TE LKOM NI KA  Te le c om m unica tion,  C omp u tin g,  El e ctroni cs and  Contr ol   Vo l.   18 ,  No.   1 ,  Febr uar y   2020 , pp.  99 ~ 105   IS S N: 16 93 - 6930, acc red it ed   First G ra de by  Kem enr ist ekd i kti, D ec ree  N o: 21/E/ KP T/ 2018   DOI: 10. 12 928/ TELK OMN I KA.v1 8i1 . 14880     99       Journ al h om e page :  http: // jo ur nal. uad.ac .id /i nd ex. php/TE LKOMNIKA   Accur ate cha racteri zati on s o f m aterial usi ng    microw ave  T - res onato r for s olid s ensing a pp lications       Ra m ma h  A.   A lahn omi 1 , Z . Z ak aria 2 , Z ulkaln ain  Mohd  Y us sof 3 , T ole  Sut ikn o 4 ,    H.  S ariera 5 , A myrul  Az ua n   Mohd B ahar 6   1,2,3,5 Cent re   for T el e comm unic at i on  Resea r ch and   Innova t ion  (C e TRI),     Univer siti   Te kn i kal   Ma lay sia   Me la ka   (UTe M),   M al a y si a   6 Inte l   Microele ctronics,   B a y an   L e pas  Free   Industri al   Zone,  Mal a y si a   4 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Univ ersitas Ahm a d  Dahlan,  Yog y ak art a ,   I ndonesia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug  20, 201 9   Re vised  N ov   12 ,   2019   Accepte d  Dec  22, 201 9        The   topi c  of  m icrow ave   sensors   i n  enc losures  is  one  of  the   m ost  a ct iv e  are as   in  m at er ia l   char ac t eri z at ion   rese arc h  today   du e  to  it s  wid e  app l ic a ti ons  in   var ious  industries.  Surprisingl y ,   a  m ic rowave   s ensor  te chnol og y   has  bee n   comprehe nsively   inv esti ga te d  a nd  the r e  is  a n  industr y   d emand  for  a n   ac cur ate  instru m ent   of  m at erial  ch ara c te r iz a tion  such  as  food  industr y ,   qual ity   cont ro l,  che m ic a l  compos it ion  anal y s i s  and  bio - sensing.   The s e   ac cur ate  instruments  have   th e  ability   to  under st an d  the   prope rt ie s  of  m at eri a ls  compos it ion  b ase d  on  chem ic al ,   ph y s ic a l ,   m agne t ic,  a nd  el e ct r ic  cha ra cteri sti cs.   The ref or e,   a  des ign  of  the   T - res onat or  has  be en   int roduc ed  and  inve stig at e d  for  an  ac cu rat e  m ea surem e nt  of  m at eri al  prope rti e s   cha ra cteri z at ions .   Thi s  sensor   is  designe d   a nd  fab r icat ed  on  a     0. 787  m m - thi ckne ss   Roger  5880  subs tra te   for  th e  first  resona n t  f req uency   to   resona te   a t  2. 4  GH z  under   unloa ded  conditions.   Vari ous  standa rd  die lectr i c   of  the   sam ple   u nder   te st  (SU T)  are   te sted  to  v al id at e  the   sensi ti vity   whi c h   m aki ng  it   a  pro m ising  low - cost,   compac t  in   size ,   ea s e  of  f abr ic a ti on  and   sm al l  SU T  pre p ara t ion  for  appl i ca t ions  req uiri ng   novel   sensing  technique s  in   qual ity   and   con tr ol  industries.   Ke yw or d s :   Ma te rial s ch ar act erizat ion   Mi cro se ns ors   Mi cro wa ve res on at or s   T - res onat or     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Zahr il ad ha  Zaka ria,   Ce ntre fo r  Tel e com m un ic at ion  Resea rch an d I nnovat ion (C eTR I) ,     Faculty  of  Ele c tro nics and C om pu te r  En gin e erin g,   Un i ver sit i Te knikal M al ay sia  Mel aka (UTe M),     Hang T ua h  Jay a, 76 100 D ur ia n  T unggal , Me la ka,  Mal ay sia .   Em a il :  zahr il adh a@ utem .ed u.m y       1.   INTROD U CTION   A  la rg e  a nd  gr ow i ng   body  of  li te ratur e  has  inv est igate d  m ic rowav e  res onat or  sens or  f or   m at erial s   char act e rizat ion .  T he  m os t  i m po rtant  of   char act e rizi ng  the  m a te rial s   is  to  know  the  com po sit ion   a nd   pro per ti es  of   t he  m a te rial s  in  relat ion   to  ph ysi cal ,  che m ical,  m agn et ic ,  and   el ect ri c  cha racteri zat ion.  S ever al   ty pes  of   se nsors  hav e  bee n  us e d  f or   m at erial s  char ac te rizat ion   su c h  as  wa vegui de  res on at or   [1,   2] ,    diele ct ric   [3,  4] ,  an d  c oa xial  probe  se nsor  [5 - 7]   due  t o  thei r  ad va nt ages  of  ha ving  high - Q  factor   a nd   sensiti vity .  H oweve r,  ap proac hes  of  this   ki nd  ca rr y  with  t hem   var io us  we ll - known   lim itati on s,   inclu di ng  hi gh  cost  to  fa bri cat e  du e  t o  the d e sign   str uct ur e  c om plexity   and   hav i ng   a  a  la rge  siz e.  These  li m i tation s  relat ing   t o    the  conve ntional   dev ic es  were  su bject ive  an d  wer e  the refo re  le d  to  propo se  planar   re son at or   sens ors  be caus e   of   it s  a dv a ntag es  an d  dr a wb a cks  of   ha ving  a  com pact  in  siz e,  sim plicity ,  ease  of  fa br ic a ti on ,  a nd  m ini m iz in g  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l ,  V ol.  18 ,  No.  1 ,  Fe bruary  2 02 0:    99   -   105   100   the  m anu fact ur i ng   cost  wh ic h  m akes  them   su it able  f or  bi o - sensing  a nd   chem ic al   detect ion     app li cat io ns   [8 - 10] .  The refor e ,  well - est a blishe d  m ic rowav e  res on at or  sens ors  with  hi gh   acc ur a cy   and  sensiti vity   m ea su rem ents  are  require d  f or   producin g  im po r ta nt  inf or m at ion   f ro m   the  sa m ple  unde r  te st  of   a ny   m at erial s,  li qu id,  s olid , a nd g a ses  [ 11 - 20 ] .   A  com m on   m et hod  is  dem on strat ed  i n  [ 21]   and   [22]   w her e  the  a utho rs  us e d  a  half - wa ve  li ne   transm issi on   re so na tor   to   fi nd  the  qual it y  fac tor.  I n  ge ner al ,   as  obser ve d  from   the  pri or  st ud ie s ,  the   half - wave   resonato r  was   us ed  to  deter m ine  the  trans m issi on   li ne  at te nu at io n  that  can  be  sim pl y  m easur ed  at   hi gh   fr e qu e ncies  a nd  it   is  diff ic ult  to  ob ta i n  high   accu racy  m ea su rem ent  f or  hi gh   fr e quen ci es  due  t o  the   ra diati on   losses  cause d  by  couplin g  ga p  as  dem on stra te d  in  Fig ur e  1.  Theref or e ,  au thor  m otivati o n  f or   this  stu dy   is  to  dev el op   a  qua r te r - hal f  wa ve  r eso nator   to  re du ce  the  rad ia t ion   losses  ca use d  by  co up li ng  ga ps   an d  i m pro ve     the  m easur em ent  accuracy  wit h  m ini m iz i ng   the  ci rc uit  siz e.  The  ai m   of   t he  pr ese nt  work   is  to  devel op   a   qu a rter - wa ve  T - res onat or  f or   c har act e rizi ng   s olid  m ater ia l  prop e rtie s.  A naly sis  of  m at he m a ti ca l  an d  theo reti cal   cal culat ion s   ha s  be en  dem on strat e d  in   order  to  de sign  the  T - res on at or.  T he  pa per  al so  at tempts  to   pro vid e  a  m ore   detai le d  inv e sti gation  re gardin g  the  eff ect s  of   te sti ng   a  com plete   or   part ia l  sa m ple   un der   te st  (S U T).  T he  T - resonato r  sen s or  ca n  be  use d t o  dem on strat e  the p ote ntial  o f  this ap proach and  it s su it abili ty  f or   the se ns in g  a ppli cat ion s s uc h as  qu al it y co ntro l  of the  f ood i ndus try  a nd b i o - se ns i ng.           Figure  1. Half - wav e  li ne reso nato r  str uctu re  for  m easur in g at te nu at io n       2.   RESEA R CH MET HO D   Figure  2  dem on st rates  the  desig n  of  the  T - res on at or   on   a  diele ct ric  su bs trat e.  I n  this  pap e r ,     a  Rog er  RT/ D uroid  5880  is  us e d  as  substr at e  m at erial s   with  a  diele ct ric  con sta nt  of  2.2,  a  loss  ta ngent  of   0.000 9,   c oppe r  thick ness  of   0.07  m m   and  thick ness  of   0.787  m m .  The  cro s s  dim ension   of  the  propose d    T - res onat or  is  34.38 x24.1 9  m m   as  width   an d  le ngth   resp e ct ively .  The  w idth  of  the  m i cro st rip  li ne  is   set   at     2.5  m m   to  pr ov i de  a  cha ra ct erist ic   i m pe dan ce  of   50     at   op erati ng  fr e quen cy   of  2.4  G Hz.   T able  1  dem on strat es t he param et er s pecifica ti on for t he  T - res onat or se ns or  desi gn.       Table  1.  T he  param et ric   sp eci ficat ion s  f or  t he  d esi gn of the   T - res onat or   Para m eters   Valu e   Wg   3 4 .38   m m   Lg   2 4 .19   m m   w   2 .50   m m   Lf eed   1 7 .19   m m   Lstu b   1 3 .69   m m   Lh   7 .00   m m   ws   0 .75   m m       The  m ic ro strip  li ne  wi dth   can  b e  f or m ulate d usin g  t he  f ollo wing e qu at io n from   [23] :             = 120 √  [ + 1 . 393 + 0 . 667  ( + 1 . 444 ) ]           ( 1)               = + 1 2 + − 1 2 1 √ 1 + 12           ( 2)     wh e re  εr  is  the  su bst rate   per m itti vity ,   W   is  the  width   of   the   m ic ro strip  cond ucto r  li ne,  h  is     the  thick ness   of  s ub st rate,  εef f  is  the  diele ct ric  effe ct ive  pe rm i tt ivity  fo r   the  m ediu m   of  a  hom og en ou s  that  rep la ces  the  ai r   reg io n  a nd   th e   diele ct ric  of   the  m ic ro strip.  The  co pper  tra ce  of   the  m ic ro strip  li ne  widt h  W   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Accur ate char acteri za ti ons  of  m ateri al u si ng   microw ave  T - reso nator …  ( Ra mmah A.  Al ahnomi )   101   m at ched  w it h  a n  in pu t a nd   ou t pu t  50  Ω SM A  co nnect ors a nd V ect or   Netw ork  A naly zer. The ope n - e nde d  stu b  le ng th   is  sel e ct ed  as  a   qua rter  wav el e ng t h  at   2.4  GH z   operati ng  fr e qu e ncy.  The   stub   le ngth  c an  be   appr ox im at ely m od el ed  by t he  fundam ental  eq uatio n f or  a  re sonat or of  qu arter - wa ve  [24] :               =  4 √            ( 3 )     w he re:  n  is  the  resonan ce  or de r  (n   =   1,   3,   5,   …),   c  is  the  li gh t  sp eed ,  f  is  t he  res on a nce  f reque ncy,  and   εeff  is    the  diele ct ric  eff ect ive  c onsta nt.   T he  Q - facto r  of  resona nt  fr e quency  ca n  be   found  by  us in g    the foll owin g  e qu at io n:             = .           ( 4)     w he re  Q  is  the  m easur em ent  of  qual it y - facto r,   fo   i s  the  res onan t  fr e qu e ncy  ( MHz),  a nd  B . W   i s     the b a ndwi dth   at  3 dB  ( M Hz) .             Figure  2 .  Co nf i gurati on  of   T - r eso nator se ns or a nd the se ns i ng area  where  the m axi m u m  elec tric  f ie ld loc at ion   (r e d  c olor s hows  th e m axi m um )  wh ic h  i nd ic at es the  po s sibl e locat io n of  te ste d  S UT f or   m easur em ents       The  inte racti on o f  t he perm it t i vity  o f  th e test ed  m at eri al  SU T and the elect ric fiel d of  t he T - res onat or   le ads  to  change  the  behavi or   of  the  res onant  f reque nc y.  Thu s ,  it   is   pr i ncipall y  sign ific ant  to  det erm ine     the  locat ion   of  the  SU T  f or   s ensiti vity   and   accuracy  of  th e  m easur em ents  wh ere  in  t his  case  a  locat i o n  of   m axi m u m   el ec tric   fiel d  f or  th e  T - re sonat or  i s  il lustrate d  in Fig ure 2.  ( T he  m os t  el ec tric   fiel d  is  re pr ese nt ed  by  the  red   c olor) .  The  S UT  siz e  is  div ide d  to  t hree  par ts  ( nam e ly :  SU T  A,   S U T  B,  an d  SUT  C)  from   par ti ally  to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l ,  V ol.  18 ,  No.  1 ,  Fe bruary  2 02 0:    99   -   105   102   com plete ly   cov ere d  t he  T - re so n at or  or  ove rlay s  on  the   to p  of  the  T - re sonat or  wh ic h  c over   the  c oppe r   track .  Figure  3   ( a,   b   an d  c )  il lus trat es  the  thre e  diff e re nt  siz e  of   c overe d  SU T  for  the  T - res onat or  se ns or   resp ect ively .  The  res pons e  of   the  res onan t  fr eq uen cy   va riat ion   is  bas ed  on  the   MUT  that  has  di ff ere nt   per m it t ivit y  and   pro per ti es.  T he  per t urbati on  the ory   bet we en  the   S UT  a nd  el ect ric  fiel d  of  T - rin g  res onat or  wh e re  t he  per t urbati on  to   the   sens or  ca n  be   determ ined  by   the  locat i on  and  the   siz e  of  the  te ste d  m ater ia l.     The  te ste d  S U T  m at erial s  wit h  th ei r  s pecific at ion s  a re  i nd i cat ed  in   Ta ble  2;  w he re  in   thi s  case,   Ro ger s   5880,   Rog e rs 4 350, a nd FR4   [ 25] .               Figure  3 .  ( a ) T - res onat or se nsor  covere d by t he  S UT  A   f or test ing ,  ( b )  T - re so na tor  se ns or  cov e re d    by  S UT  B  f or  t est ing ,  and  ( c ) T - res onat or c overe d by S UT B  f or test in g       Table  2.  T he  s pecifica ti ons  of  us ed  S UT  m at erial s f or se ns i ng   SUT  Mate rials    Per m i ttiv ity   Ro g er  5 8 8 0   2 .2   Ro g er  4 3 5 0   3 .48   FR4   4 .4       3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   The  sim ulati on   resu lt   f or   the  desig n  of  the  T - res onat or  is  dem on strat ed  i n  Fig ur e  4   wit h  unloa de d  conditi ons.  T he   achieve d  re so na nt  f reque ncy  is  occurri ng   at   2.441 8  GH z  with  a  s hiftin g  f reque ncy  of     (a)   (b)   (c)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Accur ate char acteri za ti ons  of  m ateri al u si ng   microw ave  T - reso nator …  ( Ra mmah A.  Al ahnomi )   103   41.8  MHz  fro m   the  theo reti cal   resu lt   of   t he  cal culat io n.  The  ra ng e  of  the  sim ulate d  fr e qu e ncy  is  be tween     1  G Hz  to  5  G Hz.   It  ca n  be  cl early   seen  fro m   the  resu lt   of   Figure  4   t hat  it   has  a  na rrow e r  ba ndwidt h  an d  sh a r p  dip   w hich  m ake it achie ve  a  hi gh   Q - facto r w it h  high  sensiti vity  f or m easuri ng  t he pr opert ie s o f  t he  m at erial s.    The  discussi on   of  the  res ults  beg i ns   with  th e  sensiti vity   of  the  T - res onat or   w hich  is  de pende nt  on     the  relat ive  c hange  of  f requen cy   s hiftin g  corres pondin g  to   the  relat ive  cha nge  of  the  te ste d  m at erial   per m it t ivit y.  A  possible  e xpla nation  f o r   this  is  that  a  higher   fr e quency  sh if t  is  occ urred  w hen  the  pe rm i ttivit y   of   te ste d  S UT  m at erial s  is  increased .  A no t he r  possible  ex planati on  f or   this  is  that  the  siz e  of   te ste d  sa m ple  unde r  te st  m ater ia ls  eff ect s  the  res onant  f re qu e ncy  an d  inc reased  t he  sh i fting .  T he  siz e  of  co ver e d  S UT   A,   B ,   and   C  ha ve  be en  te ste d  an d  inv est igate d  t o  validat e  the   T - res on at or   s ens or   w he re  sever al   sta ndar d  SUT   m at erial s  with  well - know n  pe rm i tt ivity  have  been   c onsid ered.  Th os e  m at erial s  are  as  fo ll ows:  Air  with  a  per m it t ivit y   value  of   1,   R og e r   5880  with  a  pe rm i tt ivity  value  of  2.2 ,  Ro ge r  4350  with  a   per m it t ivit y  v al ue  of   3.48,  a nd  FR - 4  with  a  perm itti vity   value  of  4.4 .  Fi gur e  5   il lustrate s   the  re spo ns e   be hav i or   i n  t erm   of  transm issi on   c oeffici ents  ( S21,  dB)  for  th ose   sta ndar d  m at erial s  wh e n  t est ing   a  par ti a ll y  cov ere d  S UT  A.  Wh at   is  intere sti ng   in  this  Fi gure  is  that  the  resonan t  f re quency  of  th os e   sta nd ar d  te ste d  SUT  m a te rial s  are  gr a dual ly   sh ifte d  to  lowe r  frequ e ncies  w he re  the  FR - 4  S UT  m a te rial s  has  the  higher   fr eq ue ncy  sh ifti ng     (17 2.4  MHz )  c om par e  to  othe r  par ti al ly   te ste d  S UT  m at erial s.  This  i nconsiste ncy  is  be cause  t he  inte r act ion  betwee n  the  S UT  pe rm itti vit y  and   the  el ect ric  fiel d  of   the  T - res onat or  w her e  the  t est ed  SU T  a bsor bs    the E - fiel d  a nd  causes  a c hange in res onant  fr e qu e ncy.              Figure  4 .  Sim ulate d  res ult o f  t he  tra ns m issi on   coeffic ie nts  for  T - resonato r     Figure  5 .  Cha nge in  tra ns m iss ion  c oe ff ic ie nt s when  chang in g SU T  with sta nd a rd  per m it t ivit y  m at erial s  for parti al ly  covere d SUT  A       Figure  6   dem on st rates  the   r esult  of  t he  st and a r d  S UT  m at erial s  wh e n  te sti ng  a  c overe d  SU T   B .   Si m il arly ,  wit h  te sti ng  pa rtia ll y  cov ere d  SU T  A,  the  r eso nan t  fr e que ncy  is  s hifted   to  lo wer  f requen cy ,   howe ver,  it   ca n  be  see n  that  t he  c ov e re d  S U T  B  has   a h ig he r  res ona nt   f re qu e ncy  s hiftin g  with 3 15  M Hz  wh e n  te sti ng   FR - 4  sta nd a r d  S UT  m at erial s.  The   re su lt s  of  the   sta nd a r d  S UT  m at erial s  for  te sti ng  a  c ov e re d  S UT  C   are  il lustrate d  in  Fig ur e  7 .  It  app ea rs  f r om   this  Figure  7   t hat  the  res on a nt  frequ e ncy  has  t he   highest  sh ifti ng   t o  lowe r  f re qu e nc ie s  for  al l  te ste d  sta nda rd  SU T   m at erial s .  T hese  dif fere nces  ca n  be   exp la ine d  in  pa rt  by    the  interact io n  of   the  el ect ri c  fiel d  of   t he   T - res onat or   a nd   t he  pe rm i ttivit y  of   the  te ste d  SU T  m ater ia ls.    The  la r ge  sam ple  of   m at erial   abs orbs  the   w hole   el ect ric  fiel d  cause d  by  th e  T - res onat or   wh ic h  le ads  to  higher   fr e qu e ncy  s hift ing .   Ta ble  3   pr ov i des  a   com par iso n  of  the  frequ e ncy  s hifti ng  bet ween  te s ti ng   th e  c ov e re d  S UT   A,   B  an d  C  m at erial s  fo r  t he   T - res onat or.      Ther e  is  a  si gnific ant  diff e re nce  bet ween   t he  th ree  te ste d  SU T  m at erial s  of   c overe d  overlay   SU T   A ,  B  a nd  C  w her e  it   ca n  be  obser ve d  t hat  by  us i ng  pa rtia l  cov e re d  ov e rlay   SU T   A ,  it   ha s  a  low  relat ive   change  of  s hift ing   t he  res on a nt  f reque ncy  c om par ed  t o  the   co ver e d  overl ay   SU T   B  an d  C.   Wh e r e  in  t he  case   of  te sti ng  FR - 4  s ta nd a rd  S UT  m at erial   with  know n - per m it tiv it y  of  4.4,  a   r eso nan t   fr e qu e ncy  s hifting   of   172.4  MHz  has  bee n  achieve d  by  usi ng   par ti al   co ver e d  S UT  A  m at erial s  co m par e d  to   us e  the   co ve r ed  S UT  B,   a nd  C  m at eria l  wh ic h  ac hieved  a  31 5   M HZ,   a nd  363.4  MHz   f requ ency    sh ifti ng, res pec ti vely .        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l ,  V ol.  18 ,  No.  1 ,  Fe bruary  2 02 0:    99   -   105   104         Figure  6 .  Cha nge in  tra ns m iss ion  c oe ff ic ie nt s when  changin g SU T  with sta nd a rd  per m it t ivit y  m at erial s  for  the  cove red SU T  B     Figure  7 .  Cha nge in  tra ns m iss ion  c oe ff ic ie nt s when  changin g SU T  with   sta nd a rd  per m it t ivit y  m at erial s  for  the  cove red SU T  C       Table  3 . C om par iso n of res on ant freq ue ncy s hiftin g  f or test ing    the cove red sta nd a r d  S UT A,   B, an d  C m at erial s   SUT   SUT  Per m i ttiv ity   SUT  Thick n ess   [ m m ]   The Co v ered SU T  A   The Co v ered SU T  B   The Co v ered   SU T  C   Freq   [ GHz]   ∆f  [ MHz]   Freq   [ GHz]   ∆f  [ MHz]     Freq   [ GHz]   ∆f  [ MHz]     Air   1   0   2 .45 9 0   0   2 .45 9 0   0   2 .45 9 0   0   Ro g er  5 8 8 0   2 .2   0 .78 7   2 .41 0 4   4 8 .6   2 .28 9 6   1 6 9 .4   2 .28 8 6   1 7 0 .4   Ro g er  4 3 5 0   3 .48   0 .50 8   2 .30 7 4   1 5 1 .6   2 .25 1 0   2 0 8 .0   2 .22 5 2   2 3 3 .8   FR - 4   4 .4   1 .6   2 .28 6 6   1 7 2 .4   2 .14 4 0   3 1 5 .0   2 .09 5 6   3 6 3 .4       4.   CONCL US I O N   The  pro j ect   w as  desig ne d  t o  dete rm ine  and   c ha racteri z e  the  pro pe rtie s  of  m at erials  base d  on     T - res onat or  w hich  op e rates  a t  2. 4  G Hz  res onant  fr e qu e ncy .  Seve ral  sta nd ard   SU T  m at erial s  with  well - known   pro per ti es  a nd  per m it t ivit y  hav e  been  use d  to  validat e  the   T - res onat or  se ns or.   A   com par iso n  is  discu ss ed  a nd  dr a w n  f or   te st ing   the  c overe d  S UT  A ,  B,  and   C  m at eria ls.  A  lo w  rela ti ve  change  of  resona nt  fr e quency   sh ifti ng  is  ac hi eved  w he n  us i ng  pa rtia ll y  cov ere d  overlay   SU T  A  c om par e  to  us e   the  c ov e re d  S UT  B,   an d  C   ov e rlay   m a te ri al s.  The  T - res onat or  was  fou nd  to  m iniat ur iz e  the  ci rcu it   siz e  with  lo w  co st,  to  be  reli abl e,  an d  ease  of  desig n  fa br ic at ion  wi th  us i ng  a  sm al l  siz e  of   te ste d  sam ple  w hich  m akes  it   a  s uitable   ca n di da te   for  m easur in g  low  m at erial s   perm itti vity   a t  no r m al   case  un der  ro om   tem per at ur e.  F or   f utur e  inv est igati on ,  it   can   be  e xten ded   f or   te sti ng  var i ou s   chem ic al   m at erial s  app li cat ion s  s uc h  a s  Etha no l,  Me than ol,  Aceto ne ,  an d  Water  or a m ixtur e  betwee n  t hem .       ACKN OWLE DGE MENTS   This  work  wa s  suppo rted  i n  par t  by  U Te M  Zam a la h  Schem e  and   in  par t  by  U niv e r sit i  Tekn ikal   Ma la ysi a Me lak a  (U TeM ).       REFERE NCE S   [1]   T.   Karpi s z,   P.  Kop y t ,   B.   Sa lski,   J.  Krupka .  “ Open - Ende d  W ave guid e  Mea su rement   of  L iquids   at  Mill imeter  W ave le ngths , ”  2 016  IEEE  MTT - S  Inte rnat ional   Mic rowave   Sym posium ( IMS ) ,   2016.   [2]   A .  A .  M.  B aha r ,   Z .   Z aka ri a,  M .  K.  Ars had,  A .  A .  M.  Isa ,   Y.  Dasril,   RA.   Ala hnom i,   “ Rea l  T ime  Microwa ve   Bioc hemic al   Sen sor Ba sed  on  Cir cul ar  SIW   Appr oac h  for  Aqueous Die le ct r ic   Dete ct ion ,”   Sci ent i fic   Rep orts ,   vol.   9 ,   no.   5467 ,   pp .   1 – 12 ,   2019 ,   doi :  h t tp: // dx . doi . org/1 0. 1038/s41598 - 0 19 - 41702 - 3 .   [3]   H.  Ludiy a ti ,  A.   Suks m ono ,  A.  Munir,   “ TM  W ave   Mode  Ana l y s is  of  Circ u la r  D i el e ct ri c  Resona t or  with  Anisotro pic   TM  W ave   Mode  Anal y sis  of  Circ ul ar  Dielec t ric   Resona to r  with  Anisotropi c  Perm it ti vi t y , ”   35 th   Progress   I n   El e ct rom agnet i c s R ese arch   Symp osium ( PIE RS) ,   pp.   230 – 233 ,   20 14.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Accur ate char acteri za ti ons  of  m ateri al u si ng   microw ave  T - reso nator …  ( Ra mmah A.  Al ahnomi )   105   [4]   R.   Zhou ,   “ Li q uid - Based  Di elec tr ic   R esona to r  Antenna   and   it s  Appli ca t io n   for  Mea suri ng  Li quid   Real  Perm it ti vities, ”   I ET  Mi crowav es  Ant ennas  &   Pro pagati on ,   vol .   8 ,   no. 4 ,   pp .   255 – 2 62,   2013 .     [5]   H.  Choi,   S.  Luzio,   A.  Porch,   “ Diel e ct ri c  Prope rti es  of  Aqueou s  Glucose   Soluti ons  Us ing  Micr owave   Cavi t y   a nd  Coaxi al Probe , ”  2016  IEEE  2 nd   A ustralian  Mi crowave   S ymposium ( AMS) ,   pp.   4 – 5,   2016 .     [6]   S.  Gu ,  T.   Li n ,  T.   La sri ,   “ Diel e ct ri c  Properti es  Chara c te ri zation   of  Sali ne  Soluti ons   b y   Nea r - F ie ld  Microwa v e  Microsc op y , ”   M easurement   Sc ience   and   Techno l ogy ,   vo l. 28 ,   no. 1 ,   pp .   1 – 10 ,   201 7.   [7]   A.  H  Abdelgwa d ,   TM.   Said ,   “ Mea sured  Diele ct ri c  Perm it ti vi t y   of  Chlor ina t ed   Drinking  W at er   in   the   Microwa ve  Freque nc y   R ang e, ”   IE EE Int erna ti onal Mediterranean  Mi crowave Sy mpos ium ,   201 5.   [8]   M.   S.  Bo y b a y ,   O.  M.  Rama hi,   “ Mate r ia l  C har acte ri zation  Us ing  Com pl ementa r y   Split - R ing  Resonat ors, ”     IEE E   Tr ansacti o ns  on  Instrum entation  and   Me asu rement ,   vo l. 61,  no.   11 ,     pp.   3039 - 3046,   2012 .   [9]   W .   W it ha y a chu m nankul ,   e t  al ,   “ Meta m at erial - b ase d  m ic roflu idic  sensor  for  d ielectri c   character iz a ti on , ”  S ensors  Ac tuat ors   A  Ph y s ic al ,   vol .   189 ,   p p.   233 - 237 ,   201 3.   [10]   Chret i ennot   T ,   Dubuc  D,  Greni er  K .,   “ A  Microwa ve  and  Micro flui dic   Pl ana r  R esona tor  for  Eff i ci en t  and  Acc ur ate   Com ple x  Perm it ti vity   Char ac t eriza t ion  of  Aque ous  Soluti ons ,”   IEEE  Tr ansacti ons  on  Mic row ave   Theory   an d   Techni ques ,   vol .   61 ,   no.   2 ,   pp.   97 2 – 97 8 ,   2013 .      [11]   R.   A.  Ala hnom i ,   et   al,   “ High  Sensiti ve  Microwa v e  Sensor  Based  on  Sy m m et ri ca l  Split   Ring  Resonat or  for  Mate r i al   Chara c te ri zation , ”  M ic rowav e  an d  Optic a l  Te chn ology   Le tt ers ,   vo l .   58 ,   no .   9 ,   pp .   2 106 - 2110,   2016 .   [12]   R.   A.  Al ahnomi ,  e t  al ,   “ High - Q  Sensor  Based  on  S y m m et rical   Split   Ring   Res onat or  with   Spurline s   for   Solids   Mate ri al   D et e ct i on, ”  I EEE  S ensors ,   vol. 17, no. 9, pp. 2766 - 2775,   2017.   [13]   R.   A.  Alahnomi ,  et   a l,   “ Inve st iga ti on  of  S y m m et ric a l  Split   Ring  Resonat or   (SS RR)  Coupl ings   for  Mate ri al   Chara c te ri zation , ”  20 16   IE EE A s ia - Pacific  Conf e renc e  on   App li e d  Elec tromagnet ic s ( AP ACE ) ,   pp .   11 - 1 3 ,   2016 .    [14]   R.   A.  Alahnomi,   et   al,   “ Microwa ve  Bio - Sensor  Based   on  S y m m et ric a l  Split   Ring  Resonat or  with  Spurline   Filt ers   for  The r ape u ti c   Goods   Dete ction ,”  PLoS  One ,   v ol .   12 ,   no .   9 ,   2017 .   [15]   A.  Azua n ,  e t  a l,   “ Microstri p   Plana r   Resonat or   Sensors   for  Acc ura te   Di elec tr ic   Me asur ement   of  m ic roflu idic   soluti ons,”   2016  3 rd   Inte rnat ional Confe ren ce on El e ct ronic   Desig n  ( ICED) ,  pp.   41 6 - 421,   2016 .   [16]   A.  Sz y p łowska ,  A.  W il c ze k ,   M.  Kafa rski ,   W .   Skieruc ha ,   “ Soil  Com ple x  Diel e ct r ic   Per m it ti vity   Sp ec tr a   Dete rm ina t ion  Us ing  El ec trica l  Signal   Refl e c ti ons  in  Probes   of   Vari ous  L engt hs,”   Vados e  Zone  Journal ,    vol.   15 ,   no . 3,   20 16 .   [17]   S.  I.   Sham s ,  M.  M.  T ahse en ,  A.  A.  Kishk,  “ W ide band  Relat ive   Perm it t ivi t y  Ch ara c te r iz a ti o n  of  Thi n  Low   Perm it ti vity   T ex ti le   Mat erial s  Based  on  Ridge   Gap  W ave guides , ”   IEE E  Tr ansacti ons  on  Mic rowave  Theory  and   Techni ques ,   vol .   64,   no.   11 ,   2016 .     [18]   C.   Drexl er ,  e t  al ,   “ Te rah ert z  Spl i t - Ring  Meta m a t eri a ls  as  Tra nsd uce rs   for  Chemi ca l  Senso rs  Based  on  Conduct in g   Pol y m ers  :  A   Feasibi lit y   Stud y   with  Sensing   of  Acidi c  and  Basi c  Gases   using  P ol y ani l ine   Ch emos ensit ive   L a y er , ”   Mic rochimi ca A ct a ,   vol .   181 ,   no .   15 - 16 ,  pp.   1857 - 1862,   2014 ,   [19]   R.   Alahnomi,   e t  al,   “ Microwa v e  Plana r  Sensor  fo r  Perm it ti v ity   D et ermina ti on  of   Diel e ct ri c  Ma te r ia ls, ”   Indon esian   Journal  of   Elec t rical   Engi ne erin g  and  Computer   Sci en ce ,   vol .   11 ,   no.   1,   pp.   362 – 3 71,   2018 .   [20]   A.  Alhega zi,  et   al,   “ Anal y sis  an d  Inve stiga ti on  o f  a  Novel  Microwa ve  Sensor  wit h  High  Q - Fact or   for  Oil  Sensing, ”   Indone sian J our nal  of   Elec tric al   Engi ne ering  and   Computer  Sc ie n ce ,   vol .   12 ,   no .   3 ,   pp .   1407 - 1412 ,   2018.   [21]   J.  Carr oll ,   M.  L i ,   K.  Chang,   “ New  Te chni que  to  Mea sure   Tra nsm ission  Li ne  Attenuati on , ”  IE EE   Tr ansacti ons  on   Mic rowave   Theo ry  and  Tech niqu es ,   vol .   43 ,   no .   1 ,   pp .   219 - 222 ,   1 995.   [22]   M.  E.   Goldf arb ,   A.  Platzker ,   “ Losses  in  GaAs   Microstri p, ”   IEE E  Tr ansacti ons  on  Mic ro wave   Theory  a nd   Techni ques ,  vol .   38,   no.   12,   pp.   1 957 - 1964,   1990 .   [23]   D.  M.  P oz ar,  “ Microwa ve   Eng ineeri ng, ”  Fou rth   E di.   John W i ley   &  Sons ,   In c,   201 2.     [24]   K.  P.  Lä tti,  M.  Kett unen ,  J.P  Strom ,  P.  Silve nto ine n ,   “ A  Revi ew   of  Microstri p   T - resona tor  Meth od   in  Dete rm ining   the   Dielec tr ic   Properti es  of  Printe d  Circ u it   Board  Mate ri als , ”  IEE E  Tr ansacti ons  on  Ins trumentat ion  an d   Me asur eme nt ,   v ol.   56 ,   no .   5 ,   pp .   1845 - 1 850,   200 7.   [25]   R.   A.  Alahnomi,   “ Dete rm ina t io n  of  Solid  Mate rial   Perm it ti vi t y   using  T - ring   Resonat or  for  Food  Industry , ”   T ELKOMNIKA Tel ec omm unic a t ion  Computing   El e ct ronics  and   Control ,   vo l .   17,   no.   1,   pp.   489 - 4 96 ,   2019 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.