1 0 l o g 1 0 s1 , 1b 10   + 1 0 s1 , 1 f0 10     2 ( d B )             (1 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &   C o mp  S c i ,   V o l.   11 , N o .   1 J u l y  2018   :   36   371   364       F i g u r e 1 .  p ar am et er  f o r  t h e r ef l ect i o n   m e t h o d       2.   G EO M ETR Y  D ES I G N  &   M A TH EM A TIC A L A N A L Y S I S   T o d e s i gn a   m i c r o - s t r i p  r i n g  r es o n at o r ,  t h e p r i n ci p l e t h at  can  b e u s ed  t o  en ab l e t h e ch an g e s  o ef f ec t i v e  p er m i t t i v i t y  i f  a n y  d i el ect r i m at er i a l  i s  p l aced  o n  t h s u b s t r at e s u r f ace;  ca u s e t h e ch a n g es   i n   t h e   r e s o na nt   f r e q ue nc y.  T he  r e s o n a nt   f r e q ue nc y i s  d e t e r m i ne d  b us i n g t he  e q ua t i o n o f   f  a s   s ho w n  i n E q ua t i o n   2.     f = 1 2 π L C                   (2 )     W h ile  th e i n d u ct a n ce,   L  can  b e ap p r o x i m at ed  b y :     =   (   ln 8 +   0 . 5 )                 (3 )     R m :   m a i n r a d i us  o f  t he  r i n g   h : H e ig h t o f  th e   s u b s tr a te   w :  T h w i d t h  o f  t h e f eed - l i ne     T h e cap aci t o r ,   C   can  af f ect  t h e r es o n an t   f r eq u e n c y  a n d  i t  can  b e d et er m i n ed  b y  u s i n g  b el o w   e q ua t i o n:     =                        (4 )     A :  A r ea o f  t h e g ap   d :  D i s t an ce o f  t h g ap   ε r : R e la ti v e  p e r m itti v it y  o f  d ie le c tr ic  p r e s e n ts  b e t w e e n  th e  p l a te s     T o  cal cu l at e t h f eed - l i ne   d i m en s i o n  an d  co u p l i n g  t h e f o l l o w i n g  eq u at i o n s  ar e u s ed ,   w h er e t h e f eed - lin e   w id t h  is :     =   0 6 0 +   1 2 + +   1   1 0 . 2 3 + 0 . 1 1               (5 )     =   8 2   2                   (6 )     W h er e d  i s  t h e t h i c k n es s  o f  t h e s u b s t r at e.         , =    4                 (7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       M ic r o w a v e  P la n a r  S e n s o r  fo r  P e r m ittiv ity  D e te r m in a tio n  o f D ie le c tr ic  M a te r ia ls   ( Z ahr i l adha Z ak ar i a )   365   T h e   c ou p l in g   ga p , λ g =   c f ε ef f               (8 )     W h er λg   i s  t he   w a ve l e n gt h a t  t he  gi ve n f r e q ue nc y     E f f . p e r mit tiv ity , ε e =   ε r +   1 2   +   ε r   1 2 1 1 +   12d w           (9 )     C ou p l in g   ga p , L = 0 . 4 2 1 d   ε ef f +   0 . 3 ε ef f   0 . 2 5 8 w d +   0 . 2 6 2 w d +   0 . 8 1 8           ( 1 0 )     T h e m i cr o   -   s tr ip   r e s o n a t o r  s e n so r  i s a  c l o se - l o o p  t r a ns m i s s i o n l i ne .  T o  f o r m  t he  r e s o na nt   f r e q ue nc y,   t h e p o w er  i s  cap aci t i v e co u p l ed  t h r o u g h   t h f eed - l i ne  a nd   t he   ga p  b e t w e e n t he m .  S o ,  t he  r e s o na n t   f r e q ue nc h ap p en s   w h en  t h m ea n  ci r cu m s t a n ces  o f  t h e r i n g  ar e eq u al  t o  t h i nt e gr a l   o f   t he   g ui d e d   w a ve l e ngt h.   2 π r   =   n λ g  f o r  n  =  1  ,2  ,3     F r e q u en c y   d e p e nd e nt , λ g =   λ ε ef f = 1 ε ef f c f             ( 1 1 )     f o =   n c 2 π r ε ef f                   ( 1 2 )     r :  R i n g r a d i us   n :  1,  2,  3…   c : 3 × 10 ^ 8 m / s  ( s pe e d of  l i g ht )   ε eff : E f f e c tiv e  p e r m itti v it y  o f  t h e  s u b s tr a te     D ecr eas i n g  i n   g ap  cau s e t h g ap  cap aci t an ce i n cr eas es  a n d  m ak e t h e co u p l i n g  co n s t r i ct ed .  T h en  t h i n cr eas e i n  g ap  cap aci t an ce e f f ect  t h e r es o n at o r  f r eq u e n c y ;  l o w er   f r eq u en c y .  T h i s  ci r cu m s t a n ce i s   k n o w n  as   ‘p u s h i n g  e f fe c t ’.   T h e ef f ect i v e p er m i t t i v i t y  r eg a r d i ng t he  r e s o na nt  f r e q ue nc y,   f c :     ε ef f = n c 2 π   f c r m 2                   ( 13)     T he  r i ng r a d i us :     O u t er   ra d i u s , R o = r +   w 2                 ( 1 4 )     I nne r   ra d i u s , R i = r   w 2                 ( 1 5 )     Q u a l ity   f a c tor , Q = 2 f c BW                 ( 1 6 )     f c :  R e s o na nt   f r e q ue nc y   B W :  B a nd w i d t h o f  t he  r e s o na n t  f r e q ue nc y     T he  l e ngt h o f  s ub s t r a t e ,   Lg   ca n  b e d et er m i n ed  b y :     L en g t h   of   s u b s tr a te , L g = 2 l +   2 L + 2 R o             ( 1 7 )     W h ile ,  f o r  th e   w id t h  o f  t h e  s u b s tr a te ,  W g     W idth   of   s u b s tr a te , W g = 2 R o + λ g 4             ( 1 8 )     T h r ou g h   t h i s  pr oj e c t  of   m i c r ow a v e   s e ns or ,  t h e  num e r i c a l  r e s u l t   w i l l  be   u s e f or  c i r c u i t  de s i gn  i n t h e   C S T  s of t w a r e .  T h e  s c h e m a t i c  di a g r a m  f or  t h e  pr op os e d r e c t a n gu l a r  de s i gn  s e n s or   i s  s h o w n i F i gu r e   2.   T h e   p ar am et er s  b ei n g  u s ed  ar e i l l u s t r at ed  i n  T ab l e 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &   C o mp  S c i ,   V o l.   11 , N o .   1 J u l y  2018   :   36   371   366     T ab l e 1 .   P a r a m e t e r s  i n d e s i gni ng t he  s i n gl e  p o r t   r ect an g u l ar  r es o n at o r  s e n s o r   P a r a m et er   D e s i g n  v a l u e   S u b s t r a t e :  R o ge r  5 8 8 0   F r e q u e n c y :  4 G H z   S u b s tr a te  t h ic k n e s s   0 . 7 8 7 m m   S u b s tr a te  p e r m it tiv i t y ,     2 .2   L e n gt h  o f  s u b s t r a t e  ( L g )   6 8 . 12 m m   W i d t h o f  s u b s t r a t e  ( W g)   3 8 . 69 m m   F eed - l i n e  le n g th  ( l )   2 5 . 35 m m   O u t e r ri n g  (ro )   8 . 4 m m   I n n e r ri n g  (ri )   5 . 9 m m   Ga p  ( g )   0 . 6 2 m m   W i d t h  o f  f eed - l i n e ( w )   2 . 5 m m       F i gu r e  2.  S c h e m a t i c  di a g r a m   of  t h e  pr opos e r ect an g u l ar  r es o n at o r  s e n s o r         3.   R ES U LT S   A ND D I S CU S S I O N   3. 1.   Si m ul a t e d R e s ul t   T he   s i ng l e  por t  r e c t a n gu l a r  r e s on a t or  s e n s or   w i t h t h e  r e s ona n c e   f r e qu e n c y  of  4  G H z   i s  d e s i gn e d o C S T  s o f t w ar e.  T h e d i m en s i o n  o f  t h e s t r u ct u r e o f  t h e r es o n at o r  s en s o r  i s  cal cu l at ed  b as ed  o n  t h m at h e m at i cal   an al y s i s .  W h i l e,  t h er e ar e t h r ee p ar a m et er s   h av e b ee n   m e a s ur e d  t hr o u g h t he  s e ns o r  l i ke  t he  r e s o na nt   f r e q ue nc y,  Q - f a c to r  a n d  th e  r e tu r n  lo s s   w it h  f i v e  d if f e r e n t s a m p le s  a n d  p e r m itti v it y ; a ir ,  R o g e r  5 8 8 0 ,  R o g e r   4350,  F R - 4 a n d R o g e r  3010.   T he  s e ns o r  i s  c o ns t r uc t e d  b y   us i n g t he  R o ge r  5 8 8 0 w i t h t he  t hi c k ne s s  o f  0 . 787 m m  a n d l os s  t a ng e n t   of  0. 009.   T h e  ba s i c  r e c t a ngu l a r  r e s on a t or  s e n s or  i s  de m o n s t r a t e d i n   F i gu r e  3.  B u t ,  ba s e d on  t h e  S 11 r e s u l t ,   i t   s h o w s  t h a t  t h e  s e ns or  ope r a t e s  on  3. 992 G H z  a n h a s  a  l a r g e  r e t u r n  l os s   w hi c h  i s   - 6. 488 1 dB ;  t h e  t a r g e t e d   r e tu r n  lo s s  is   l e s s  t ha - 10 dB .   A l t h o u g h   t h b as i r es o n at o r   s en s o r   ab l t o   s h o w s   g o o d   p er f o r m a n ce  i n   t h e r es o n an t   f r eq u en c y   an d  al s o  i n  t h e s t r e n g t h  o f  t h e el ect r o m ag n et i f i e l d ,  t h e b as i c d es i g n   n eed s  a  m o d i f i cat i o n .  T h u s ,  a   m odi f i c a t i on  i n  t h e  de s i gn  i s  pr opos e i n  or de r  t o i m pr ov e  t h e  r e t u r n  l os s  of  t h e  r e s on a t or  s e ns or .  T h e   e n h a n c e m e nt   m e t h od i s   i n t r odu c e d i n  t h e  de s i gn t o ov e r c om e  t h e  pr obl e m  of  l o w   pe r f or m a n c e   i n  t he   r e s o na t o r  d ue  t o  t he  l a r ge  r e t ur n l o s s .  F i gur e  4  s ho w s  t he  s t r uc t ur e  o f  t he  r e c t a ng ul a r  s e ns o r   w i t h t h e   e nha nc e m e n t  m e t ho d .             F i g u r e 3 .  T h e b as i c r ect an g u l a r  r es o n at o r  s en s o r .     F i gu r e  4.  T h e  s t r u c t u r e  of  pr opos e d r e s on a t or  s e n s or .       T he   p er f o r m an ce o f  t h e p r o p o s ed  r es o n at o r  s en s o r   w i t h  t h e en h a n ce m en t   m et h o d  i s   m eas u r ed  b as ed   o n  t h e S 1 1  s i g n al  d u e t o  t h e u s ag e o f  t h e r ef l ect i o n   m et h o d .  T h b an d w i d t h  o f  t h e S 1 ,  1  i s  g at h er ed  at   - 3dB   f r o m   t h b as l i n o f   t h r es o n an ce  o f   S 1 1 ;   r ef er   t o   F i g u r 5 .   S o ,   t h e r es o n an ce  f r eq u e n c y   i s   o ccu r r i n g   at   3. 992  G H z  w h i l e  t h e  ba n d w i d t h  of  t h e  S 11 i s  0. 07067 8 G H z .   T h e  Q - f a c t or  of  t h e  pr opos e d r e s on a t or  s e n s or   in  th e   s i m u la tio n  i s  1 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       M ic r o w a v e  P la n a r  S e n s o r  fo r  P e r m ittiv ity  D e te r m in a tio n  o f D ie le c tr ic  M a te r ia ls   ( Z ahr i l adha Z ak ar i a )   367       F i gu r e  5.  T h e  S 1, 1 g r a ph  of  t h e  pr op os e d de s i g n       T h e m at er i al  u n d er   t e s t   ( M U T s )  ar e p l aced  i n  a  m a x i m u m  e l ect r i c f i el d  ( e - f ie ld )  r e g io n  a s  in d ic a te d   i n F i gur e  6  a nd  F i g ur e  7 .   T hus ,  t he  r e s o na t o r  s e ns o r  p r o duc e s  a  r e d uc t i o n i n t he  Q - f a c to r  a s  w e ll a s  th e   r ed u ct i o n  i n  t h e r es o n a n t   f r eq u en c y  a s  as s o ci at ed   w i t h   t h l o s s  o f  t h m at er i al .  T h en ,  t h r es o n at o r  s en s o r  can   b u s ed   t o   m ea s u r t h d i el e ct r i p r o p er t i es   o f   t h MU T s   b y   u s i n g   t h p er t u r b at i o n   m et h o d ;   b as ed   o n   t h e   s hi f t i n g o f  t he  r e s o na nc e  f r e q u e nc y .             F i g ur e  6 .  T he  e - F ie ld   i n t he   R e s on a t or  S e ns or     F i g ur e  7 .  T he   O v e r l ay  S am p l o n t he   Re s o n a t o r   S e ns o r       I n  F i g u r e 8 ,  i t  s h o w s  t h e c h a n g es  i n  t h e r es o n a n t   f r eq u e n c y   af t er  d i f f er en t  t y p es  o f   m at er i a l  i s  p l aced   o n t he  r e s o na t o r  s e ns o r  t hr o ug h s i m u l a t i o n i n C S T  s o f t w a r e ,  t he   f r e q ue nc y   i s   s hi f t e d .  F o ur   s a m p l e s  ha ve  b e e n   t e s te d  lik e  F R - 4,  R og e r  5880,  R og e r  4350 a n d R og e r  3 010 .  T h e  r e s on a n t  f r e qu e n c y   w i t h  t h e  s a m pl e  of  a i r   r e f e r s  to  th e   w i th o u t s a m p le  s itu a tio n .  B e s id e s ,  b a s e d  o n  F i g u r e  8  a ls o ,  it s h o w s  th a t t h e  f r e q u e n c y  is  s h i f te d   t o   t h l o w er   f r eq u en c y   w h en   t h o v er l a y   s a m p l i s   u s ed .   T h i s   s i t u a t i o n   h ap p en s   b ecau s o f   t h m a x i m u m   e le c tr ic  f ie ld  o f  th e  r e s o n a to r  w h e n  it is  p e r tu r b e d  to  th e  s a m p le .  P lu s ,   m o r e  f r in g i n g   f ie l d s  a r e  f o c u s e d  in to   th e  o v e r la y   s a m p le .  T h e  r e tu r n  lo s s  le v e l ( d B )  a ls o  s h o w s  a   v a r ia tio n   w h e n  th e  s a m p l e  is  a p p lie d  to  t h e   r es o n at o r  s en s o r .  T h i s  i s  d u e t o  t h e ef f ect i v e d i el ect r i c co n s t an t .   T h e b ar  ch ar t  i n  F i g u r e 9  s h o w s   t h g r ap h i cal  r ep r es en t at i o n  o f  t h e p er cen t a g e f r eq u en c y   s h i f t i n g  f o r   t h e r es o n a n t   f r eq u en c y .  B as ed  o n  b o t h  d at a r ep r es en t at i o n s ,   i t  s h o w s  t ha t  t he  s e ns i t i v i t y  o f  t he  s e ns o r  c a n b e   r ep r es en t ed  i n  t er m s  o f  r el at i v e s h i f t  i n  r es o n an ce  f r eq u e n c y   w i t h  t h e p er m i t t i v i t y  o f  M U T s .  I t  i s  co n cl u d ed   t ha t  t he   hi ghe r  t he  p e r m i t t i vi t y  o f  t he  s a m p l e s  c a us e s  t he  h i ghe r  t he  p e r c e nt a ge  o f   f r e q ue nc y  s hi f t i n g .  R o ge r   5880 h a s  t h e  l o w e s t  pe r c e n t a g e   w hi c h  i s  2. 6 % ,  f ol l o w e by  R og e r  4350,  8. 4 % ,  F R - 16. 8 %  a n d R og e r   3010,   27. 6 % .  W h e r e  t h e  pe r m i t t i v i t y  o f   R og e r  5880 i s  2. 2,  R og e r  4350 i s  3. 48,  F R - 4 i s   4. 4 a n d R og e r  3010  i s  10. 2.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &   C o mp  S c i ,   V o l.   11 , N o .   1 J u l y  2018   :   36   371   368         F i g ur e  8 .  T he   C ha n ge s   o R e s o na nt  F r e q ue nc wi t h   D if f e r e n t O v e r la y   S a m p le s   i S i m u la tio n     F i g ur e  9 .  T he   P e r cen t ag o F r e q ue nc y  S hi f tin g  o f   D if f e r e n t M U T S       3. 2.   M e a s ur e d R e s ul t   T h e  pr opos e r e s on a t or  s e n s or  i s  f a br i c a t e d on  R og e r  5880  s u bs t r a t e  a n d i t  i s   f oun d t o b e   w or k i ng  on  3. 98G H z o f  r es o n a n t   f r eq u en c y .  F i g u r e 1 0  s h o w s  t h e e x p er i m e n t al   s et u p   f o r  t h e  f ab r i cat ed  s en s o r .  T h ch an g es  o f  r es o n a n t  f r eq u en c y  a n d  r et u r n  l o s s  o f  t h e MU T s  ar e  m eas u r ed  b y  u s i n g  t h e v ect o r  N et w o r k   A n al y zer  ( V N A ) .  T h S 1 1  d at a g ai n ed   f r o m  t h e   m eas u r e m e n t  i s  i m p o r t ed  t o  t h C S T  s o f t w ar e.  B as ed  o n  t h e   S 1 1  r e s u lt,  i t s h o w s  th a t  t h e  r e tu r n  lo s s  is   - 6. 3575dB  a n d t h e  Q - f a c t or  i s  174.  T h e  i m pr ov e m e nt  of  t h e  s e n s or   in  te r m  o f  Q - f a c t or  i s  54% .             F ig u r e  1 0 .  E x p e r im e n ta S e t up   o f t h e   S e ns o r .       W hi l e ,  F i g ur e  1 1  s ho w s   t h e  r e s u lt o f  th e   m e a s u r e m e n t o f  d if f e r e n t t y p e s  o f  M U T s  a n d  p e r m itti v it y .   T he  d a t a  i n F i g ur e  1 1  i s  t he n r e p r e s e nt e d  i n t he  b a r  c ha r t ;  F i gur e  1 2 .   T he  m e a s ur e m e nt  r e s ul t s  s ho w  t ha t  t he   s a m pl e  of   R og e r  3010 h a s  t h e  h i gh e s t  pe r c e n t a g e  of   f r e qu e n c y   s h i f t i ng   w i t h  an  e n o r m o u s  d i f f er en ce o f   f r e q ue nc w he n c o m p a r e d   w i t h t he  r e s o na nt  f r e q ue nc w i t h o ut  s hi f t i ng.  T he  p e r c e nt a ge  o f   f r e q ue nc y   s hi f t i n g   i s   26. 7% .   T h e   l ow e s t   pe r c e n t a g e  of  f r e qu e n c y   s hi f t i ng  h a p pe n s   w i t h   t h e   s a m pl e   R og e r   5880,   f ol l o w e by   R og e r  4350 a n d F R - 4 .  T he   m e a s ur e m e nt  r e s ul t  a l s o  s ho w s   t ha t  t he   hi ghe r   t he  p e r m i t t i vi t y o f  t he  s a m p l e ,  t he   l a r ge r  t he  p e r c e nt a ge  o f   f r e q ue nc y   s hi f t i n g.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       M ic r o w a v e  P la n a r  S e n s o r  fo r  P e r m ittiv ity  D e te r m in a tio n  o f D ie le c tr ic  M a te r ia ls   ( Z ahr i l adha Z ak ar i a )   369         F i gu r e   11.  T h e   C ha nge s   o R e s o na n t  F r e q ue nc y   wi t h   D i f f er en t  O v er l a y   S a m p l es   i S i m u la tio n .     F i gu r e   12.  T h e   P er cen t ag o F r e q ue nc y S hi f t i n o D if f e r e n M UT s .       T h e n ,  th e  s i m u la tio n  a n d   m e a s u r e m e n t r e s u lt s  o f  t h e  s e n s o r   w it h o u s a m p le  ( a ir )  is  d e m o n s tr a te d  in   F i g u r e 1 3 .  T h er e i s  a  s m al l  d ev i at i o n  t h at  o cc u r  b et w een  t h e s i m u l at ed  a n d   m eas u r ed  r e s u l t s .  T h m eas u r ed   r e s o na nc e   f r e q ue nc y i s  s l i g ht l y s hi f t e d   f r o m  t he   s i m u l a t i o n   a nd  t he   m a g ni t ud e  o f   t he  r e t ur n l o s s  i s  h i g he r  t ha n   t h e s i m u l at ed  r es u l t s .  T h i s   s i t u at i o n   h ap p en s  d u e t o  t h m i s m at c h  b et w een  t h f eed - l i n e a n d  t h e co n n ect o r  o f   th e  p o r t.  P lu s ,  it a ls o  h a p p e n s   b ecau s e o f  t h e t o l er an ce o f   f ab r i cat i o n s   w h i ch  l i m i t s  t h e s i m u l at i o n  acc u r ac y .   T h e  r e s u lt s h o w n  i n  F ig u r e  1 3  illu s tr a te s  th a t th e  p e r f o r m a n c e  o f  th e  f a b r ic a te d  r e s o n a to r  s e n s o r  is  in   a  go o d  a gr e e m e nt   w i t h t he   s e n s o r  i n t he  s i m u l a t i o n.  B y   us i n g t he   m e a s ur e d  d at a,  t h e r el at i o n s h i p  b et w ee n  t h e   s h i f t i ng  of  r e s o n a n t   f r e qu e n c y  a n d t h e  s t a n da r d pe r m i t t i vi t y  c a n  be   m ode l e d b y  us i n g t h e  s e c o n d or de r   p o ly n o m ia l.  I t is  t h e  d e r iv a tio n  o f   n u m e r ic a m o d e w h ic h  i s  u s e d  to  c a lc u la te  t h e  p e r m it tiv it y  o f   th e  M U T .   T h e d er i v at i o n   m o d el  ap p l i ed  t h e cu r v f i t t i n g   m et h o d  i n s t ead ;  r ef er  t o  F i g u r e 1 4 .  T h en ,  t h m eas u r ed   p er m i t t i v i t y  o f  t h e t e s t ed  MU T  i s  m at h e m at i cal l y  ex p r es s ed  as  E q u at i o n  1 9 .       ε r =   2 1 . 2 5 f ( x ) 2 +   1 2 8 . 5 f ( x ) 1 7 3 . 9             ( 19)             F i gu r e  13.  C o m pa r i s on  be t w e e n   S i m u la te d   a nd   M eas u r ed  R es u l t s   ba s e d on  t he  S 11 .     F i g ur e   14 T h e   R e la tio n s h ip   b et w ee n  t h Re s o n a n t   F r e q ue nc a nd   P e r m itti v it y .       F r o m  T a b le  2 ,  it s h o w s  th e  r e s u lt o f  th e  c a lc u la te d  p e r m itti v it y .  T h e  e r r o r  o f  th e  p e r m itti v it y   r e g a r di n g t h e  us a g e  of  E qu a t i on   19 i s  i n  t h e  r a ng e  o f  0. 2%   t o 8% .  T h e  h i gh e r  t h e  pe r m i t t i v i t y  of  t h e  s a m pl e ,   t h e l o w er  t h e er r o r .       T ab l e 2 .   T he   C a lc u la te d  P e r m i ttiv it y   ba s e d on   E q ua t i o 19   M U Ts   F r e q u e n c y   ( GH z )   P e r m it tiv i ty ,     C a l c u l at ed     E rro r (% )   Ai r   3 . 9 8   1   0 . 9 21 5   7 . 8 5   R og e r   5 8 8 0   3 . 9 4 4   2 .2   2 . 3 57 4   7 . 1 5   R og e r  4 3 5 0   3 . 9 2   3 . 4 8   3 . 2 8 4   5 . 6 3   FR - 4   3 . 8 9   4 .4   4 . 4 1   0 . 2 3   R og e r  3 0 1 0   3 . 7 1 6   1 0 . 2   1 0 . 17   0 . 2 9   4.   C O M P A R ED  W I TH  EX IS T IN G  R ES O N A TO R  S EN S O R   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   25 02 - 4752   I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &   C o mp  S c i ,   V o l.   11 , N o .   1 J u l y  2018   :   36   371   370   T w o  j o u r n al s   h av b een  d i s c u s s ed  ab o u t   t h r es o n at o r   s e n s o r   w h i ch  ar b ei n g   u s ed   f o r   d i el ect r i c   ch ar act er i zat i o n  o f  M U T s  b as ed  o n  t h e p er m i t t i v i t y  ar e co m p ar ed  t o  t h e p r o p o s ed  s en s o r .  B o t h  o f  t h e j o u r n al s   pr op os e d t h e  s a m e   i de a  of  de s i gn   f or  t h e  r e s on a t or  s e n s or ;   ba s e d on  t h e  c o m pl e m e n t a r y   s pl i t  r i ng  r e s on a t or   ( C S R R )   s t r uc t ur e .   O nl t he   s ha p e   o f   t he   d e s i g n   is   d i f f e r e n t;  o n e   is   c ir c u la r   w h ile   t h e   o t h e r   is   r e c ta n g u la r .   E a c h d e s i g n ha s  i t s  o w n  a d va n t a ge  a nd  d i s a d va nt a ge s .   T ab l e   3   s h o w s   t h t ab u l at ed   d at w h i ch   h av b een   co m p a r ed   w i t h  t h p r o p o s ed   r es o n at o r   s en s o r .   T h e co m p ar i s o n  i s   m ad e b as ed  o n  t h e  r es o na nc e   f r e q ue nc y ,  Q - f act o r  an d  t h e r et u r n   l o s s .  F r o m  t h e t ab l e,  i t   s ho w s  t ha t  t he  p r o p o s e d r e s ona t o r  s e ns o r  ha s  t he  h i g he s t  Q - f a c t or  c om pa r e d t o ot h e r  t w o de s i gns .  B u t ,  t h e   r e t u r n  l os t  of  t h e  pr opos e d s e n s or  i s   t h e   l o w e s t .  T h e  r e s ul t   of  t h e  pr opos e d s e n s or   i s  d ue   t o  t he   us a ge  o f   t h e   en h a n ce m en t   m et h o d  i n  t h e d es i g n   w h er e i t  i n t r o d u ces  t h p u s h i n g  ef f ect ” o n  t h e s en s o r .   T h e m e t h o d  b ei n g   u s e d b y  t h e  M   A r i f  H us s a i n   e t  [ 17]  s h o w s  t h e  oppos i t e  r e s u l t  c o m pa r e d t o t h e  pr opos e d r e c t a n gu l a r  s e n s or   w h er e t h e s e n s o r   h a s  a  ve r y l o w   Q - f a c to r ,   6 4   b u t h e   r e tu r n   lo s s   c a n   a c h ie v e d   u n til  - 22. 34dB .   T h e n ,  e a c h  o f   t h m e t h o d s   h as  a d i f f er en t  l e v el  o f  r es o n a n ce  f r eq u en c y .       T ab l e 3 .   C om pa r i s on  be t w e e n   D i f f er en t  T ech n i q u es   w i t h t he   P r o pos e d S e n s or   ( 20, 21)   Me t h o d   S p e ci f i cat i o n s   F r eq u en c y  ( G H z)   Q - f act o r   S 2 , 1 / S 1 , 1  ( d B )   [ 1 7]   2 . 6 5   8 0   - 2 1 . 0 0   [ 1 8]   1 . 2 8   6 4   - 2 2 . 3 4   P r o p os e d  s e n s o r   3 . 9 8   1 7 4   - 6 . 3 57 5       T h e p er cen t ag e o f  er r o r  i s  cal cu l at ed  i n  o r d er  t o  m eas u r e t h e accu r ac y  o f  t h e p r o p o s ed   r ect an g u l ar   s en s o r .   T h d at a i s   r ep r es en t ed  i n   T ab l e 4 .   T h r o u g h  t h t ab u l at ed  d at a,   i t   s h o w s   t h at  t h p r o p o s ed  s en s o r   g ai n s  t h e l o w er  r an g e o f  er r o r   co m p ar ed  t o  t h e ex i s t i n g  s en s o r .   T h e p e r cen t ag e o f  er r o r  i n   t h e p er m i t t i v i t y   f o r   t h e  pr opos e d s e n s or  i s  0. 29 %  t o 7. 85% ,  w hi l e  f or  t h e  e x i s t i n g  s e n s o r ,  t h e p er cen t a g e o f  t h e er r o r  i n  t h pe r m i t t i v i t y  i s  0. 57%  t o 12. 70 %  i ns t e a d.       T ab l e 4 .   M eas u r e m en t   A c cu r acy   o f t h e   P r opos e d  S e n s or   i Co m p a r i s o n   w i t h t he   E xi s t i ng   R e s on a t or  S e n s or   ( 20, 2 2 24 )   M U Ts   S td .  p e r m i tt iv i ty ,     E xi s t i n g  s e n s o r   P r o p os e d  s e n s o r     %  o f e rro r     %  o f e rro r   Ai r   1   1 . 0 8   8 .0   0 . 9 21 5   7 . 8 5   R og e r  5 8 8 0   2 .2   1 . 9 2   1 2 . 70   2 . 3 57 4   7 . 1 5   R og e r  4 3 5 0   3 . 4 8   3 .5   0 . 5 7   3 . 2 8 4   5 . 6 3   FR - 4   4 .4   4 . 1 5   5 . 6 8   4 . 4 1   0 . 2 3   R og e r  3 0 1 0   1 0 . 2   -   -   1 0 . 17   0 . 2 9       W h i l e a n al y zi n g  T ab l e 4 ,  i t   s h o w s   t h at  t h e p er cen t a g e o f  e r r o r  i n  t h e  p r o p o s ed  s en s o r  i s  d ecr eas ed   l i n ear l y .  T h e h i g h er  t h e  p er m i t t i v i t y  o f  t h e M U T s ,  t h e l o w er  t h e p er cen t ag e o f  er r o r  i n   t h r ect an g u l ar  s e n s o r .   B u t,  f o r  th e  e x is tin g  s e n s o r ,  th e  d a ta   ar e t ak en   f r o m   v ar i o u s   s o u r ces .  T h u s ,  i t  can n o t  b e an al y zed  b as ed  o n  t h e   l i ne a r i t y  o f  t he  e r r o r .  B ut ,  i n t he  e xi s t i ng  s e n s o r ,  t he  hi ghe r   e r r o r  i s  ga i ne d   w he n t he r e  i s   R o ge r  5 8 8 0  t ha t  a c t   as  t h e s a m p l w h i l e t h e l o w e s t  er r o r  i s  g ai n ed   w h e n  t h R o g er  4 3 5 0  ac t s  as  t h e s a m p l e.  W h en  t h er e i s   n o   s a m p l e  o ve r l a y o n t he  s e ns o r ,  t he  e r r o r  i s  8 % .  F o r  t he  F R - 4  s a m p le ,  th e  e r r o r  o f  th e  p e r m itt iv it y  is  5 . 6 8 % .       5.   CO NCL U S I O N   T h e r ect an g u l ar  r es o n at o r  s e n s o r   w i t h  t h e  e n h a n ce m en t   m et h o d  i s  p r o p o s ed  i n  t h i s   p ap er .   T h pr op os e d   de s i gn  of  t h e  r e s o n a t or  s e ns or  i s  a bl e  t o i m pr ov e   t h e  r e t u r n l os s  of  t h e  ba s i c  r e c t a n gu l a r  r e s on a t or   se n s o r ;  l e ss  t h a n   - 10dB .  R e g a r di n g   t h e  s i m ul a t e d r e s u l t ,  i t  s ho w s  t h a t  t h e  pe r f or m a n c e  o f  t h e  pr opos e d s e n s or   i s  i n   g o o d  ag r ee m en t   w i t h  t h e  cal cu l at ed  r es u lt.  W h ile ,  b y  m e a s u r in g  t h e  p e r m itti v it y  o f   th e  k n o w n   s a m p le s ,   i t  i s   f oun d t h a t  t h e  pe r c e n t a ge  of  e r r or  f or  t h e  pr opos e d s e n s or  i s   f r o m  0. 2%  t o 8% .  T h e  s e n s i t i vi t y  a n d   accu r ac y  o f  t h e  s e n s o r   h as  b e en  a n al y zed  i n  t er m s  o f  Q - f a c t or  a n d r e t u r n  l os s .  I n  a ddi t io n ,  it i s   n o te d  th a t t h e   s h i f t i n g  o f  t h e r es o n an ce  f r eq u en c y  i s  af f ect ed  b y  t h e p er m i t t i v i t y  o f  t h e s a m p l e.  T h e h i g h er  t h e p er m i t t i v i t y   o f  t h s a m p l es ,  t h e   l o w er   t h e   r es o n an ce   f r eq u en c y .   T h u s ,   t h f ab r i cat ed   r es o n at o r   s e n s o r  i s   s u i t ab l t o  b e   a p p lie d  in  t he  r e a l  l i f e  l i ke  i n t he  f o o d  i nd u s t r y ,  a gr i c ul t ur e  a nd  s o  o n.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nd o ne s i a n J  E l e c  E ng  &  C o m p  S c i     I SSN :   2502 - 4752       M ic r o w a v e  P la n a r  S e n s o r  fo r  P e r m ittiv ity  D e te r m in a tio n  o f D ie le c tr ic  M a te r ia ls   ( Z ahr i l adha Z ak ar i a )   371   ACK NO W L E D G M E NT   T hi s   w o r w a s   s up p o r t e d  i n   p a r t  b y U T e M  Z a m a l a S c he m e  a nd   i p a r t  b y U ni ve r s i t i   T e kni ka l   M al a y s i a Me l ak a ( U T eM)  u n d er  r es ear ch  g r an t  J U R N A L / 2 0 1 8 / F K E K K / J 0 0 0 0 1 .       R EF ER EN C ES   [ 1]   R ah m an  N A ,  Z ak ar i a Z ,  R ah i m  R A ,  D as r i l  Y ,  M o h d  B ah ar  A A .   " P l an ar  M i cr o w av e S en s o r s  f o r  A ccu r at M eas u r e m en t   o f   M at er i al   C h ar act er i zat i o n :   A   R e v i e w ",   T E L K O M N I K A  ( T e l e c om m uni c at i on C om p ut i n g   E l e c t r oni c s  a nd C on t r o l) .  2 01 7; 6 2( 2 74) : 56 46 04.     [ 2]   Z ar i f i  M H ,  D an es h m an d  M ,   " No n - C on t a c t  L i qui d S e ns i ng  U s i ng   H i g h R e s ol ut i o n M i c r ow a v e ",   I E E E  M T T - S  I n M i cr o w  S ym p .  2 01 5; ( M A Y  20 15) : 1 4   [ 3]   Ho r e s t a ni  A K ,   A bbot t  D ,  F um e a ux  C ,   " D i s pl a c e m e nt  S e ns or  B a s e d on D i a m ond - S ha pe d T a pe r e d S pl i t R in g   R e s ona t or ",   I E E E  S e n s  J .  2 01 3; 1 3( 4) : 11 53 60 .     [ 4]   L i   G , Z h a o  X , We n  D , Y u  Y ,   " R es e ar ch  o n  E l ect r o m a g n et i c E x ci t at i o n  R es o n an t  S en s o r  B as ed  o n   M i cr o el ect r o m ech an i cal  S y s t e m ,"   T E L KO M NIKA   ( T e l e c om m uni c at i on C om p ut  E l e c t r on C ont r ol ) 201 5; 13( D e c e m be r ) : 1121 6   [ 5]   L ee  C ,  Y an g  C ,   " S i ng l e  C o m pound C  om pl e m e nt a r y  S pl i t - R i ng  R e s o ona t or  f or  S i m ul t a ne ous l y  M  M e a s ur i ng   P e r m ittiv ity  a n d  T h ic k n e s s ",   201 4   I E E E  M T T - S I nt  M i c r ow   Sy m p .  201 4; 1 3   [ 6]   W a l dr on I ,   " R i n g  R es o n at o r  M et h o d  f o r  D i el ect r i P er m ittiv it y  M e a s u r e m e n ts  o f   F o am s , "   S co t t  B i ed er m an  T h es i s   C om m   G e n M ot .  2 00 6; 6 5.     [ 7]   S ur e n da r  R ,  J a c ks on B ,   " D i el ect r i c C h ar act er i zat i o n  u s i n g  M ean d er  R es o n at o r  s en s o r ",   I nt  J  R e s  E ng A dv  T e c hno l 201 3; 1( 3) : 1 4   [ 8]   L ee C - S ,  Y a n g C - L,   " T h ic k n e s s  a n d   P e r m ittiv ity  M e a s u r e m e n t  in  M u lti - L a ye r ed  D i el ect r i c S t r u ct u r es  U s i n g   C o mp le m e n ta r y  S p lit - R i ng  R e s ona t or s " ,   I E E E   S en s  J [ I n t er n et ] .  2 01 4 M a r ; 14( 3) : 6 95 70 0.  A va i l a b l e   f r o m :   ht t p: / / i e e e x pl or e . i e e e . or g / l p doc s / e pi c 03 / w r a ppe r . ht m ? a r nu m be r = 66360 56   [ 9]   B o y b a y  MS,  R a m a h i  O M,   " No n - D es t r u ct i v e T h i ck n es s  M eas u r e m e n t  Usi n g  Qu a si - S t at i c R es o n at o r s ",   I E E E   M ic r o w  W ir e l C o m p o n e n ts  L e tt [ I n te r n e t ] .  20 1 A pr ; 23( 4) : 2 17 9 .  A v ai l ab l e f r o m :   ht t p: / / i e e e x pl or e . i e e e . or g / l p doc s / e pi c 03 / w r a ppe r . ht m ? a r nu m be r = 64760 35   [ 1 0]   M u s t af a R ,   " R i ng  R e s ona t or  w i t h s i ng l e  g a p f or  M e a s ur e m e nt  of   D ie le c tr ic  C o n s ta n ts  o f  M a te r ia ls ",   U n i v G a vl e .   201 3; ( J u ne ) .     [ 1 1]   K u m ar   A ,  S h ar m a S ,   " M eas u r em en t  O f  D i el ect r i c C o n s t an t  A n d  L o s s  F act o r  O f  T h e D i el ect r i c M at er i al  A t   M i cr o w av e F r eq u en ci es " ,   P r og E l e c t r om agn   R e s .  20 07 ; P I E R  69 : 47 54 .     [ 1 2]   B üy ük öz t ür k  O ,  Y u T Y ,  O r t e g a  J A,   " A   m e t hodol og y  f or  de t e r m i ni ng  c om pl e x  pe r m i t t i v i t y   of  c ons t r uc t i o n   m at er i al s  b as ed  o n  t r an s m i s s i o n - onl y  c ohe r e nt ,  w i de - ba ndw i dt h  f r e e - s p ace m e as u r e m en t s ",   C e m   C onc r  C om pos 200 6; 28( 4) : 3 49 59 .   [ 1 3]   A l a h n o m i  R A , Z a k a r i a  Z , R u s l a n  E , A b  R a s h i d S R ,  M o hd  B ah ar  A A ,   S h aab an   A ,   " M i cr o w av e b i o - s e ns or  ba s e d o n   s y m m e tr ic a l s p lit r in g  r e s o n a to r   w ith  s p u r li n e  f ilte r s  f o r  th e r a p e u ti c  g o o ds  de t e c t i on" ,   P L oS  O ne .  20 17; 12( 9) .     [ 1 4]   A m y r u l   A zu an  M B ,  Z ak ar i a  Z ,   R a s h i d  S R A,  I s a   A AM ,   Al a h n o m i   R A,  " D ie le c tr ic  A n a l y s is   o f  L iq u id   S ol ve n t s   Usi n g  M i c r ow a ve  R e s ona t or  S e ns or  F or  H i g h" ,   M i cr o w  O p t   T ech n o l  L et t .  2 01 7; 5 9( 2) : 3 67 71 .     [ 1 5]   S t eel e C W ,   " A  N onr e s ona nt   P e r t ur ba t i on T he or y ",   I E E E  T r a n s  M i cr o w  T h eo r y T ech .  19 66 ; M T T - 1 4( 2 ) : 70 4   [ 1 6]   P ri c e  R,  Re e d  R,  R o b e rt s  CA ,   " P er t u r b at i o n T he or y  f or  R e s o n a n t C a v itie s " ,   I E E E  T r ans  A nt e nnas  P r op ag 196 3; 11( 5) : 5 87 8.     [ 1 7]   C he n L F ,  O ng  C K ,  N eo  C P ,   V ar ad an  V   V . ,  V ar ad a n  V K ,   " M i cr o w av e E l ect r o n i cs  M eas u r e m en t a n d  M A te r ia C h ar act er i zat i o n " ,   J ohn  W i l e y   &   Sons  L t d ;   19 71 .  0 - 47 0 p .     [ 1 8]   A zu an   A ,  B ah ar  M ,  Z ak ar i a Z ,  I s A A ,  R us l a n E ,  A l a hnom i  R A .   " A  R e v i e w  of  C ha r a c t e r i z a t i on T e c hni que s  f or   M at er i al s  ’  P r o p er t i es  M eas u r em en t  U s i n g  M i cr o w av e R e s o n an t   S en s o r " J T el eco m m u n  E l ect r o n  C o m p u t  E n g 201 5; 7( 2) : 1 6   [ 1 9]   K aj f ez D ,   " Q - f a ct o r  m e as u r e m en t  w i t h  a s cal ar  n et w o r k  an al y s er ",   I E E  P r o c - M i c r ow  A nt e nnas  P r op ag 199 5; 14 2( 5) : 36 9 7 2.     [ 2 0]   B o y b a y  MS,  R a m a h i  O M,   " M at er i al  C h ar act er i zat i o n  U s i n g  C o m p l em en t ar y  S p l i t - R i ng  R e s ona t or s ",   I E E E  T r a n s   I n st ru m M e a [ I n t e rn e t ] .  2 01 2 N ov ; 61( 11) : 30 39 4 6 .  A v ai l ab l f r o m :   h ttp : //ie e e x p lo r e . ie e e . o r g /lp d o c s / e pi c 03 / w r a ppe r . ht m ? a r nu m be r = 62285 32   [ 2 1]   A n sa r i   M A H,   Jh a  A K,  A k h t a r  M J,   " D e s i g n a nd A ppl i c a t i on  of  t he  C S R R - B a s e d P l a na r   S e ns or  f or   N oni nv a s i v e   M e a s u r e m e n t o f  C o m p le x  P e r m i ttiv ity ",   I E E E  S en s  J [ I n t er n et ] .   201 5 D e c  [ c i t e 20 15 N ov  12 ] ; 15( 12) : 71 81 9 A v a ila b le   f r o m :  ht t p: / / i e e e x pl or e . i e e e . or g / l pdoc s / e pi c 03/ w r a ppe r . ht m ? a r num be r = 72087 84   [ 2 2]   R us ni  I M ,  I s m a i l  A ,   A l ha w a r i   A R H ,  H a m i don M N ,  Y us of  N A .   " An  Al i g n e d - G ap  an d  C en t er ed - G ap  R ect an g u l ar   M u lti p le  S p lit R in g  R e s o n a t o r  f o r  d ie le c tr ic  s e n s in g  a p p lic a tio n s ",   S e n so rs ( B a s el )  [ I n t er n et ] .   20 14 J a n [ c i t e d 2 01 N ov  12 ] ; 14( 7) : 1 31 34 4 8 .  A v a ila b le  f r o m ht t p: / / w w w . pubm e dc e nt r a l . ni h . g o v / a r t i c l e r e nde r . f c g i ? a r t i d= 4168 46 6& t ool = pm c e nt r e z & r e nde r t y pe = a bs t r a c t   [ 2 3]   L ee C ,  Y an g  C .   " C o m p le m e n ta r y  S p lit - R i n g  R es o n at o r s  f o r  M eas u r i n g  D i el ect r i c   C ons t a nt s   a n d L os s   T a ng e nt s ",   I EEE M ic r o w  W ir e l C o m p o n e n ts   L e tt .  2 01 4; 2 4( 8) : 5 63 5   [24]   A l ah n o m i  R A ,  Z ak ar i a Z ,  R u s l an   E ,   M o hd  B a ha r .  A A ,   A b R a s hi S R ,   " H i g h  s en s i t i v e m i cr o w av e s en s o r  b as ed  o n   s y m m et r i cal  s p l i t  r i n g  r es o n at o r  f o r   m at er i al  ch ar act er i zat i o n ",   M i c r ow  O pt  T e c hnol  L e t t  [ I nt e r ne t ] .  2 01 S e p; 5 8( 9) : 21 06 1 0.  A v a i l a bl e  f r om :  ht t p: / / d oi . w i l e y . c o m / 10. 10 02/ m op. 299 79   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.