I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o f  El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020 ,   pp .   704 ~ 7 10   IS S N :   2088 - 8708 ,  D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 1 . pp704 - 7 10             704       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   M o i st u r e   c o n t e n t   i n v e st i g a t i o n   i n   t h e   so i l   s a m p l e s usi n g   m i c r o w a v e   d i e l e c t r i c   c o n st a n t   m e a su r e m e n t   m e t h o d       S h as h i   K .   D a r ga r ,   V i r an jay   M .   S r i v as tav a   D e pa rt m e n t   o f   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i ng,   U n i v e r s i t y   of   K w a Z u l u - N a t a l ,   S o ut h  A f ri c a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d   J ul   10 ,   20 1 8   R e v i s e d  S e p   3 0 ,   201 9   A c c e pt e d  O c t   7,   20 19       T he   m i c r o w a v e s   o f   t y pi c a l   f r e que nc y   r a ng e s   o f   3  G H z   t o   30  G H z   ha v e   be e n   i n  us e   f o r   r e m o t e   s e ns i ng   a ppl i c a t i o ns   w hi c h  a r e   p r o g r e s s i n g   r a pi d l y .     T he   m i c r o w a v e s   c a n  s e ns e   e x i s t i ng   m o i s t u r e   i n  a ny   m a t e r i a l   t h a t   a bs o r b s   m o i s t ur e   s uc h  a s   s o i l   o r   v e g e t a t i o n.   I n  c a s e   o f   s o i l s   w hi c h  m a y   be   c om pr i s e d  o f   v a r i a b l e   m i x  p r o po r t i o na t e   o f   s o l i ds ,   l i q ui ds   o r   g a s e s   a n d  d i s t i n c t   t e xt u r e s   s ubj e c t e d   t o   t h e   a s s o c i a t e d  s i z e   a nd  t he   a r r a ng e m e nt s   o f   s o i l   pa r t i c l e s .   H e nc e ,   t he   m o i s t u r e   a bs o r p t i o n  by   a   s pe c i f i c   t y pe   of   s o i l   us e d  t o   b e   di f f e r e nt .     T he   i nhe r e nt   phy s i c a l   a n d  e l e c t r i c a l   p r o pe r t i e s   s uc h  a s   c o l o r ,   t e xt u r e ,   g r a i ns ,   di e l e c t r i c   c o ns t a nt ,   c o nduc t i v i t y   o r   pe r m e a bi l i t y ,   e t c .   di f f e r e nt i a t e   v a r i o us   s o i l s .   I n  t hi s   w o r k,   a u t ho r s   pr e s e nt   s o i l   m o i s t u r e   m e a s ur e m e n t   by   s i m pl e   e s t i m a t i o n  o f   e m i s s i v i t y   i . e .   t h e   r a t i o   o f   e ne r gy   r a di a t e d  by   a n  o bj e c t   t o   a bs o r b i ng   t h e   bo dy   o f   s a m e   phy s i c a l   t e m pe r a t ur e .   A   s t r a t e g i c   m e t ho d  o f   m e a s u r i ng   di e l e c t r i c   c o ns t a n t   us i ng   a   m i c r o w a v e   s i g na l   i s   us e d  i n  t h i s   r e s e a r c h  w o r k.   T h e   m e a s ur e m e n t   o f   t he   d i e l e c t r i c   c o ns t a n t   o f   t he   s o i l s   c o l l e c t e d  f r o m   t he   s pe c i f i c   r e g i o ns   a nd  a na l y s i s   o f   r e s ul t s   ha s   be e n   r e po r t e d.   T he   pr o po s e d  m e t ho d  i s   l e s s   c o m pl e x  a nd  c a n  f ur t he r   be   us e d  f o r     t he   i de n t i f i c a t i o n   o f   s o i l   m o i s t u r e   a n d  a g r i c ul t u r a l   a pp l i c a t i o ns .   Ke y w or d s :   D i e l e c t r i c   c o n s t a nt     E m i s s i v i t y   M i c r o w a ve   S o i l   m o i s t u r e   W a v e gui de   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .    A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   S ha s hi   K .   D a r g a r,     D e pa rt m e n t   o f   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i ng,   H ow a r d  Co l l e ge ,   U n i v e r s i t y   of   K w a Z ul u - N a t a l ,     D ur b a n,   4 041,   S o ut h   A f r i c a .   E m a i l :   d r s h a s hi ka nt . da rga r@ i e e e . o r g       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   s o i l   i s   c o m po s e d  of   s o i l   pa r t i c l e s ,   a i r,   a n d  b o un de d  o r  f r e e   w a t e r i ng  c o n t e n t s   [ 1].   M i c r o w a ve   t e c hn i q ue s   f o r   t h e   m e a s u r e m e n t   o f   s o i l   m o i s t ur e   c o nt e nt   a r e   b a s e d  o n   t h e   f a c t   t ha t   t h e   d i e l e c t ri c   p r o pe r t i e s   of  w a t e r   a n d  t h e   s o i l   pa rt i c l e s   a r e   di s s i m i l a r.   T hi s   e m i s s i v i t y   i s   a   f unc t i o n  o f   ph y s i c a l   a nd  e l e c t r i c a l   pa r a m e t e r s   o f     t he   s o i l e d  o bj e c t   a nd  r e l a t e d  t o   di e l e c t r i c   pr o pe r t y .   T h e   di e l e c t r i c   c o n s t a nt ,   w hi c h   i s   a   c o m pl e x  n u m b e r   r e p r e s e n t i n g  t h e   r e s po n s e   of   a n y   m a t e r i a l   t o   a n   e l e c t ri c   f i e l d,   i s   t h e   m e a s u r e   o f   di e l e c t r i c   p r o pe r t i e s   [2,   3].   T h e   pr o pe rt y   i s   a bo ut   t h e   f r e e   s pa c e   ( = o r )  a n d  i n v o l ve s   r e a l   a n d  i m a gi na r y   c o m po n e n t s   a s     =   '   +   i " .  T h e   r e a l   p a r t   o f   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   ( ' )  i s   i n   p ha s e   a n d   s i g ni f i e s   t h e   p r o pa g a t i o n   c h a ra c t e r i s t i c s   of   t h e   E M   s i g n a l   i n   t h e   m a t e r i a l   r e l a t e d  t o   t h e   w a ve   v e l o c i t y ,   w h e r e a s   t h e   c o m pl e x  c o m po n e nt   ( " )  i s   o ut   of   ph a s e   a n d  de t e r m i n e s   t h e   e n e r gy   l o s s e s   a s   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   w a ve   pa s s e s   t hr o ugh  t h e   m a t e r i a l   [4 - 7] .   T h e   e n e r gy   l o s s e s   a nd  a b s o r pt i o n   a r e   r e f e r r e d  t o   a s   d i e l e c t ri c   l o s s   f a c t o r   [8].   T h e   e n e r gy   l o s s e s   c a us e   v i b r a t i o n   o r   s pi n  o f  t h e   w a t e r  m o l e c ul e s   i n  s o i l   [9] .   Co n c e pt ua l l y ,   t h e   di v e r ge n c e   i n   di e l e c t r i c   p r o pe r t i e s   of   w a t e r   a n d  d r y   s o i l ,   a n d  t h e   r e l a t i o n   b e t w e e n   F r e s n e l   r e f l e c t i o n   c oe f f i c i e n t   a nd  di e l e c t ri c   c o n s t a n t   a r e   t h e   f un da m e nt a l s   o f   s e n s i n g  s o i l   m o i s t u r e .   F o r   d r y   s o i l   pa r t i c l e s ,   t h e   r e a l   p a r t   o f   t h e   r e l a t i v e   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( r ')   r a nge s   b e t w e e n   2  t o   5 ,   w i t h   a n   i m a gi na r y   pa r t   ( r " )   t y pi c a l l y   l e s s   t h a n   0. 05  [10 ] .   I n   c o n t r a r y ,   fo r   f r e e   w a t e r ,   t h e   r e l a t i v e   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   a t   r o o m   t e m pe ra t u r e   t h e   r e a l   c o m po n e nt   i s   n e a rl y   80  a n d  t h e   i m a gi n a r y   pa r t   i s   4  [11].   A s   t h i s   m uc h   s i g ni f i c a nt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Moi s t ur e   c ont e n t   i nv e s t i gat i on  i n   t h e   s o i l   s am pl e s   us i ng  m i c r o w av e   d i e l e c t r i c   c ons t ant   …   ( Shas hi   K .   D ar g ar )   705   di f fe r e n c e   i n   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   l i e s   i n   s o i l   a n d  w a t e r ,   i t   m a ke s   po s s i b l e   t o   m e a s ur e   s o i l   m o i s t ur e   us i n g   m i c r o w a v e s .   B ut   a s   r e po r t e d  i n   t h e   pa s t   [ 12 ,  13],   b e c a us e   of   w a t e r   m o l e c ul e s   a b s o r b e d  i n t o   t h e   s u r f a c e s   of  pa r t i c l e s   a nd  r e s t r a i n e d  d i po l e s ,   t h e   b o un de d  w a t e r   ha s   a   l o w e r   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   t ha n   f r e e   w a t e r   c o n f i n e d  t o   t h e   a pe r t u r e   s pa c e s .   B e s i de s   t h i s ,   t h e   r   of   m o i s t   s o i l   i s   pr opo r t i o n a l   t o   t h e   n u m b e r   o f  w a t e r   di po l e s   pe r   uni t   vo l um e ,   v o l um e t r i c   m o de l s   a r e   p r e f e r r e d  o ve r   g r a v i m e t ri c   [14 ,   15] .   S e ve r a l   o t h e r   p a s s i v e   m e t h o ds   h a v e   a l s o  b e e n   pr o po s e d  i n   t h e   pa s t   w h i c h   do e s   n o t   m a k e   us e   of   t h e   m i c r o w a ve   t e c hn i que s   b ut   i t   c l e a r   i n   t h e   l i t e r a t u r e   t ha t   f o r   t h e   n e a r - s u r f a c e   s o i l   m o i s t u r e   c o n t e nt   m e a s u r e m e nt ,   ut i l i z i n g  m i c r o w a ve   m e t h o d  ha s   t h e   h i g h  e ff i c a c y   due   t o   a l l - w e a t h e r  c o m pe t e n c i e s .   I n  t hi s   r e s e a r c h  w o r k,   a ut h o r s   p r e s e n t   t h e   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   a na l y s i s   of  di ff e r e n t   s o i l s   us i n g  t h e   m i c r o w a ve   m e t h o d  a n d  p r o po s e   t h e   s o i l   m o i s t u r e   de t e c t i o n   f r o m   t h e   o b t a i n e d  r e s ul t s .       2.   M ET H O D O L O G Y   T h i s   s e c t i o n  de s c r i b e s   t h e   p r o c e dur e   fo l l ow e d  t o   pe r fo r m   t he   s o i l   di e l e c t ri c   c o n s t a nt   m e a s u r e m e nt .   T a b l e   1  s h o w s   t h e   l i s t   o f   s o i l   s a m pl e s   s pe c i f i e d  w i t h   t h e i r   P H   a n d  E C  v a l ue s   [16 - 18]  w i t h   t h e i r   c o l l e c t   l o c a t i o n s   i n  U da i pu r  di s t ri c t .   T h e s e   s a m pl e s   w e r e   f i l l e d  i n   t he   s l o t   s e c t i o n   of   a   s t r uc t u r e   c a l l e d  w a v e gui de   c e l l   w h i c h  i s   a n  e s s e n t i a l   p a r t   o f   t hi s   m e a s u r e m e n t   ut i l i z e d  t o   e xpo s e   t h e   s i g na l   o n  t h e   s o i l   u n de r  t e s t .       T a b l e   1 .   S o i l   s a m pl e s   f o r   d i e l e c t r i c   c o n s t a nt   m e a s u r e m e n t   S . N .   S o i l   S a m p l e   L o c a t i o n   PH   EC   1   RC A ,   F a r m     8 . 0   2 . 5   2   RC A ,   F a r m   7 . 5 5   2 . 7   3   Ba d g a o n   9 . 8 3   0 . 1 0   4   Ba d g a o n   9 . 6 8   0 . 4 7   5   Ba d g a o n   8 . 2 1   0 . 0 9   6   F a t e h n a g a r   9 . 6 9   0 . 2 1   7   K h u m a n p u ra   9 . 7 4   0 . 3 0   8   K h u m a n p u ra   9 . 9 4   0 . 3 8   9   K h u m a n p u ra   9 . 6 2   0 . 1 6   10   S h i v a m   9 . 4 8   0 . 8 7   11   S h i v a m   9 . 3 5   1 . 9 4   12   P a b u s a r   9 . 8 5   0 . 2 1   13   P a d a r   9 . 9 0   0 . 1 5       T h e   m e a s u r e m e nt   s t a r t e d  w i t h  c r e a t i n g   t h e   w a v e gui de   c e l l   u s i ng  t h e   m e c ha n i c a l   t o o l s   o n   a   m e t a l l i c   pi e c e .   T h e   w a ve gui de   c e l l   i s   a   t e r m i na t i o n   s t r uc t u r e   fo r   x - b a n d  r e c t a n gu l a r   w a v e gui de .   T h e   s o i l   s a m p l e     unde r   t e s t   h a s   b e e n   pl a c e d  i n t o   t h e   de s i g n e d  s l o t .   F i g u r e   1  s how s   t h e   de s i gn e d  s t ruc t u r e   o f   t h e   w a ve gui de   c e l l   w i t h   di m e n s i o n s   a s   l e n gt h,   w i dt h ,   a n d  de pt h   o f   t h e   s l o t   i s   2. 65  c m ,   1 . 60  c m ,   a n d  0. 50  c m ,   r e s pe c t i v e l y .     T h e s e   di m e n s i o n s   a r e   c h o s e n   i n   a c c o r da n c e   w i t h   t h e   b e nc h   c o m po n e nt   s i z e   s pe c i f i c a t i o n s   a nd  ra d i a t i o n   e xpo s ur e   [19].           F i gu r e   1 .   D e s i g n e d  s t r uc t u r e   f o r   s o i l   s a m pl e   a n d   di m e n s i o n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020   :     70 4   -   7 10   706   2. 1 .     Ex p e r i m e n ta l   s e tu p   T h e   e qui pm e n t   c o m pri s e d  of   m i c r ow a v e   be n c h   c o m po n e n t s .   T hi s   i n c l ude   r e gu l a t e d  pow e r   s uppl y   t o  i n put   t o   t h e   m i c r o w a ve   s o ur c e ,   r e f l e x  kl y s t r o n   t ub e ,   a nd  m o unt ,   b e n c h   i s o l a t o r ,   m i c r o w a ve   c o m po n e n t s ,     i . e .   a t t e n u a t o r,   P r o b e   d e t e c t o r ,   s h o rt ,   E - H   a n d  m a gi c   t e e   j unc t i o n s   F r e que n c y   M e t e r ,   a n d  s l o t t e d  l i n e   c a rr i a ge   s e c t i o n   a l o n g  w i t h   m e a s u ri n g  de v i c e s   s uc h   a s   V o l t a ge   S t a ndi n g  W a v e   R a t i o   (V S W R )  m e t e r ,   m i c r o a m m e t e r   ra n ge s   up  t o   500  μ A ,   a n d  o s c i l l o s c o pe s .   T h e   r e f l e x  kl y s t r o n   t ub e   i s   a   m i c r o w a v e   g e n e ra t o r   w i t h   b ui l t - i n  f e e d b a c k  m e c h a ni s m   w h i c h  f un c t i o n s   us i ng  t h e   s i n g l e   r e e nt ra n t   c a v i t y   f o r   b un c hi n g   a n d   p r o duc e s   t h e   o ut put .   W h e n   i n   o pe r a t i o n,   t h e   i ni t i a l   R F   f r i n gi ng  f i e l d  of   c a v i t y   m o dul a t e s   t h e   ve l o c i t y   b e a m   w h e n   pa s s e s   t hr o ug h  t h e   c a v i t y   t o   t h e   d r i f t   s p a c e .     T h e   de c e l e r a t i o n   o f   v e l o c i t y   a n d  r e v e r s a l   by   t h e   c o n s i de ra b l e   r e f l e c t o r   po t e n t i a l   s e t   up  t h e   b e a m   t o  pa s s   t h e   c a v i t y   a ga i n   i n  t h e   o ppo s i t e   di r e c t i o n .   T h e r e f o r e ,   t he   pr o pe r   c h o i c e   of   t h e   r e f l e c t o r   v o l t a ge   (V r )  i s   t o  b e   m a de   i n   s uc h   a   w a y   t h a t   t h e   p h a s e   a n g l e   a dds   up  i n   t h e   s e c o n d  pa s s   of   t h e   e l e c t r o n   b e a m   fo r   e s t a b l i s h i ng  po s i t i v e   fe e d b a c k  a n d   t o   i n i t i a t e   t h e   t ub e   o s c i l l a t i o n.   T h e   de v i c e   s e t   up  i s   s h o w n   i n   F i gu r e   2,   a nd    t h e   a l i g nm e nt   ha s   b e e n   s e t   up  by   c o nn e c t i n g   c o m po n e n t s   a n d  e qui pm e n t   a s   s h o w n   i n   t h e   s e t up  d i a g ra m .    T h e   v a r i a b l e   a t t e n u a t o r   i s   s e t   t o   t h e   m a xi m um   po s i t i o n   f o r   m i c r o m e t e r  t o   i ndi c a t e   z e r o .           F i gu r e   2 .   E xpe r i m e nt a l   s e t up   us i ng  X - b a n d   m i c r o w a v e   be n c h       T h e   m o d - s w i t c h   o f   K l y s t r o n   po w e r   s uppl y   i s   ke pt   t o   Co n t i n uo us   W a v e   (CW )  po s i t i o n   w i t h   b e a m   vo l t a ge   c o n t r o l   k n o b   t o   f ul l y   a n t i - c l o c k w i s e   a n d  r e f l e c t o r   vo l t a ge   c o n t r o l   k n o b   t o   f ul l y   c l oc kw i s e   a t   m e t e r  s w i t c h   t o   O F F   po s i t i o n.   T h e n   t h e   k n o b   of   f r e que n c y   m e t e r   r o t a t e d  f ul l y   a t   o n e   s i de .   A l s o   t h e   m ul t i m e t e r   i n  D C  m i c r o a m pe r e   ra n ge   of   up  t o   250  μA .   A f t e r   t ha t ,   o n c e   t h e   K l y s t r o n   P ow e r   S uppl y   (K P S ),   V S W R   m e t e r   a n d  a s s i s t e d  c oo l i n g  f a n   o f  t h e   t ub e   i s   s w i t c h e d  O N ,   t h e   m e t e r   i s   t o   b e   s w i t c h e d  a t   b e a m   vo l t a ge   po s i t i o n   a n d   r o t a t e d  t h e   be a m   v o l t a ge   kn o b   c l oc k w i s e   t o   s l ow l y   up  t o   300   vo l t s .   A s   s pe c i f i e d  fo r   t h e   i n s t rum e n t ,   t h e   b e a m   c urr e n t   i s   n o t   b e i n g   e xc e e de d  t h a n  30   m i l l i a m ps .   F u r t h e r,   t h e   r e f l e c t o r   v o l t a ge   V r   i s   t o   b e   s l i g h t l y   v a r i e d  t o  l o o k  fo r   t h e   f l uc t ua t i o n   i n  t h e   m i c r o m e t e r   s c a l e s   a n d  s e t   t o   t h e   v o l t a ge   po i n t   a t   m a xi m um   de f l e c t i o n   i n   t h e   m e t e r.   If   n o   de f l e c t i o n   i s   o b t a i n e d  c ha n ge   t h e   m ul t i m e t e r   s w i t c h  po s i t i o n   t o   50   μA .   a n d  t u n e   t h e   pl u nge r  of   K l y s t r o n   m o unt   f o r   t h e   m a xi m u m   o ut pu t .   T h e n  a f t e r  t he   kn o b   of   f r e que n c y   m e t e r   s l o w l y   r e v o l v e d  a n d   s t o ppe d  t o   a   po s i t i o n  w h e r e   t h e   o ut pu t   i s   m i ni m u m .   T h e   di r e c t   r e a d i n g  o f   t h e   f r e que n c y   m e t e r   b e t w e e n   t w o   h o ri z o n t a l   l i n e s   a n d  t h e   v e r t i c a l   m a r ke r   ha s   b e e n   m a rke d.   If   m i c r o m e t e r   t y pe   f r e que n c y   m e t e r   i s   us e d,   by   c o n t r o l   m e t e r   r e a di n g   i n   t h e   c a l i b ra t i o n   c ha r t   c a n   a l s o   gi v e   f r e que n c y   a t   t h e   po i n t .   F o r   b e n c h   c ha r a c t e r i s t i c s ,   t h e   r e f l e c t o r   vo l t a ge s   a n d  r e a d  t h e   c urr e nt   a n d   f r e que n c y   fo r   e a c h   r e f l e c t o r   v o l t a ge   c a n  b e   n o t e d  us i ng  a n   o s c i l l o s c o pe .     F o r   do m i na n t   T E 10   m o de   o f   a   r e c t a n gu l a r  w a v e gui de ,   λ 0 ,   λ g,   a n d  λ c   a r e   r e l a t e d  a s   [19 ,  20 ]:     2 2 2 1 1 1 ( ) ( ) ( ) o g c    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Moi s t ur e   c ont e n t   i nv e s t i gat i on  i n   t h e   s o i l   s am pl e s   us i ng  m i c r o w av e   d i e l e c t r i c   c ons t ant   …   ( Shas hi   K .   D ar g ar )   707   w h e r e   λ o   i s   f r e e   s pa c e   w a ve l e n gt h,   λ g   i s   gui de d  w a v e l e n gt h ,   a nd   λ c   i s   c ut - o f f   w a v e l e n gt h    F o r   t h e   do m i n a nt   m o de   T E 10 ,   λ c  =   2 a ,   w h e r e   ‘a ’   i s   t h e   b r o a de r  di m e n s i o n  o f   w a v e gui de .       2. 2 .     M e as u r i n g  f r e q u e n c y   an d   gu i d e d   w av e l e n gth   T h e   c o n t r o l   k n o b s   of   kl y s t r o n   po w e r   s uppl y   a r e   a dj us t e d  f o r  a l i g nm e nt ,   a s   e xpl a i n e d   i n   S e c t i o n   2 . 1  a n d  t h e n   K P S ,   V S W R   m e t e r ,   a n d  c oo l i n g  f a n   w e r e   s w i t c h e d  O N .   T h e   de f l e c t i o n   w i t h   A m pl i t u de   M o dul a t i o n  (A M )  a m pl i t ude   a nd  f r e que n c y   w e r e   m a x i m i z e d  f r o m   t h e   c o n t r o l   k n o b   o f   p ow e r   s uppl y .   T h e   m a x i m u m   de f l e c t i o n   t u n i ng  i s   do n e   fo r   t h e   pl u n ge r   o f  K l y s t r o n   t ub e   a nd  f r e que n c y   m e t e r ,   w h e r e a s   r e f l e c t o r   kn o b   i s   k e pt   s uc h   t ha t   f e w   m ov i n g  de f l e c t i o n s   a r e   o b t a i n e d  V S W R   m e t e r.   F o l l o w i n g  s t e ps   a r e   t a ke n   t o   m e a s u r e     t h e   f r e que n c y   a nd  g ui de d  w a v e l e n gt h  a f t e r   a l i g nm e nt :   a.   T h e   t u n a b l e   p r o be   i s   v a r i e d  t o   ge t   a   di p  o n   t h e   V S W R   s c a l e   a n d  n o t e d  t h e   f r e que n c y   w h i c h   i s   di r e c t l y   i n di c a t e d  f r o m   f r e que n c y   m e t e r .     b.   T h e   t u na b l e   pr o b e   h a s   b e e n   s hi f t e d  a l o n g  t h e   c ut   l i n e   i n   t h e   s l o t t e d  s e c t i o n   a n d  t h e   de f l e c t i o n   i n   V S W R   m e t e r  i s   o b t a i n e d .   N o w ,   t h e   p r o b e   i s   m o v e d  t o   m i ni m u m   de f l e c t i o n   po s i t i o n s .   c.   F o r   a c c u r a c y ,   t h e   V S W R   m e t e r  r a nge   i n  dB   h a s   b e e n   i n c r e a s e d  t o   h i g h e r  de c i b e l   v a l ue s .     d.   By   r e h e a r s i n g   s t e p   2,   t h e   n e xt   m i ni m um   v a l ue   a t   t h e   p r o b e   m ov e m e n t   i s   n o t e d.     e.   Ca l c ul a t e   t h e   gui de   w a v e l e n gt h  a s   t w i c e   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t w o   s uc c e s s i v e   m i ni m u m   po s i t i o n s   ob t a i n e d  a s   a b ov e ,   a s   t h e   s u b s e que n t   m i n i m u m s   a r e   0. 5   λ g  di s t a n t .   T h e   w a ve gui de   i nn e r   b r o a d  di m e n s i o n   ‘ a ’  w h i c h   w i l l   b e   a r o un d  22 . 86  m m   f o r   X - b a n d .   H e n c e ,   t h e   f r e que n c y   c a n   b e   c a l c ul a t e d  us i n g   t h e   f o l l ow i n g  e qu a t i o n   [21]:     1 / 2 22 11 ( ) ( ) gc fc          w h e r e   c   =   3   ×   10 8   m s e c - 1   i . e .   v e l o c i t y   of   l i g h t       2. 3 .     M e as u r e m e n t  o f  d i e l e c t r i c   c o n s tan t  o f  s o i l   s am p l e s   O n c e   t h e   f r e que n c y   a n d  gu i de d  w a ve l e n gt h   f r o m   t h e   s e t   a r e   c a l c ul a t e d,   t h e   d i e l e c t r i c   c o n t a c t   of    t h e   s o i l   unde r   t e s t   c a n   b e   m e a s ur e d .   T hi s   s e c t i o n   de s c r i b e s   t h e   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t   m e a s u r e m e n t   a n d  us e s     t h e   w a v e gui de   c e l l   pl a c e d  w i t h  v a ri o us   s o i l   s a m pl e s   i n  t h e   f o l l o w i n g  s t e ps :   a.   T h e   c i r c ui t   i s   t o   be   s e t   up  a c c o r di n g  t o   t h e   b l o c k  di a gra m   a s   m e n t i o n e d  i n   F i gu r e   2 .   T h e   po w e r   i s   a ppl i e d  t o   t h e   s o ur c e   a nd  s e t   f o r   w a rm i n g   up .   b.   T h e   f r e que n c y ,   R F   l e v e l ,   a n d  m o dul a t i o n   o f   t h e   s i g n a l   s o ur c e   a r e   a pp r o p r i a t e l y   a dj us t e d  t o   ge t     t h e   s t a b i l i t y   a n d  m a xi m u m   po w e r   o ut put .   P r e f e r a b l y   a t   m i ni m um   g a i n  (20   dB   o r  30   dB ).   c.   T h e   λ ga   c a n  b e   c a l c ul a t e d   a s   b e l ow :     22 2 1 1 1 ; 2a () a a ga c f         w h e r e   λ a ,  λ g a ,  a n d ,   a   a r e   t h e   f r e e   s pa c e   w a ve l e n gt h,   gui de d  w a ve l e n gt h,   a n d  l a r ge r   di m e n s i o n   of    t h e   w a v e gui de   i n  t h e   s e t   up   w i t h   u n f i l l e d  w a v e gui de   c e l l .   d.   A t   t h i s   s e t up  f r e que n c y ,   t hr e e   s uc c e s s i v e   m i ni m a   po s i t i o ns   X a ,   X a '   a n d  X a "   w e r e   m e a s ur e d  us i n g   V e rn i e r   s c a l e   o f   t h e   s l o t t e d   s e c t i o n   ke e pi n g   a t t e n u a t i o n  t o   a   m i ni m u m   i n  t h e   m i c r o w a ve   b e n c h .   e.   T h e   di e l e c t ri c   s a m pl e   s o i l   i s   t h e n   i nt r o duc e d  i n   t h e   s h o r t e d  w a ve gui de   c e l l   a t   t h e   s a m e   f r e que n c y   a n d   t hr e e   s uc c e s s i ve   m i ni m a   po s i t i o n s   X ,   X '   a n d   X "   w e r e   ob t a i n e d.   f.   T h e   di s p l a c e m e n t   o r   t h e   s hi f t   ‘d’   i n  m i ni m a ’s   o f   s t e p  4  a n d   5  a r e   c a l c ul a t e d  a s :     d  =   X a   –   X   =   X a '   –   X '   =   X a "   –   X "       g.   T h e   t a nge nt i a l   r e l a t i o n   f o r   t h e   s a m e   u n f i l l e d  a nd  f i l l e d  s o i l   s a m p l e   s e t up  w o ul d  be   e qua l .   T h e r e f o r e ,     i f   t h e   L H S   t e r m   of   t h e   fo l l ow i n g  e qua t i o n   i s   f i r s t   c a l c ul a t e d  fo r   (t a n   x)/ x  a n d  t h e n   c o m put a t i o n   us i n g     t h e   t a b l e   o f   x  v e r s us   (t a n x )/ x ,   λ g   c a n  b e   de t e rm i n e d  [22] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020   :     70 4   -   7 10   708   2 ( d L ) 2 L t a n t a n 2 L 2 L g a g g a g         W h e r e   d  i s   t h e   s h i f t   i n  m i n i m a ’s   o f   un f i l l e d   a n d   f i l l e d   w a v e g ui de   c e l l   a n d   L   i s   t h e   l e ngt h  o f   w a v e gui de   s l o t .   h.   r   c a n  b e   de t e r m i n e d  b y   s u b s t i t ut i ng  t h e   v a l ue   o f   λ g   i n   t h e   e qua t i o n   g i v e n   as   [2 2]:     2 2 2 aa r g a           3.   EX P ER I M EN TA L  R ES U L TS   T h e   gui de   w a v e l e n gt h   ha s   b e e n   c a l c ul a t e d ,   i . e . ,   t w i c e   of  t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   t w o   s uc c e s s i ve   m i ni m u m   po s i t i o n s   f o r   f i xe d  s h o r t   a s   s h o w n   i n  t h e   s c a l e s   b e l ow :           L a t e r,   t h e   di e l e c t r i c   s a m pl e   (s o i l )  i s   i nt r o duc e d  i n   t h e   s h o rt e d  w a ve gui de   c e l l   a t   t h e   s a m e   f r e que n c y   a n d  f o ur   s uc c e s s i ve   m i n i m a   po s i t i o n   X , X ' , X " ,   a n d  X "'   h a v e   be e n   ob t a i n e d  f r o m   t h e   m e a s u ri n g  s c a l e .           T h e   di f fe r e n c e   i n   s ub s e que n t   m i ni m a   i n   t h e   a b o ve   t w o   p r o c e s s e s   a r e   c a l c ul a t e d,   w h i c h   i de a l l y   s h o ul d  b e   t h e   s a m e   b ut   t o   o b t a i n   p r e c i s i o n   a n d  t o   c i r c u m v e n t   t h e   o b s e r v a t i o na l   e rr o r s ,   t h e   a v e r a ge   of    t h e   o b t a i n e d  di f f e r e n c e   ‘d’   i s   c o n s i de r e d .     d   =  X a   –   X   =  X a '   –   X '   =  X a "   –   X "     T h e   c a l c ul a t e d   v a l ue s   of   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   m e a s u r e m e nt   f o r   t h e   di f fe r e nt   s o i l   s a m pl e s   a r e   s h o w n     i n   T a b l e   2 .       T a b l e   2 .   C a l c ul a t i o n   r e s ul t s   o f   s o i l   di e l e c t r i c   c o n s t a nt s   m e a s u r e m e n t   S o i l   S a m p l e   F  ( GHz )   λ a   ( cm )   λ ga   ( cm )   X a   X   X a '   X '   X a "   X "   d= X a   - X   L  ( cm )   2 ( d L ) t a n 2L ga ga           X   i n   t a n X / X   λ g     r   RC A   9 . 4 8   3 . 1 6 4 5   4 . 0 8   9 . 3 1   9 . 7 3   1 1 . 1 0   1 1 . 5 3   1 3 . 3 5   1 3 . 8 0   0 . 4 5   2 . 6 5   0 . 0 2 0 4 6 4   3 7 . 5 0   0 . 4 4 3 7   5 . 5 4 9 4   Ba d g a o n   9 . 4 8   3 . 1 6 4 5   4 . 0 8   9 . 1 6   9 . 6 3   1 0 . 9 5   1 1 . 4 3   1 3 . 2 0   1 3 . 6 9   0 . 4 8   2 . 6 5   0 . 0 2 0 7 0 8   3 8 . 7 0   0 . 4 2 9 9   3 . 5 9 4 6   F a t e h n a g a r   9 . 4 8   3 . 1 6 4 5   4 . 0 8   9 . 4 1   9 . 8 6   1 1 . 2 0   1 1 . 6 6   1 3 . 4 4   1 3 . 9 3   0 . 4 6   2 . 6 5   0 . 2 0 5 7 5 7   3 8 . 1 2   0 . 4 3 6 5   4 . 9 4 9 2   P a d a r   9 . 4 8   3 . 1 6 4 5   4 . 0 8   9 . 6 2   9 . 9 5   1 1 . 4 1   1 1 . 7 5   1 3 . 6 8   1 4 . 0 2   0 . 3 3   2 . 6 5   0 . 0 1 9 7 1 1   3 3 . 5 0   0 . 4 9 6 7   7 . 3 4 9 5       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g     IS S N :   2088 - 8708       Moi s t ur e   c ont e n t   i nv e s t i gat i on  i n   t h e   s o i l   s am pl e s   us i ng  m i c r o w av e   d i e l e c t r i c   c ons t ant   …   ( Shas hi   K .   D ar g ar )   709   D i e l e c t r i c   c o n s t a n t   ( r )   i s   a   di m e n s i o nl e s s   ph y s i c a l   qua nt i t y   t h a t   r e f l e c t s   t h e   a b i l i t y   of   a   s ub s t a n c e   t o  s t o r e   po l a r i z a t i o n   c ha r ge   i n   t h e   a ppl i e d  e l e c t r i c   f i e l d.   A t   pre s e n t ,   t h e   t y pi c a l   a c h i e v e m e n t   o f   t h i s   m e t h o d  i s   T o pp’s   fo r m u l a   [2 3],   [ 24]  w h i c h   i s   a n   i m po r t a n t   r e l a t i o n s hi p  a n d  c o m m o n l y   us e d  i n   de t e rm i ni n g  m o i s t u r e   c o n t e n t   a c c o r di ng  t o   t h e   d i e l e c t ri c   c o n s t a nt .   T h e   T o pp’s   f o r m ul a   i s   a s   f o l l o w s :       r   =   3 . 03   +   9 . 3ϴ v   +   146. 0   ϴ v 2 -   76. 6ϴ v 3   ϴ v  =  - 5 . 3  x  10 2 +   292   x   10 - 2   r   –   5 . 5  x  1 0 - 4 r 2   +  4 . 3  x10 - 6 r   3     w h e r e   r   a n d   ϴ v  a r e   r e l a t i v e   di e l e c t r i c   c o n s t a nt   a n d  m o i s t u r e   c o n t e n t ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   r a di a n t   e n e r gy   m a y   be   r e f l e c t e d  f r o m   t h e   s ur f a c e   of   t h e   dr y   s o i l ,   o r   i t   pe n e t ra t e s   t h e   s o i l   pa r t i c l e s ,   w h e r e   i t   m a y   be   a bs o r be d  o r   s c a t t e r e d .   T h e   t o t a l   r e f l e c t a n c e   f r o m   t h e   d r y   s o i l   i s   a   f u n c t i o n   o f   s pe c ul a r  r e f l e c t a n c e   a n d  t h e   i nt e rn a l   v o l um e   r e f l e c t a n c e .   A t   i n c r e a s i n g  s o i l   m o i s t u r e ,   e v e r y   s o i l   pa r t i c l e   e n c a ps ul a t e s   i n t o   a   t h i n   m e m b r a n e   o f  c a pi l l a r y   w a t e r   f i l l i n g  t h e   w a t e r  c o n t e n t   i n   t h e   i nt e r s t i t i a l   s p a c e s   a s   w e l l .  T ha t   i n   t u rn  r e s ul t s   i n   hi g h   a b s o r pt i o n |   of   i n c i de n t   e n e rgy   fo l l ow i n g  t h e   f a c t   t ha t   t h e   s o i l d  re f l e c t a n c e   de t e r i o r a t e s   w i t h   i n c r e a s i ng   w a t e r   a m o u n t   [25 - 2 6].       4.   C O N C LU S I O N   A N D   F U TU R E  S C O P E   I n  c o n c l us i o n ,   t he   a u t ho r s   ha v e   p r e s e n t ed   s o i l   m o i s t ur e   m e a s u r e m e nt   by   s i m p l e   e s t i m a t i o n  o f   di e l e c t r i c   c o ns t a c t   m e a s u r e m e nt   f r o m   m i c r o w a v e   s i g na l .   T he   m e a s u r e m e n t   o f   t h e   di e l e c t r i c   c o ns t a nt   o f   t he   s o i l s   s a m p l e s   c o l l e c t e d  f r o m   t he   v a r i o us   r e g i o ns   ha v e   b e e n  us e d  f o r   t he   e xp e r i m e n t   e v a l ua t i o n .   By   m e a s uri n g  t h e   d i e l e c t ri c   c o n s t a n t ,   t h e   m e a s u r e m e n t   o f   m o i s t ur e   c o n t e n t   o f   t h e   s o i l   c a n   b e   de t e rm i n e d.   T hi s   a pp r o a c h  c a n   b e   us e d  fo r   i de n t i fy i n g  t h e   n e e d  fo r   w a t e r   i rri ga t i o n   o f  a   f i e l d  ke e pi n g  i n   v i e w   t h e   a v a i l a b l i l y   m o i s t ur e   i n   t h e   s o i l   t o   c o n t r o l   un e v e nn e s s .   I n   f ut u r e ,   t h e   s e n s o r s   a n d  c i r c ui t s   us i n g  t h i n - f i l m   de v i c e s   c a n   b e   i n t e g r a t e d  t o   s e n s e ,   m o ni t o r ,   a n d  di s pl a y   t h e   s o i l   m o i s t u r e   a nd  c h e m i c a l   s t a t us   o f  s o i l   [27 - 30] .   F urt h e r m o r e ,   t h i s   m a e t h o d  of   di e l e c t r i c   c o n s t a n t   m e a s u r e   w o ul d  b e   us e f ul   f o r   o t h e r  pa s s i v e   r e m o t e   s e n s i n g  a pp l i c a t i o n s   as   t h e   r e f l e c t a n c e   of   s o i l   c a n   b e   de t e r m i n e d  a t   t h e   p r o gr e s s i o n  o f   t hi s   w o r k .       R EF ER EN C ES   [ 1]   N .   R .   P e pl i n s ki ,   e t   a l . ,   " D i e l e c t r i c   P r o pe r t i e s   o f   S o i l s   i n   t he   0. 3 - 1. 3 - G H z   R a ng e , "   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  G e os c i e nc e   R e m ot e   Se ns i n g ,   v o l .   3 3,   pp .   803 - 80 7,   19 95 .   [ 2]   T .   S c hm ug g e ,   e t   al . ,   " P a s s i v e   M i c r o w a v e   S o i l   M o i s t u r e   R e s e a r c h, "   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  G e os c i e nc e   R e m ot e   Se ns i ng ,   v o l .   21 ,   pp .   12 - 22 ,   1986 .   [ 3]   J .   R . W a ng ,   e t   al . ,   " A n  E m pi r i c a l   M o de l   f o r   t he   C o m pl e x  D i e l e c t r i c   P e r m i t t i v i t y   of   S o i l s   a s   a   F unc t i o n  o f   W a t e r   C o nt e nt , "   I E E E   T r a ns a c t i on s   on   G e os c i e nc e   R e m ot e   Se ns i ng ,   v o l .   1 8,   pp .   288 - 300 ,   198 0.   [ 4]   T .   S c hm ug g e ,   R e m o t e   Se ns i ng   of   So i l   M o i s t u r e ,  H y dr o l og i c a l   F o r e c a s t i ng ,   W i l e y ,   1985 .   [ 5]   G .   A .   D ur s o ,  e t   a l .   " T h e   S E S A R ,   9 3  E xp e r i e nc e   o n  S o i l   D i e l e c t r i c   B e ha v i o ur   f r o m   E R S - 1  S a t e l l i t e , "   P r oc e e di ngs   of   t he   f i r s t   w or k s ho p  of   E C - pr oj e c t   E V 5V - c t 94 - 04 46,   N a pl e s ,   I t a l y ,  pp.   1 - 13 ,   1994 .   [ 6]   W .   W a g ne r ,   e t   al . ,  " O pe r a t i o na l   r e a d i n e s s   o f   m i c r o w a v e   r e m o t e   s e ns i ng   o f   s o i l   m o i s t u r e   f o r   hy dr o l o g i c   a ppl i c a t i o ns , "   H y d r o l ogy   R e s e ar c h ,   v o l .   38 ,   pp .   1 - 20 ,   2 007 .   [ 7]   O .   B o l o g na ni ,   e t   a l . ,  " S o i l   M o i s t ur e   P r o f i l e s   f r o m   M u l t i f r e q ue nc y   R a da r   D a t a   a t   B a s i n  S c a l e , "   M e c c an i c a ,   v o l .   31 ,   pp.   59 – 72 ,   1996 .   [ 8]   S .   Z e g e l i n ,   " S o i l   M o i s t ur e   M e a s u r e m e nt , "   I n   F i e l d  M e a s u r e m e n t   T e c hni q ue s   i n  H y dr o l o gy ,   W o r ks ho p  N o t e s ,   C oo pe r a t i v e   R e s e a r c h   C e n t r e   f o r   C a t c hm e n t   H y dr o l o gy ,   C or pus   C h r i s t i   C o l l e ge ,   C l a y t o n,   pp.   C 1 – C 22 ,  1996 .   [ 9]   J .   P e ng ,   e t   al . ,  " A   R e v i e w   o f   S pa t i a l   D o w ns c a l i ng   o f   S a t e l l i t e   R e m o t e l y   S e ns e d  S o i l   M o i s t ur e , "   R e v i e w s   of   G e ophy s i c s ,   v o l .   55 ,   pp .   341 - 366 ,   201 7.   [ 10]   F .   T .   U l a by ,   e t   a l . ,  " R a da r   M a pp i ng   o f   S ur f a c e   S o i l   M o i s t u r e , "   J our nal   o f   H y dr o l og y ,   v o l .   184 ,   pp .   5 7 – 84 ,   199 6 .   [ 11]   W .   S .   L e e ,   e t   a l . ,  " S e ns i ng   T e c hno l o g i e s   f o r   P r e c i s i o n  S p e c i a l t y   C r o p  P r o duc t i o n , "   C om pu t e r s   and   e l e c t r oni c s   i n   agr i c u l t ur e ,   v o l .   74 ,   pp .   2 - 33,   20 10 .   [ 12]   K .   O uc hi ,   " R e c e nt   T r e nd   a nd   A dv a nc e   o f   S y nt he t i c   A pe r t u r e   R a da r   w i t h   S e l e c t e d  T o p i c s , "   R e m ot e   Se ns i n g ,   v o l .   5 ,  pp.   71 6 - 807,   2 013 .     [ 13]   J .   P .   W a l k e r ,   e t   al . ,  " A c t i v e   M i c r o w a v e   R e m o t e   S e n s i ng   f o r   S o i l   M o i s t ur e   M e a s u r e m e n t :   A   F i e l d   E v a l ua t i o n  us i ng   E R S ‐ 2 , "   H y d r o l og i c a l   P r oc e s s e s ,   v o l .   18,   p p.   19 75 - 97,   2 004 .   [ 14]   D .   B .   L o be l l   a nd  G .   P .   A s ne r ,   " M o i s t ur e   E f f e c t s   o n  S o i l   R e f l e c t a nc e , "   So i l   Sc i e nc e   Soc i e t y   o f   A m e r i c a   J ou r na l ,    v o l .   66,   p p.   72 2 - 727 ,   2 002 .   [ 15]   S .   K .   D a r g a r   a nd  V .   M .   S r i v a s t a v a ,   " R e t r i e v a l   o f   C r o p  P a r a m e t e r s   b y   U s i ng   X - ba nd  S c a t t e r o m e t e r   T h r o ug h  B a c k  P r o pa g a t i o n  N e ur a l   N e t w o r k  M o de l , "   I nt e r na t i ona l   Sy m po s i um   o n  Q uan t um   Sc i e nc e   and   T e c hno l o gy ,   A be r d e e n ,   U K ,   2 4 - 27,   20 18 .   [ 16]   M .   O w e ,   e t   al . ,  " A   M e t ho do l ogy   f o r   S ur f a c e   S o i l   M o i s t u r e   a nd  V e g e t a t i o n  O pt i c a l   D e p t h  R e t r i e v a l   us i ng     t he   M i c r o w a v e   P o l a r i z a t i o n  D i f f e r e nc e   I nde x, "   I E E E   T r ans ac t i ons   on  G e os c i e nc e   R e m ot e   Se ns i ng ,   v o l .   39,     pp.   16 43 - 1654 ,   200 1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m p  E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   1 ,  F e b r ua r y   2020   :     70 4   -   7 10   710   [ 17]   I .   L e br o n,   e t   al . ,   " T he   D i e l e c t r i c   P e r m i t t i v i t y   o f   C a l c i t e   a nd  A r i d  Z o ne   S o i l s   w i t h  C a r bo na t e   M i ne r a l s , "   J ou r na l   of   Soi l   Sc i e nc e   Soc i e t y   o f   A m e r i c a ,   v o l .   68 ,   pp .   1549 - 15 59 ,   2 004 .   [ 18]   P .   R .   C h a ud ha r i ,   e t   al . ,   " V a r i a t i o n  o f   di e l e c t r i c   c o ns t a n t   o f   dr y   s o i l s   w i t h  t he i r   phy s i c a l   c o ns t i t ue n t s   a nd  a v a i l a bl e   nut r i e nt s   A t   C - ba nd  M i c r o w a v e   F r e qu e nc y , "   J our nal   of   C he m i c al ,   B i o l og i c a l   an d  P hy s i c a l   S c i e nc e s ,   v o l .   2,     pp.   10 01,   2 012 .   [ 19]   S .   K .   D a r g a r ,   e t   al . ,  " C o m pa c t   U W B   a n t e n na   w i t h  T - S ha pe d   S l o t s   a n d  S t a i r c a s e   G r o und   P l a n e   f o r   E nh a nc e d   B a ndw i dt h , "   I O SR   J o ur n al   o f   E l e c t r on i c s   a nd   C om m un i c a t i on   E ng i ne e r i ng ,   v o l .   5 ,   pp .   12 - 17,   2 013 .   [ 20]   D .   S i ng h  a nd  V .   M .   S r i v a s t a v a ,   " A n  a na l y s i s   o f   R C S   f o r   dua l - ba n d  s l o t t e d  pa t c h  a n t e nna   w i t h  a   t h i n  di e l e c t r i c   us i ng   s ho r t e d  s t ubs   m e t a m a t e r i a l   a b s o r be r , "   AEU - I n t e r nat i on al   J ou r na l   of   E l e c t r o ni c s   an d  C om m un i c a t i on s ,   v o l .   90 ,    pp.   53 - 62 ,   201 8.   [ 21]   S .   Y .   L i a o ,   M i c r ow av e   de v i c e s   and   c i r c ui t s .   P e a r s o n  E duc a t i o n,   I ndi a ,   1 989 .   [ 22]   O .   P .   N .   C a l l a ,   e t   a l . ,   " M e a s u r e m e nt   o f   S o i l   M o i s t u r e   U s i ng   M i c r o w a v e   R a di o m e t e r , "   P r oc .   of   I nt e r n at i on al   C onf e r e nc e   on   R e c e nt   A dv an c e s   i n   M i c r ow av e   T he or y   and   A pp l i c a t i ons   I C R A M T A ,   p p.   62 1 - 624 ,   2 008 .   [ 23]   V . A .   S y d o r uk ,   e t   a l . ,   " D e s i g n  a nd   c ha r a c t e r i z a t i o n  o f   m i c r o w a v e   c a v i t y   r e s o na t o r s   f o r   no ni nv a s i v e   m o ni t o r i ng   o f   pl a n t   w a t e r   d i s t r i bu t i o n, "   I E E E   T r a ns a c t i on s   on  M i c r ow av e   T he or y   and  T e c hni que s ,   v o l .   6 4,   pp .   289 4 - 2904 ,   201 6.   [ 24]   X .   T .   F e ng ,   e t   al . ,   R o c k   C ha r ac t e r i s at i o n,   M ode l l i n g,   an d  E ng i ne e r i ng  D e s i gn   M e t h ods ,   C R C   P r e s s ,   2013 .   [ 25]   M .   A t e s ,   M . ,   " A   r e v i e w   s t u dy   o f   ( bi o )   s e n s o r   s y s t e m s   ba s e d   o n  c o nduc t i ng   po l y m e r s , "  M a t e r i al s   Sc i e nc e   and   E ngi ne e r i n g:   C ,   v o l .   33 ,   p p.   18 53 - 1859 ,   201 3.   [ 26]   Z .   T .   Z hu ,   e t   al . ,   " H um i di t y   s e ns o r s   ba s e d  o n  pe nt a c e ne   t h i n - f i l m   t r a n s i s t o r s , "   A pp l i e d  P hy s i c s   L e t t e r s ,   v o l .   81 ,    pp.   46 43 - 4645 ,   200 2.   [ 27]   S .   K .   D a r g a r   a nd  V .   M .   S r i v a s t a v a ,   " D e s i g n  a nd  a na l y s i s   o f   nov e l   t r i - a c t i v e   l a y e r   c ha nne l   a m o r pho us - I G Z O   t hi n  f i l m   t r a ns i s t o r , "  M i c r o   &   N ano  L e t t e r s ,   pp .   1 - 5 ,   201 9.   [ 28]   S .   K .   D a r g a r   a nd  V .   M .   S r i v a s t a v a ,   " D e s i g n  a nd  a n a l y s i s   o f   I G Z O   t hi n  f i l m   t r a n s i s t o r   f o r   A M O L E D   pi xe l   c i r c ui t   us i ng   do ubl e - g a t e   t r i   a c t i v e   l a y e r   c ha n ne l , "   H e l i y on,   v o l .   5  no .   4 ,   pp .   e 014 52 ,   2 019 .   [ 29]   H .   S ha r m a ,   e t   al . ,   " S o i l   m o i s t u r e   s e ns o r   c a l i br a t i o n,   a c t u a l   e v a po t r a n s pi r a t i o n ,   a nd  c r o p  c o e f f i c i e nt s   f o r   dr i p   i r r i g a t e d   g r e e n ho us e   c hi l e   pe pp e r s , "   A gr i c ul t ur al   W at e r   M ana ge m e nt ,   v o l .   179 ,   pp .   8 1 - 91,   20 17 .   [ 30]   M .   S a de g hi ,   e t   al . ,   " A   l i ne a r   phy s i c a l l y - ba s e d  m o de l   f o r   r e m o t e   s e ns i ng   o f   s o i l   m o i s t ur e   us i ng   s ho r t   w a v e   i nf r a r e d   ba nd s , "   R e m ot e   Se ns i ng   of   E n v i r onm e nt ,   v o l .   1 64 ,   p p.   66 - 76 ,   201 5.       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S       S h as h i   K .   D ar g ar   i s   pr e s e nt l y   w o r ki ng   a s   a   P o s t - D oc t o r a l   F e l l o w   i n  t he   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   H o w a r d  C o l l e g e ,   U n i v e r s i t y   of   K w a Z ul u - N a t a l ,   D ur ba n,   S o u t h  A f r i c a .   H e   r e c e i v e d  hi s   P h. D .   i n  E l e c t r o ni c s   E ng i ne e r i ng ,   M a s t e r ’ s   d e g r e e   M . T e c h.   i n  D i g i t a l   C o m m uni c a t i o n,   a nd   B a c he l o r   o f   E ng i ne e r i ng   i n  E l e c t r o ni c s   a nd  C o m m uni c a t i o n  E ng i n e e r i ng .   H e   ha s   be e n  c o nt r i bu t i ng  i n  t he   f i e l d  o f   a c a de m i c s   a nd  r e s e a r c h  f r o m   t he   l a s t   14  y e a r s .   H i s   r e s e a r c h  i nt e r e s t   i nc l u de s   M i c r o e l e c t r o ni c s ,   T h i n  f i l m   d e v i c e   de s i g n,   V L S I ,   W i r e l e s s   C o m m uni c a t i o n  a nd  M i c r o w a v e   E ng i ne e r i ng .   H e   ha s   o v e r   25  r e s e a r c h  a r t i c l e s   i n  i n t e r na t i o na l   j o u r na l s   a n d  c o nf e r e nc e s .   H e   i s   a   m e m be r   o f   I E E E ,   I A C S I T ,   I A E N G ,   a nd   r e v i e w e r   i n   v a r i o us   r e pu t e d   i n t e r n a t i o na l   j o ur na l s .           P r o f .   V i r an j ay   M .   S r i v as t av a   i s   a   D o c t o r a t e   ( 2 012 )   i n  t he   f i e l d  o f   R F   M i c r o e l e c t r o ni c s   a nd  V L S I   D e s i g n,   M a s t e r   ( 2 008 )   i n  V L S I   de s i g n,   a nd  B a c he l o r   ( 20 02)   i n  E l e c t r o n i c s   a nd  I ns t r um e n t a t i o n   E ng i ne e r i ng .   H e   ha s   w o r ke d  f o r   t he   f a br i c a t i o n  o f   de v i c e s   a nd  de v e l o pm e nt   o f   c i r c ui t   de s i g n.   P r e s e n t l y ,   h e   i s   c ur r e n t l y   w o r ki ng   a s   a n  A s s o c i a t e   P r o f e s s o r   i n   t h e   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o ni c   E ng i ne e r i ng ,   H o w a r d  C o l l e g e ,   U ni v e r s i t y   of   K w a Z ul u - N a t a l ,   D ur b a n,   S o u t h  A f r i c a .   H e   h a s   m o r e   t ha n   15  y e a r s   o f   t e a c h i ng   a nd  r e s e a r c h  e xp e r i e nc e   i n  t h e   a r e a   o f   V L S I   de s i g n,   R F I C   de s i g n,   a nd   A na l o g   I C   de s i g n.   H e   ha s   s upe r v i s e d  v a r i o us   B a c he l o r s ,   M a s t e r s   a nd   D o c t o r a t e   t he s e s .   H e   i s   a   s e n i o r   m e m be r   o f   I E E E ,   a nd  m e m be r   o f   I E E E - H K N ,   I I T P S A ,   A C E E E ,   a nd  I A C S I T .   H e   ha s   w o r ke d  a s   a   r e v i e w e r   f o r   s e v e r a l   J o ur na l s   a nd  C o nf e r e nc e s   bo t h  n a t i o na l   a nd  i nt e r na t i o na l .   H e   i s   a ut ho r / c o - a ut ho r   o f   m o r e   t h a n  200   s c i e n t i f i c   c o nt r i bu t i o ns   i nc l udi ng   a r t i c l e s   i n  i nt e r n a t i o na l   r e f e r e e d  J o ur na l s   a nd  C o nf e r e nc e s   a nd  a l s o   a ut ho r   o f   f o l l o w i ng   bo o ks ,   1)   V L S I   T e c hno l ogy ,   2)   C ha r a c t e r i z a t i o n  o f   C - V   c ur v e s   a nd  A na l y s i s ,   U s i ng   V E E   P r o   S o f t w a r e :   A f t e r   F a b r i c a t i o n  o f   M O S   D e v i c e ,   a nd   3)   M O S F E T   T e c hno l o g i e s   f o r   D o ubl e - P o l e   F o ur   T h r o w   R a di o   F r e que nc y   S w i t c h,   S pr i ng e r   I nt e r na t i o na l   P ub l i s h i ng ,   S w i t z e r l a nd ,   O c t o be r   2013 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.