P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K z l P r o j / A o c 5 P r e s / C I R C / D a l 9 0 u e . i n d d _ _ _ . _ _ _ . _ — _ E L E C T R O M A G N E T I C M A T E R I A L C H A R A C T E R I Z A T I O N O F A C O N D U C T O R - B A C K E D M A T E R I A L U S I N G T H E T W O L A Y E R , T W O T H I C K N E S S , A N D T W O I R I S W A V E G U I D E P R O B E M E T H O D S : E R R O R A N A L Y S I S , S I M U L A T I O N , A N D E X P E R I M E N T A L R E S U L T S V O L U M E I B y G a r y D e a n D e s t e r A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 8 C o p y r i g h t b y G a r y D e a n D e s t e r 2 0 0 8 A B S T R A C T E L E C T R O M A G N E T I C M A T E R I A L C H A R A C T E R I Z A T I O N O F A C O N D U C T O R - B A C K E D M A T E R I A L U S I N G T H E T W O L A Y E R , T W O T H I C K N E S S , A N D T W O I R I S W A V E G U I D E P R O B E M E T H O D S : E R R O R A N A L Y S I S , S I M U L A T I O N , A N D E X P E R I M E N T A L R E S U L T S B y G a r y D e a n D e s t e r T h r e e m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n t e c h n i q u e s a r e i n v e s t i g a t e d i n t h i s ( ' l i s s e r t i - t t i o n f o r t h e i r a b i l i t y t o e x t r a c t t h e e l e c t r o m a g n e t i c p r o p e r t i e s o f a c o n d u e t o r - b a e k e d m a t e - r i a l i n , s i t e . A l l t h r e e t e c h n i q u e s u s e a w a v e g u i d e p r o b e w i t h a r e c t a n g u l a r a p e r t u r e p l a c e d a g a i n s t a c o n d u c t o r — b a c k e d l a y e r e d m a t e r i a l . T O e x t r a c t t h e c o m p l e x m a t e r i a l p a r a m e t e r s , t w o i n d e p e n d e n t c o m p l e x m e a s u r e m e n t s a r e n e e d e d . T h e f i r s t t e c h n i q u e u s e s t w o t h i c k n e s s e s o f t h e u n k n o w n m a t e r i a l t o o b t a i n t h e t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e - m e n t s . T h e s e c o n d m e t h o d u s e s a m e a s u r e m e n t O f o n e l a y e r O f a n u n k n o w n m a t e r i a l , a n d a s e c o n d m e a s u r e m e n t w h e r e a t o p l a y e r o f a k n o w n m a t e r i a l i s a d d e d . T h e t h i r d t e c h n i q u e i s a n e w m e t h o d d e v e l o p e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n , w h i c h u t i l i z e s t w o i r i s e s o f d i f f e r e n t s i z e s i n t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e t o o b t a i n t h e t w o m e a s u r e m e n t s . I t i s d e s i r a b l e i n a n y m a t e r i a l ( - l r a r a c t e r i z a t i o n m e t h o d t o u n d e r s t a n d t h e s e n - s i t i v i t y O f t h e m e t h o d t o e r r o r s . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e s e n s i t i v i t y o f t h e s e t l ' n ' e e m e t h o d s t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s i s i n v e s t i g a t e d . S i n c e t h e f i e l d s i n t h e w a v e g - u i d e a p e r t u r e a r e a p p r o x i m a t e d b y u s i n g a f i n i t e n t u n b e r o f t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s , t h e e f f e c t O f t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n a r e a l s o e x a m i n e d t h r o u g h S i m u l a t i o n a n d e x p e r i m e n t . M e a s u r e m e n t d a t a i s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s a n d e v a l u a t e t h e c h a r a c t e r i z a t i o n m e t h o d s . T h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s . t h e m o d a l a n a l y s i s , a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s d e m o n - s t r a t e t h a t t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s t h e l e a s t s e n s i t i v e t o e r r o r s i n t h e e x t r a c t i o n p r o c e s s . H o w e v e r , t h i s m e t h o d i s n o t p r a c t i c a l f o r u s e a s a n i n s i t u t e c h n i q u e , S i n c e t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s m u s t b e k n o w n a p r i o r i . I t i s f o u n d t h a t t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h a l o w l o s s d i e l e c t r i c m a t e r i a l a s t h e t o p l a y e r , a n d t h e t w o i r i s m e t h o d w o r k e q u a l l y w e l l i n e x t r a c t i n g t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e y a r e , h o w e v e r , m o r e s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F o r T o n i , A b i g a i l , E m m a , a n d J a d o n A C K N O W L E D G M E N T S I f i r s t w a n t . t o t h a n k m y w i f e , T o n i , f o r h e r s u p p o r t , e n c o u r a g e n r e n t , a n d m o t i v a - t i o n . I f i t w a s n ’ t f o r y o u , I w o u l d n o t h a v e e v e n c o n s i d e r e d g o i n g d o w n t h i s p a t h . I t h a s n o t b e e n e a s y , b u t I a p p r e c i a t e a l l . o f t h e t i m e s y o u ’ v e b e e n t h e r e t O h e l p m e m a k e i t t h r o u g h . S e c o n d , I t h a n k m y c h i l d r e n f o r b e i n g p a t i e n t w i t h m e a n d u n d e r s t a n d i n g a s I f i n i s h e d u p t h i s d i s s e r t a t i o n . I l o o k f o r w a r d t o b e i n g w i t h y o u a n d e n j o y i n g m o r e t i m e t o g e t h e r . I w a n t t o t h a n k D r . E d R o t h w e l l f o r a l l o f h i s p a t i e n t g u i d a n c e , d i r e c t i o n a n d t e a c h i n g o v e r t h e p a s t t h r e e y e a r s . T h a n k y o u f o r y o u r i d e a s a b o u t p u r s u i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , a n d p r o v i d i n g m u c h i n p u t f o r t h i s d i s s e r t a t i o n . I t h a s b e e n a p r i v i l e g e t o l e a r n f r o m y o u a n d I a m t h a n k f u l I h a v e h a d t h e O p p o r t u n i t y t o s t u d y u n d e r y o u . I a m s t i l l a m a z e d t h a t y o u t o o k a c h a n c e o n a 3 9 - y e a r — o l d w h o h a d n o t p r a c t i c e d e n g i n e e r i n g i n 1 5 y e a r s ! I a m t r u l y g r a t e f u l . T o D r . L e O K e m p e l , t h a n k y o u f o r a l w a y s S h o w i n g a n d e x p r e s s i n g c o n f i d e n c e i n m e . Y o u r c o n f i d e n c e a n d e n c o u r a g e - m e n t a n d h e l p w i t h t h e j o b s e a r c h h a s b e e n e x t r e m e l y v a l u a b l e . T o D r . S h a n k e r B a l a s u b r i r n a n i a n , t h a n k y o u f o r t h e o p e n d o o r p o l i c y a n d e x c e l l e n c e i n t e a c h i n g y o u h a v e e x h i b i t e d . Y o u r i n s i g h t s i n t o t h e w o r l d o f e l e c t r o m a g n e t i c s h a v e p r o v e n h e l p f u l t o m e t i m e a n d t i m e a g a i n . A n d t h e t i m e s o n t h e b a s k e t b a l l c o u r t g a v e m e s o m e m u c h n e e d e d e x e r c i s e ! T h a n k s a r e a l s o i n o r d e r t o D r . G u o w e i W ' e i f o r a g r r c i n g t o s e r v e o n m y P h . D . c o m m i t t e e . I I I a d d i t i o n , t h a n k y o u t O D r . M i k e H a v r i l l a f o r s e v e r a l i n s i g h t f u l c o n v e r s a t i o n s a n d h e l p s e t t i n g u p t h e n e t w o r k a n a l y z e r . M o s t O f t h e m e a s u r e m e n t s i n t h i s t h e s i s v i w e r e m a d e p o s s i b l e t h r o u g h y o u r i n s i g h t i n t o t h e e x p e r i m e n t a l s i d e O f t h e m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n p r o b l e m . T h a n k s a l s o t o C a p t a i n J a m e s S t e w a r t a n d C a p t a i n M i l o H y d e , I V , f r o m A F I T , f o r S h a r i n g m e a s u r e m e n t d a t a a n d i d e a s w i t h m e . A n d a l s o a h u g e t h a n k y o u t o M a j o r A l a n A l b e r t , G a r r e t t S t e n h o l m , a n d J u a n C a l z a d a f r o m A F R L f o r t h e i r r o l e i n s p o n s o r i n g t h i s r e s e a r c h u n d e r U T C S u b c o n t r a c t 0 5 — 8 5 0 8 — 0 1 7 — C 1 . T h a n k s t O a l l O f m y f e l l o w s t u d e n t s , O f f i c e m a t e s , a n d f r i e n d s . Y o u h a v e m a d e t h i s a n e n j o y a b l e j o u r n e y . F i n a l l y , a n d m o s t i m p o r t a n t l y , t h a n k s t o J e s u s C h r i s t . I o w e e v e r y t h i n g t o H i m . v i i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i x : L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x v i K E Y T O S Y M B O L S A N D A B B R E V I A T I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . x x x i i i C H A P T E R 1 I n t r o d u c t i o n a n d B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 I n t r o d u c t i o n a n d B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 R e l a t e d w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 2 . 1 F r e e S p a c e M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 . 2 . 2 C o a x i a l P r o b e M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . 2 . 3 W a v e g u i d e P r o b e M e t h o d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . 2 . 3 . 1 C o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n . . . . . 5 1 . 2 . 3 . 2 C h a r a c t e r i z a t i o n O f b o t h 6 a n d , u . . . . . . . . . . . 7 1 . 2 . 3 . 3 M o d a l S o l u t i o n A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1 . 2 . 3 . 4 E r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 . 3 O v e r v i e w o f t h e r e s e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 C H A P T E R 2 E l e c t r o m a g n e t i c M a t e r i a l P a r a m e t e r E x t r a c t i o n U s i n g t h e T w o L a y e r M e t h o d a n d t h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2 . 2 T w o L a y e r M e t h o d : P r o b l e m O v e r v i e w . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 . 3 T w o L a y e r M e t h o d E x t r a c t i o n A l g o r i t h m . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 . 4 P r o b l e m F o r m u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . 4 . 1 W a v e g u i d e F i e l d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . 4 . 2 P a r a l l e l P l a t e F i e l d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 . 5 M F I E a n d t h e M e t h o d O f M o m e n t s S o l u t i o n . . . . . . . . . . . . . . 2 2 2 . 6 T h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 2 . 6 . 1 I m p l e m e n t i n g t h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d A l g o r i t l n n U s i n g t h e T w o L a y e r M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 ' C H A P T E R 3 D e r i v a t i o n O f t h e H e r t z i a n P o t e n t i a l T w o L a y e r P a r a l l e l P l a t e G r e e n ’ s F u n c t i o n ‘ 2 9 3 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 . 2 P r o b l e m F o r m u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 3 . 3 H e r t z i a n P o t e n t i a l E x p r e s s i o n o f E l e c t r o m a g n e t i c F i e l d s . . . . . . . . 3 1 3 . 4 E l e c t r i c a n d M a g n e t i c F i e l d B o u n d a r y C o n d i t i o n s i n T e r m s o f H e r t z i a n P o t e n t i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 . 5 P o t e n t i a l B o u n d a r y c o n d i t i o n s f o r a n x - d i r e c t e d s o u r c e . . . . . . . . 3 3 3 . 5 . 1 B o u n d a r y C o n d i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 . 5 . 2 B o u n d a r y C o n d i t i o n 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 v i i i 3 . 6 3 . 7 3 . 8 3 . 8 . 1 3 . 8 . 2 C H A P T E R 4 3 . 5 . 3 3 . 5 . 4 3 . 5 . 5 3 . 5 . 6 3 . 5 . 7 3 . 5 . 8 3 . 5 . 9 P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r y - d i r e c t e d S o u r c e 3 . 6 . 1 3 . 6 . 2 3 . 6 . 3 3 . 6 . 4 3 . 6 . 5 3 . 6 . 6 3 . 6 . 7 3 . 6 . 8 3 . 6 . 9 B o u n d a r y C o n d i t i o n 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S u m m a r y O f H e r t z i a n P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r . 1 7 " , = 2 8 , 1 1 5 , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 1 B o u n d a r y C o n d i t i o n 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 4 B o u n d a r y C o n d i t i o n 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B o u n d a r y C o n d i t i o n 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S u m m a r y O f H e r t z i a n P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r . 1 7 " , = [ / l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F o r m u l a t i o n O f P o t e n t i a l s i n P a r a l l e l P l a t e R e g i o n . . . . . . . . . . . 3 . 7 . 1 3 . 7 . 2 3 . 7 . 3 S o u r c e - F r e e , o r S c a t t e r e d P o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . S o l u t i o n f o r P o t e n t i a l D u e t o S o u r c e s ( P r i m a r y P o t e n t i a l . ) S u m m a r y O f P o t e n t i a l R e p r e s e n t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . C a l c u l a t i o n o f t h e H e r t z i a n P o t e n t i a l G r e e n ’ s F u n c t i o n i n t h e P a r a l l e l P l a t e R e g i o n P o t e n t i a l D u e t o a n x - d i r e c t e d S o u r c e i n R e g i o n 1 . . . . . . . 3 . 8 . 1 . 1 S u m m a r y o f P o t e n t i a l A m p l i t u d e E q u a t i o n s f o r a n x - . d i r e c t e d S o u r c e i n R e g i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 1 . 2 S o l u t i o n f o r t h e A m p l i t u d e C o e f f i c i e n t s O f t h e U p w a r d a n d D o w n w a r d T r a v e l i n g W a v e s . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 1 . 3 x - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 1 . 4 y - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 1 . 5 z - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P o t e n t i a l d u e t o a y - d i r e c t e d s o u r c e i n r e g i o n 1 . . . . . . . . 3 . 8 . 2 . 1 x - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 2 . 2 y - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . 8 . 2 . 3 z - d i r e c t e d p o t e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N u m e r i c a l S o l u t i o n o f t h e T w o L a y e r M F I E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e F o r c i n g F u n c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e C o u p l i n g M a t r i x , A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S o l u t i o n t o t h e M a t r i x E q u a t i o n f o r T E a n d T M M o d e C o u p l i n g . . . 4 . 1 4 . 2 4 . 3 4 . 4 4 . 4 . 1 C a s e 1 : T E L ” , m s o u r c e w i t h T E m - n m - n O b s e r v e r . . . . . . . . i x 3 4 3 5 3 6 3 6 3 6 3 7 3 7 4 0 4 0 4 0 4 1 4 1 4 1 4 2 4 4 4 9 5 0 5 1 5 9 6 0 6 5 6 8 6 8 6 9 6 9 6 9 7 0 7 2 7 2 7 2 7 3 8 3 8 3 4 . 4 . 2 C a s e 2 : T E ” , 1 , 7 , , s o u r c e w i t h T A I U , . , , , , m - n O b s e r v e r . . . . . . . . 8 7 4 . 4 . 3 C a s e 3 : T 7 1 1 1 ” , m s o u r c e w i t h T E m n - U m O b s e r v e r . . . . . . . . 8 9 4 . 4 . 4 C a s e 4 : T M m H m s o u r c e w i t h T A I u m v m O b s e r v e r . . . . . . . . 9 1 4 . 5 N u m e r i c a l c o m p u t a t i o n O f t h e m a t r i x e l e m e n t s A m " , . . . . . . . . . . 9 2 4 . 5 . 1 I n t e g r a t i o n i n k g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 4 . 5 . 1 . 1 S i n g u l a r p o i n t s o n t h e k g a x i s . . . . . . . . . . . . . 9 4 4 . 5 . 2 I n t e g r a t i o n i n k m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 4 . 6 N u m e r i c a l I n t e g r a t i o n I m p l e m e n t a t i o n N o t e s . . . . . . . . . . . . . . 1 0 3 C H A P T E R 5 M o d a l A n a l y s i s O f t h e T w o L a y e r a n d T w o T h i c k n e s s M e t h o d s o f M a t e r i a l P a r a m e t e r E x t r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 5 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 5 . 2 H o w m a n y m o d e s a r e n e c e s s a r y ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 5 . 3 G e n e r a t i o n o f 3 3 ‘ ” f o r a s i n g l e c o n d u c t o r - b a c k e d l a y e r . . . . . . . . . 1 0 7 5 . 4 G e n e r a t i o n O f ‘ 9 i n f o r a t w o - l a y e r e d C O D d I l C t O f — l ' J a C d e m a t e r i a l s t a c k 1 1 1 5 . 5 E x t r a p o l a t e d v a l u e s O f S i ? ” a t X - b a n d . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 5 . 6 M o d a l a n a l y s i s o f e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 5 5 . 6 . 1 T w o T h i c k n e s s M e t h o d M o d a l A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . 1 3 1 5 . 6 . 2 T w o L a y e r M e t h o d M o d a l A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6 5 . 6 . 2 . 1 T w o L a y e r s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . . . . . 1 3 6 5 . 6 . 2 . 2 T o p L a y e r O f N y l o n , B o t t o m L a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 1 3 9 5 . 7 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 8 C H A P T E R 6 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s d u e t o l \ l e a s u r e m e n t E r r o r i n t h e T w o T h i c k n e s s l \ l e t h o d a n d T w o L a y e r M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 6 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 6 . 2 D e f i n i t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 6 . 3 A s s u m p t i o n s f o r t h i s E r r o r S e n s i t i v i t y A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . 1 5 5 6 . 4 R a n d o m n o i s e p r o p a g a t i o n o f e r r o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 6 . 4 . 1 C a l c u l a t i o n O f d e r i v a t i v e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 6 . 4 . 2 C o n fi d e n c e I n t e r v a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 6 . 5 M o n t e C a r l o M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 6 . 5 . 1 N o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n o i s e g e n e r a t i o n . . . . . . . . . 1 6 5 6 . 5 . 2 C o m p a r i s o n o f t h e M o n t e C a r l o m e t h o d a n d t h e s t a n d a r d p r o p - a g a t i o n O f e r r o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 7 6 . 6 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s f o r t h e T W O T h i c k n e s s M e t h o d a n d T w o L a y e r M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 9 6 . 7 E r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 6 . 8 S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r a d d i t i o n a l m a t e r i a l s a s a t o p l a y e r . . . . . . . 1 7 8 6 . 9 V a r i a t i o n s i n t h i c k n e s s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 1 6 . 1 0 E r r o r S e n s i t i v i t y C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 . 5 C H A P T E R 7 T w o I r i s M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 7 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 7 . 2 T w o I r i s A l g o r i t h m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 7 . 3 P r o b l e m F o r m u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 7 . 3 . 1 W a v e g u i d e a n d A p e r t u r e F i e l d s . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 7 . 4 P a r a l l e l P l a t e F i e l d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 7 . 5 M a t c h i n g B o u n d a r y C o n d i t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 7 . 5 . 1 M a t c h i n g T a n g e n t i a l E l e c t r i c F i e l d s a t . z = ( [ 2 . . . . . . . . . 1 9 3 7 . 5 . 2 M a t c h i n g T a n g e n t i a l M a g n e t i c F i e l d s a t z = ( 1 2 . . . . . . . . 1 9 4 7 . 5 . 3 M a t c h i n g T a n g e n t i a l l \ r ' I a g n e t i c F i e l d s a t a = 0 . . . . . . . . . 1 9 6 7 . 6 M a t r i x E q u a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 8 7 . 6 . 1 R i g h t h a n d S i d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 7 . 6 . 2 E v a l u a t i o n o f a n p e , " , , ' ( / 7 ) c , p ( / 7 ) ( 1 3 u s e d i n D 2 a n d D 3 . . . 2 0 1 7 . 6 . 2 . 1 C a s e 1 , T E } f ’ , - § ’ , m , T E fi i ’ , , , . , , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 7 . 6 . 2 . 2 C a s e 2 , T E f f fl , , m , T 1 1 1 3 " , , , , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 7 . 6 . 2 3 C a s e 3 , T 1 1 1 5 " , m , T E Z Q W . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 7 . 6 2 4 C a s e 4 T M f f fl W , T i t / 1 3 5 m , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 7 . 6 . 3 E v a l u a t i o n o f f f i a p h m p ( ( - 5 ) h n g ( fi ' ) d s u s e d i n D 4 a n d ( ) 2 . . . . 2 0 3 7 . 6 . 3 . 1 C a s e 1 , T E g fi w m T E f f ’ , § J , , , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 7 6 . 3 2 C a s e 2 , T E , , , , , . 0 " , T w i g g y ” . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 7 . 6 . 3 . 3 C a s e 3 , T M u m v m - T E u , § ' m , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 7 . 6 3 . 4 C a s e 4 , T I M " , , , T 1 4 5 3 , m , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 7 . 6 . 4 E v a l u a t i o n O f f fl a p h m ? ) ( / 7 ) - 5 5 % ; ? ) ( 1 3 u s e d i n D 8 a n d D 9 . . . 2 0 5 7 . 6 . 4 . 1 I n t e g r a l f o r m u l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 5 7 . 6 . 4 . 2 C a s e 1 , T E fi fi , , , . , , , . T E g j fi . , . , , . . . . . . . . . . . . . . 2 0 . 9 7 . 6 . 4 . 3 C a s e 2 , T E t u a , , , . v , , , ~ T 1 V m , m . . . . . . . . . . . . . . 2 1 1 7 . 6 . 4 . 4 C a s e 3 , T M W M W - T E ” n m . . . . . . . . . . . . . . 2 1 2 7 . 6 . 4 . 5 C a s e 4 , T M u m v m T M u n I n . . . . . . . . . . . . . . 2 1 3 7 . 7 N u m e r i c a l C o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s D 8 , , " . . . . . . . . . 2 1 4 7 . 7 . 1 R e d u c t i o n t o o n e - s i d e d i n t e g r a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5 7 . 7 . 2 E x a m i n a t i o n O f p o l e s o n t h e r e a l k ] ; a n d k y a x e s . . . . . . . . 2 2 0 7 . 7 . 2 . 1 E v a l u a t i o n o f p o l e s o n t h e r e a l I c y a x i s . . . . . . . . 2 2 1 7 . 7 . 2 . 2 E v a l u a t i o n o f p o l e s o n t h e r e a l [ 1 1 , ; a x i s . . . . . . . . 2 2 7 7 . 8 I m p l e m e n t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 9 C H A P T E R 8 T w o A p e r t u r e M o d a l A n a l y s i s a n d E r r o r S e n s i t i v i t y A n a l y s i s . . . . . . . . . 2 3 0 8 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 8 . 2 R e f l e c t i o n C o e f f i c i e n t A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 0 8 . 2 . 1 A p e r t u r e G e o m e t r i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 1 8 . 3 E x t r a p o l a t i o n p r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 8 . 4 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s f o r t h e T w o A p e r t u r e l \ l e t h o d . . . . . . . . . . . 2 5 7 8 . 5 M o d a l A n a l y s i s f o r A p e r t u r e H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 x i 8 . 6 S i m u l a t i o n C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 4 C H A P T E R 9 E x p e r i m e n t a l M a t e r i a l P a r a m e t e r E x t r a c t i o n s U s i n g t h e T w o L a y e r l \ l e t h o d , T w o T h i c k n e s s M e t h o d , a n d t h e T w o I r i s l \ l e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 6 9 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 6 9 . 2 E x p e r i m e n t a l S e t u p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 6 9 . 2 . 1 C a l i b r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 8 9 . 2 . 2 V N A s e t t i n g s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 0 9 . 2 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 0 9 . 2 . 4 S a m p l e m a t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 1 9 . 2 . 5 M e a s u r e m e n t P o s i t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 9 . 3 T w o T h i c k n e s s M e t h o d R e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 9 . 3 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 2 9 . 3 . 2 M e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 3 9 . 3 . 3 E x t r a c t i o n r e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 9 . 3 . 4 T w o t h i c k n e s s e x t r a c t i o n o f E c c o s o r b F G M 4 0 . . . . . . . . . 3 0 2 9 . 4 T w o L a y e r M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 2 9 . 4 . 1 M o d a l A n a l y s i s f o r 2 l a y e r s O f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . 3 1 2 9 . 4 . 2 A d d i t i o n a l A n a l y s i s f o r T w o L a y e r s O f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . 3 1 8 9 . 4 . 3 T w o L a y e r M e t h o d E x t r a c t i o n s w i t h P l a s t i c T o p L a y e r . . . . 3 2 0 9 . 5 T w o I r i s M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 9 . 5 . 1 M e a s u r e m e n t v s . T h e o r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 1 9 . 5 . 2 M o d a l A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 1 9 . 5 . 2 . 1 D i s c u s s i o n o f M o d a l A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 9 . 5 . 3 T w o I r i s M e t h o d E x t r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 9 9 . 6 D i s c u s s i o n O f R e s u l t s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 . . . . . . . . . . . . . . 3 6 3 C H A P T E R 1 0 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 9 1 0 . 1 S u g g e s t i o n s f o r F u t u r e w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 1 A P P E N D I X A W a v e g u i d e T r a n s v e r s e M o d e F u n c t i o n s a n d A s s o c i a t e d I n t e g r a l s . . . . . . . . 3 7 4 A l T r a n s v e r s e W a v e g u i d e M o d e F u n c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 4 A 2 N o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 6 A 3 C a l c u l a t i o n O f f l : n _ ( k 1 , , k y ) , f y . , , ( k $ , / r y ) , . q r m ( l r r , k y ) , a n d g y . , , , , ( k 1 . . k g ) . 3 7 7 A 3 1 F u n c t i o n v a l u e s f o r T E z m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 0 A 3 2 F u n c t i o n v a l u e s f o r T M 2 m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 1 A P P E N D I X B D e r i v a t i v e E q u a l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 3 x i i A P P E N D I X C T h e R e l a t i o n s h i p O f t h e S i n g l e L a y e r a n d T w o L a y e r P a r a l l e l P l a t e G r e e n ' s F u n c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 5 C 1 C a s e 1 : z ' > z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 8 C 2 C a s e 2 : z ’ < z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 9 A P P E N D I X D \ N a v e g u i d e C u t o f f F r e q u e n c i e s f o r W R - 9 0 W a v e g u i d e . . . . . . . . . . . . . . 3 9 3 A P P E N D I X E T r a n s v e r s e A p e r t u r e M o d e F u n c t i o n s a n d A s s o c i a t e d I n t e g r a l s . . . . . . . . . 3 9 5 E l T r a n s v e r s e A p e r t u r e M o d e F u n c t i o n s . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 5 E 2 C a l c u l a t i o n O f f g fl k b k y ) , s m i r k “ ) . 9 3 4 5 ) , , ( 1 1 1 1 4 e r ) , a n d g g fi , ( l r , r . k y ) . 3 9 7 E 2 1 F u n c t i o n v a l u e s f o r T E 3 m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 8 E 2 2 F u n c t i o n v a l u e s f o r T M ; m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 0 E 3 E v a l u a t i o n o f I n t e g r a l s U s e d i n t h e T w o I r i s l \ l e t h o d . . . . . . . . . 4 0 1 E 3 1 I n t e g r a l u s e d i n D 2 a n d D 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 1 E 3 2 C a l c u l a t i o n o f t h e I n t e g r a l u s e d i n D 4 a n d ( ) 2 . . . . . . . . . 4 0 3 A P P E N D I X F N o m i n a l M a t e r i a l P a r a m e t e r s u s e d i n S i m u l a t i o n s a n d E x t r a c t i o n s . . . . . . 4 0 6 B I B L I O G R A P H Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 2 x i i i T a b l e 4 . 1 T a l ‘ ) l e 5 . 1 T a b l e 5 . 2 T a b l e 5 . 3 T a b l e 6 . 1 T a b l e 6 . 2 T a b l e 8 . 1 T a b l e 9 . 1 T a b l e 9 . 2 T a b l e 9 . 3 T a b l e 9 . 4 T a b l e D . 1 T a b l e F . 1 T a b l e F . 2 T a b l e F . 3 L I S T O F T A B L E S V a l u e O f t h e f u n c t i o n Q ( k y ) a t t h e s i n g u l a r p o i n t s . . . . . . . . . 1 0 1 M a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r E c c o s s o r b F G M l 2 5 , c = 6 . 0 M . — j e j f ) a n d , u . = 1 1 0 0 1 ; . — j [ 1 5 , ! ) T h e s e d a t a w e r e o b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e O f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 K e y f o r m o d e s u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r e x t r a c t i o n m e t h o d s , f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . . . 1 3 5 K e y f o r m o d e s u s e d i n 2 L a y e r E x t r a c t i o n M e t h o d u s i n g N y l o n a s t h e t o p l a y e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 P o t e n t i a l s o u r c e s o f e r r o r i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s 1 5 7 M e a n , , u , a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , f o r t h e M o n t e C a r l o 1 1 1 e t h o d a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , f o r t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d O f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . S i m u l a t i o n w a s f o r t w o t h i c k - n e s s e s o f E c c o s s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 " t h i c k . . . . . . . 1 6 6 K e y f o r m o d e s u s e d i n t w o a p e r t u r e e x t r a c t i o n m e t h o d , A p e r t u r e H 2 6 9 A c t u a l m e a s u r e d d i m e n s i o n s O f A p e r t u r e W R a n d A p e r t u r e H . . . 2 7 8 M a t e r i a l s a m p l e s u s e d i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d s . 2 8 2 K e y f o r m o d e s u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i c m o f e x p e r i m e n t a l d a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 7 K e y f o r m o d e s u s e d i n t w o i r i s e x t r a c t i o n m e t h o d , A p e r t u r e H a n d A p e r t u r e V V R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 I n d e x O f w a v e g u i d e m o d e s a n d c u t o f f f r e q u e n c i e s f o r W R — 9 0 W a v e g - u i d e N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r P l e x i g l a s s , e 2 6 0 M . — j e t ? ) a n d H = 1 7 0 0 1 ; . — j 1 1 ; ! ) T h e s e d a t a w e r e O b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e O f T e c h n o l o g y , W ’ r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r N y l o n , 6 : 6 0 ( 4 — j c j f ) a n d p . = 1 1 0 0 / , — j p ’ r ’ ) . T h e s e v a l u e s w e r e e s t i m a t e d f r o m d a t a f o u n d i n [ 6 ] , F i g u r e s 2 7 a n d 2 8 , a n d w e r e u s e d i n s i m u l a t i o n s a n d t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 7 o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r P V C , 6 : 6 0 ( e f . - j e j f ) a n d / 1 , = 1 1 0 0 1 ; . — j u g ) . T h e s e v a l u e s w e r e e s t i m a t e d f r o m d a t a f o u n d i n [ 6 ] , F i g u r e s 2 7 a n d 2 8 . a n d w e r e u s e d i n s i m u l a t i c m s a n d t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s . o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o x i v T a b l e F . 4 T a b l e F . 5 N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r F G M 4 0 , e = € 0 ( € ; . — 3 ' 6 4 ! ) a n d fl = 7 1 0 0 4 ; . — j p f ! ) T h e s e d a t a w e r e o b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r l \ r I a t e r i a l 1 . 5 , 6 = 6 0 ( c j . — j a g ) a n d , u = 1 1 0 0 1 ; . — — j 7 1 : 5 ) T h e s e v a l u e s a r e f o r a f i c t i t i o u s m a t e r i a l a n d a r e u s e d i n t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s t O s i m u l a t e a l o w l o s s . l m v - d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X V 4 0 9 F i g u r e 2 . 1 F i g u r e 2 . 2 F i g u r e 3 . 1 F i g u r e 3 . 2 F i g u r e 4 . 1 F i g u r e 5 . 1 F i g u r e 5 . 2 F i g u r e 5 . 3 F i g u r e 5 . 4 F i g u r e 5 . 5 F i g u r e 5 . 6 F i g u r e 5 . 7 L I S T O F F I G U R E S S i d e v i e w ( a ) a n d t o p v i e w ( b ) f o r t w o l a y e r s O f m a t e r i a l i n t e r r o - g a t e d b y a s i n g l e w a v e g u i d e p r o b e . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a s u r e m e n t o f r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t o n ( a ) o n e l a y e r o f 1 1 1 a t e r i a l a n d ( b ) t w o l a y e r s O f m a t e r i a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G e o m e t r y f o r a t w o - l a y e r e d m a t e r i a l b o u n d e d b y p a r a l l e l P E C p l a t e s , i n fi n i t e i n t h e x — a n d y — d i r e c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . T h e c o n t o u r i n t e g r a l i n t h e c o m p l e x 1 6 2 p l a n e f o r z > 0 . . . . . . P l o t O f | F 1 ( k ; , ; , k y ) | i n t h e c o m p l e x k y p l a n e a t 1 0 . 0 G H z . T h i s p l o t . c r e a t e d w i t h k m 2 1 0 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k l a y e r o f P l e x i g l a s s o n t o p o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , u s i n g T E 1 0 s o u r c e m o d e c o u p l i n g w i t h T 1 1 1 1 2 O b s e r v e r m o d e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z , u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s O f m o d e s i n t h e s o l u t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e O f S i l l ? ” f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e O f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z , u s i n g o n l y m o d e s t h a t . c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T 1 1 7 1 1 1 , m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c — c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi - c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t O t h e T 1 1 1 1 , 1 , m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 7 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 2 . 4 0 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i - , c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M 1 v m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 2 5 0 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 2 5 0 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t O t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i - c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s 1 1 p t o t h e T M 1 U m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . l / v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x v i 1 4 1 7 3 0 4 7 9 5 1 1 3 1 1 4 1 1 6 1 1 7 1 1 8 1 1 9 F i g u r e 5 . 8 F i g u r e 5 . 9 F i g u r e 5 . 1 0 F i g u r e 5 . 1 1 F i g u r e 5 . 1 2 F i g u r e 5 . 1 3 F i g u r e 5 . 1 4 F i g u r e 5 . 1 5 F i g u r e 5 . 1 6 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f P l e x - i g l a s s 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p o f a 0 . 1 2 5 ” l a y e r o f E c c o s o r b F G M I 2 5 , a t 1 0 . 0 9 G H z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 0 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f P l e x i g l a s s 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p o f a 0 . 1 2 5 ” t h i c k l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , a t 1 0 . 0 9 G H z . H o r i z o n t a l a x i s i s t h e r e c i p r o c a l o f t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 1 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f P l e x i g l a s s , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , o n t o p o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e S i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M 1 1 , . m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 1 1 . 1 2 2 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f P l e x i g l a s s , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , o n t o p O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M I v m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / v . 1 2 3 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t f o r 1 l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , o n t o p o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M 1 v m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 1 1 . 1 2 4 M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f F G M 4 0 , 0 . 0 4 0 ” t h i c k , o n t o p O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T 1 1 1 1 v m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 1 ’ . 1 2 5 E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S E ? ” f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a n d E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M 1 6 2 a n d T M 1 6 0 ” m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 6 E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l l ! ” f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M 4 0 , 0 . 0 4 0 ” t h i c k f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p - o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M 1 4 0 a n d T M 1 3 8 m o d e s . . . . . . 1 2 7 E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l l ” ! f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 4 0 , 0 . 0 4 0 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T 1 1 1 1 4 0 a n d T M 1 3 8 m o d e s . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 x v i i F i g u r e 5 . 1 7 F i g u r e 5 . 1 8 F i g u r e 5 . 1 9 F i g u r e 5 . 2 0 F i g u r e 5 . 2 1 F i g u r e 5 . 2 2 F i g u r e 5 . 2 3 F i g u r e 5 . 2 4 E x t r a p o l a t e d v a l u e s O f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l l ! ” f o r 1 l a y e r o f P l e x i g l a s s , 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p O f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T 1 1 1 1 1 6 a n d T 1 1 1 1 1 4 m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a p o l a t e d v a l u e s O f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i i i ” f o r 1 l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T 1 1 1 1 1 6 a n d T 1 1 1 1 1 4 m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a p o l a t e d v a l u e s O f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f 5 1 1 ; ” f o r 1 l a y e r O f P V C , 0 . 1 1 9 ” t h i c k o n t o p O f 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T A 1 1 1 6 a n d T 1 1 1 1 1 4 m o d e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f 6 ; . u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f - f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k n e s s e s O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S i k h ” ) a n d S l f ( ‘ 7 > T ) ' T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 . 4 . , u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h c l i f - f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k n e s s e s O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S H U T ) a n d S i f n g ) . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f h f . f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k - n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f ‘ n g ) a n d 8 : 1 1 . 3 7 4 ) . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f 1 1 $ ! f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t . m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l — u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S H U T ) a n d 8 3 3 3 ] . ) . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f fl f ) a n d 3 3 ( 3 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . x v i i i 1 2 9 1 3 0 1 3 3 1 3 4 1 4 0 1 4 1 F i g u r e 5 . 2 5 F i g u r e 5 . 2 6 F i g u r e 5 . 2 7 F i g u r e 5 . 2 8 F i g u r e 5 . 2 9 F i g u r e 5 . 3 0 E x t r a c t e d v a l u e s O f c f . ’ f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t . m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t O p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S E T H ) a n d S i i ( i ) * a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f 1 1 ; . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s S i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a . l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f f ( f ) a n d S f i ( 2 ) ’ a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f r i f f f o r t h e t w o l a — r y e r ‘ m e t h o d w i t h d i f f e r e n t . m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t O g e n e r a t e S i f ( t i ) a n d 5 3 1 ' ; . 3 ) . a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f 6 ’ , f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s S i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S a t ? ) a n d S f i t g ) ’ a n d n o m - ( ( i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i S f o u n d i n T a b l e 5 . 3 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s O f e ’ r ' f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t . m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r O f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f i ( f ) a n d S ‘ 1 ' ” ; ( 2 7 2 ' ) , a n d n o m - i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 4 ; . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s S i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S ‘ f ‘ f f f ) a n d S f f g ) ’ a n d n o m - i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 . . . . . . . . . . . . . x i x 1 4 3 1 4 4 1 5 0 1 5 1 F i g u r e 5 . 3 1 F i g u r e 6 . 1 F i g u r e 6 . 2 F i g u r e 6 . 3 F i g u r e 6 . 4 F i g u r e 6 . 5 F i g u r e 6 . 6 F i g u r e 6 . 7 F i g u r e 6 . 8 F i g u r e 6 . 9 E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S e a ” ; 1 ) a n d S f ‘ fi t g ) , a n d n o m - i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 N o r m a l d i s t r i b u t i o n , w i t h m e a n u , a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 . W o r s t c a s e e r r o r f o r m e a s u r e m e n t s o n H P 8 5 1 0 , f r o m “ H P 8 5 1 0 S p e c i fi c a t i o n s & P e r f o r m a n c e V e r i fi c a t i o n P r o g r a m ” . F i g u r e r e — p r o d u c e d w i t h p e r m i s s i o n f r o m [ 5 7 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . A h i s t o g r a m o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s u s i n g t h e M o n t e C a r l o M e t h o d . M i s t h e n u m b e r i n e a c h b i n o u t o f t h e 6 0 s a m p l e s . . . . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a — t i o n o f a / . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h 1 c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a - t i o n O f a n . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h 1 c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a - t i o n o f a ” ; . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o 7 ' t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a — t i o n o f 0 1 1 ’ ” D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s f n e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . E r r o r b a r s S h o w t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l d u e t o n e t w o r k a n a l y z e r u n c e r t a i n t y f r o m a n H P 8 5 1 0 n e t w o r k a n a l y z e r . . . . . . . . . . . N o r m a l i z e d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f - f e r e n t l a y e r s f o r t h e t o p l a y e r . T h e f o l l o w i n g t h i c k n e s s e s a r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r : F G M l 2 5 = 0 . 1 2 5 ” , . F G M 4 0 = . 0 4 0 ” , P l e x i g l a s s = 0 . 1 2 5 ” , N y l o n = 0 . 1 2 5 ” , P V C = 0 . 1 1 9 ” . B o t t o m l a y e r i s E c - c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . E a c h p l o t i s n o r m a l i z e d t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r c o m p a r i s o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . X X 1 7 1 1 7 2 F i g u r e 6 . 1 0 F i g u r e 6 . 1 1 F i g u r e 6 . 1 2 F i g u r e 7 . 1 F i g u r e 7 . 2 F i g u r e 7 . 3 F i g u r e 8 . 1 F i g u r e 8 . 2 F i g u r e 8 . 3 F i g u r e 8 . 4 F i g u r e 8 . 5 F i g u r e 8 . 6 F i g u r e 8 . 7 S t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t t h i c k - n e s s e s f o r a t o p l a y e r O f P l e x i g l a s s a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s S i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . . . . . S t a n d a r d d e v i a t i o n O f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t t h i c k - n e s s e s f o r a t o p l a y e r o f R e x o l i t e a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s s i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . . . . . S t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t . t h i c k - n e s s e s f o r a t O p l a y e r o f M a t e r i a l 1 . 5 a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s S i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” O f E c c o s o r b F G M l 2 5 . . . . . . . . . S i d e v i e w f o r a s i n g l e l a y e r O f m a t e r i a l i n t e r r o g a t e d b y a r e d u c e d a p e r t u r e w a v e g u i d e p r o b e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T o p v i e w f o r a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l i n t e r r o g a t e d b y a r e d u ( _ : : e d a p e r t u r e w a v e g u i d e p r o b e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e p o l e s o f M 1 ( k . $ , k g ) i n t h e c o m p l e x I c y p l a n e . . . . . . . . . . A p e r t u r e s A - D f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . A p e r t u r e s E — H f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . P l o t O f | S fl 1 z y ( 2 1 ) I a s a f u n c t i o n O f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A , B , C a n d D a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 — 0 . 1 2 5 ” . l \ I a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h — — 0 . 1 2 “ ” A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f t h e p h a s e o f S i l l ? ” ( 2 1 ) a s a f u n c t i o n o f n u m b e r O f m o d e s f o r A p e r t u r e s A , B , C a n d D a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h — - — 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f I S t h y H ( ) 2 1 I a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E , F , G , a n d H a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( l g 2 0 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h : 0 . 1 2 " ” A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f t h e p h a s e o f S t 1 h y ( 2 I ) a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E , F , G , 1 a l n d H a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 o h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f I S M “ ) ( ” 2 1 | a s a f u n c t i o n O f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A a n d B a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h . = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x x i 1 8 1 1 8 2 1 8 3 1 8 9 1 9 1 2 2 2 2 3 2 2 3 2 2 3 9 2 4 0 2 4 1 F i g u r e 8 . 8 F i g u r e 8 . 9 F i g u r e 8 . 1 0 F i g u r e 8 . 1 1 F i g u r e 8 . 1 2 F i g u r e 8 . 1 3 F i g u r e 8 . 1 4 F i g u r e 8 . 1 5 F i g u r e 8 . 1 6 P l o t o f t h e p h a s e O f S i a m / I I I ) a s a f u n c t i o n O f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A a n d B a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t O f | S I I I I I I I ) I I ) | a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s C a n d D a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . H i . . P l o t o f t h e p h a s e o f S 1 1 2 1 / ( 2 1 ) a s a f u n c t i o n O f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s C a n d D a t 1 1 . 1 0 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h — — 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f I S i I l I y I I I I I ) l a s a f u n c t i o n O f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E a n d H a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t o f t h e p h a s e o f S I I I I ” I I I ” a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E a n d H a t 1 1 . 1 0 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 " . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t O f I S I I I I I ’ I I I I I ) ) I a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s F a n d G a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . l \ I a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P l o t O f t h e p h a s e o f S i I l I y I I I ) a s a f u n c t i o n O f n u m b e r O f m o d e s f o r A p e r t u r e s F a n d G a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h 2 0 . 1 2 5 " . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e F . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M l v m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e G . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M “ , m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 7 . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x x i i 2 4 3 2 4 4 2 4 6 2 4 7 2 4 8 2 4 9 2 5 1 2 5 2 F i g u r e 8 . 1 7 F i g u r e 8 . 1 8 F i g u r e 8 . 1 9 F i g u r e 8 . 2 0 F i g u r e 8 . 2 1 F i g u r e 8 . 2 2 F i g u r e 8 . 2 3 F i g u r e 8 . 2 4 F i g u r e 8 . 2 5 M a g n i t u d e a n d p h a s e O f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r O f E c - c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M ” m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( l g 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . l / v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k f o r A p e r t u r e s F , G , H . T h e r e fl e c t i o n c o — e f fi c i e n t , S I I I I I I I I , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T 1 1 1 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . . . . . . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k f o r A p e r t u r e s F , G , H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S E D I I I I , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T 1 1 1 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S E D I I I I , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 6 0 0 ” . . . . . . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e . . 2 1 . t . . r e fl e c t 1 o n c o e f fi c r e n t , S i l ) I I I , 1 8 c o m p u t e d b y e x t r a p r fl a t m g f r o m t h e T M l 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 . 2 2 0 . 6 0 0 ” . . . . . . . . . M a g n i t u d e O f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t , S I I I I I I I I , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 1 . 0 0 0 ” . . . . . . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S I I I I I I I I , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 1 . 0 0 0 ” . . . . . . . . . G e o m e t r y f o r A p e r t u r e I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S t a n d a r d d e v i a t i o n s r e l a t i v e t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s c l u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r f o r t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d a t 8 . 2 0 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T 1 1 4 1 2 0 m o d e . S i m u l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s e s f o r a l l a p e r t u r e s i s 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x x i i i 2 5 3 2 5 4 2 5 8 2 5 9 2 6 0 2 6 1 2 6 4 2 6 5 F i g u r e 8 . 2 6 F i g u r e 8 . 2 7 F i g u r e 8 . 2 8 F i g u r e 8 . 2 9 F i g u r e 8 . 3 0 F i g u r e 8 . 3 1 F i g u r e 9 . 1 F i g u r e 9 . 2 F i g u r e 9 . 3 S t a n d a r d d e v i a t i o n s r e l a t i v e t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r f o r t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d a t 1 0 . 0 9 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T 2 1 4 1 2 0 m o d e . S i m u l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s e s f o r a l l a p e r t u r e s i s 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d d u e t O r a n d o m m e a - s u r e m e n t e r r o r u s i n g A p e r t u r e H f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T M 1 2 0 m o d e . E r r o r b a r s S h o w t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . S i m u - l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 ; ; 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m - b e r s O f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H Z t O 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m - b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 7 1 ; . f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m - b e r s O f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f p f . ’ f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m - b e r s O f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . . . . . . . . . . . T o p v i e w O f a l u m i n u m fl a n g e p l a t e w i t h a p e r t u r e o p e n i n g a n d s i d e v i e w O f t h e a l u m i n u m p l a t e w i t h t h e w a v e g u i d e a t t a c h e d . D i m e n — s i o n s a , b , a n d d 2 c o r r e s p o n d t o t h e a p e r t u r e d i m e n s i o n s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P h o t o O f t h e m e a s u r e m e n t a p p a r a t u s . T h e w a v e g u i d e i s a t t a c h e d t o t h e t o p a l u m i n u m fl a n g e p l a t e . T h e m a t e r i a l s a m p l e i s p l a c e d b e t w e e n t h e t o p p l a t e a n d b o t t o m a l u m i n u m c o n d u c t i n g p l a t e . . . M e a s u r e m e n t P o s i t i o n s f o r t h e m a t e r i a l s a m p l e s . . . . . . . . . . x x i v 2 6 6 2 6 8 2 7 0 2 7 1 2 7 2 2 7 3 2 7 7 2 7 9 2 8 3 F i g u r e 9 . 4 F i g u r e 9 . 5 F i g u r e 9 . 6 F i g u r e 9 . 7 F i g u r e 9 . 8 F i g u r e 9 . 9 F i g u r e 9 . 1 0 F i g u r e 9 . 1 1 F i g u r e 9 . 1 2 C o m p a r i s o n O f [ S H I N - 1 " ” a n d I S f i ’ I f l f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . M e a s u r e m e n t s w e r e m a d e f o r a l l 5 p o s i t i o n s . . . . . . . C o m p a r i s o n O f 8 3 5 3 3 a n d 6 5 2 2 5 9 ) ” f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 . l \ I e a s u r e - m e n t s w e r e m a d e f o r a l l 5 p o s i t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d 6 ; . v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d 6 ; ! v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f S i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . l \ ‘ l e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d 1 1 ; . v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s O f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d 1 1 ; ! v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s O f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A — E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . l \ I e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f o r s a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , # 4 . , a n d , u . . ’ , . ’ , f o r s a m p l e 2 O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p - a r a t e d a y s . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f o r s a m p l e 2 O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e 4 : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 0 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . X X V 2 8 8 2 9 0 2 9 1 2 9 3 F i g u r e 9 . 1 3 F i g u r e 9 . 1 4 F i g u r e 9 . 1 5 F i g u r e 9 . 1 6 F i g u r e 9 . 1 7 F i g u r e 9 . 1 8 F i g u r e 9 . 1 9 F i g u r e 9 . 2 0 F i g u r e 9 . 2 1 F i g u r e 9 . 2 2 M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , 1 1 . 1 . , a n d 1 1 ; ! , O f E c c o s o r b F G M l 2 5 « u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e : i : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 1 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E x t r a c t e d v a l u e s f o r c f . f o r s a m p l e 1 o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , 1 1 ; , a n d 7 1 5 , 5 , f o r s a m p l e 1 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p - a r a t e d a y s . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , u s i n g t h e fi r s t . 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e : l : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 4 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , 1 4 5 . , a n d 1 1 g , o f E c c o s o r b F G l \ - ~ I 1 2 5 , u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e : 1 : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 5 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . C o m p a r i s o n O f t h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r c f . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 f r o m F i g u r e 9 . 1 2 a n d F i g u r e 9 . 1 6 . L e g e n d d e s c r i b e s t h e b o t t o m l a y e r . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e $ 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d - e n c e i n t e r v a l s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . C o m p a r i s o n o f t h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 ! , 1 . 1 . 1 . , a n d 1 1 4 ’ o f E c c o s o r b F G M l 2 5 f r o m F i g u r e 9 . 1 3 a n d F i g u r e 9 . 1 7 . D o t t e d l i n e i s f o r S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r , s o l i d l i n e i s f o r S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e : 1 : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M l 2 5 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s w i t h S a m p l e 2 a s b o t t o m l a y e r . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 5 : 1 , 1 1 ; , a n d , u f . ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . M e a - s u r e m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s w i t h S a m p l e 2 a s b o t t o m l a y e r . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r c f . f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . N o m i - n a l v a l u e s a r e S h o w n b y — D — . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x x v i 2 9 6 2 9 7 2 9 8 2 9 9 3 0 0 3 0 1 3 0 3 3 0 4 F i g u r e 9 . 2 3 F i g u r e 9 . 2 4 F i g u r e 9 . 2 5 F i g u r e 9 . 2 6 F i g u r e 9 . 2 7 F i g u r e 9 . 2 8 F i g u r e 9 . 2 9 F i g u r e 9 . 3 0 F i g u r e 9 . 3 1 F i g u r e 9 . 3 2 T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , 1 1 . 4 . , a n d 1 1 ; ! o f E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i - t i o n s . N o m i n a l v a l u e s a r e s h o w n b y — C l — m a r k e r s . . . . . . . . . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 . f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . . . . . . . . . . . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , 1 1 4 . , a n d ) 1 5 . ’ f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i - t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n f i d e n c e l e v e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r c f . f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . . . . . . . . . . . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f , p f , a n d 1 1 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i — t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n f i d e n c e l e v e l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ’ , f r o m E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 4 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t . n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . . . . . . . . x x v i i 3 0 6 3 0 7 3 0 8 3 1 0 3 1 1 3 1 4 3 1 6 3 1 7 F i g u r e 9 . 3 3 F i g u r e 9 . 3 4 F i g u r e 9 . 3 5 F i g u r e 9 . 3 6 F i g u r e 9 . 3 7 F i g u r e 9 . 3 8 F i g u r e 9 . 3 9 F i g u r e 9 . 4 0 F i g u r e 9 . 4 1 F i g u r e 9 . 4 2 F i g u r e 9 . 4 3 T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! O f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r a ; o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 . 7 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . l \ I e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r ' 1 1 : . o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; ! o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . C o m p a r i s o n o f 6 3 3 2 ” a n d I S I I ( 2 L ) I f o r o n e l a y e r o f N y l o n o n t o p O f E c c o s o r b F G M l 2 5 , a n d o n e l a y e r o f P V C o n t o p o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . M e a s u r e m e n t s m a d e f o r p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 . 8 C o m p a r i s o n o f $ 2 3 1 1 ) a n d 0 2 3 % ) f o r o n e l a y e r o f N y l o n o n t o p O f E c — c o s o r b F G M 1 2 5 , a n d o n e l a y e r o f P V C o n t o p o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . l \ I I e a s u r e m e n t s m a d e f o r p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 . N y l o n i s S a m p l e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . O f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s O b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h m l . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 . ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . x x v i i i 3 2 2 3 2 3 3 2 4 3 2 9 3 3 0 3 3 2 3 3 3 F i g u r e 9 . 4 4 F i g u r e 9 . 4 5 F i g u r e 9 . 4 6 F i g u r e 9 . 4 7 F i g u r e 9 . 4 8 F i g u r e 9 . 4 9 F i g u r e 9 . 5 0 F i g u r e 9 . 5 1 T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 5 . O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r . a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . l \ I e a s u r e r n e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; ! O f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . l \ r I e a s u r e m e n t S t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 . O f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s O b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n f i d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r e f f o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s O b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . l \ " l e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p f . o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . l \ r I e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; ! O f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . l \ v ' I < _ > 7 1 s 1 1 1 ‘ ( 3 1 1 1 e 1 1 t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C o m p a r i s o n o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f 5 1 7 1 8 : ? ) a n d S i k h , “ f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . S i m u l a t e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s f o r E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . M e a s u r e m e n t s a r e a t a l l 5 p o s i t i o n s f o r S a m p l e 2 O f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 ” t h i c k . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h 3 3 4 3 3 7 3 3 8 3 3 9 3 4 0 3 4 2 l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . l \ r I e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 4 x x i x F i g u r e 9 . 5 2 F i g u r e 9 . 5 3 F i g u r e . 9 . 5 4 F i g u r e 9 . 5 5 F i g u r e 9 . 5 6 F i g u r e 9 . 5 7 F i g u r e . 9 . 5 8 F i g u r e 9 . 5 9 F i g u r e 9 . 6 0 F i g u r e 9 . 6 1 F i g u r e 9 . 6 2 F i g u r e 9 . 6 3 E x t r a c t e d v a l u e s O f c f . ’ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 5 E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m - b e r s O f S i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . l \ I e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f , 1 c h u s i n g t h e t w o h i s m e t h o d . D i f f e r e n t r u n n — b e r s O f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . l \ l e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T i l / 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t e d v a l u e s o f e f . ’ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M “ ; m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . o o o o o o o o o o o o o o o o o E x t r a c t e d v a l u e s O f 1 1 : . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t . m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i f i c a n t m o d e s u p t o t h e T i l / 1 8 n r o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t e d v a l u e s O f [ 1 . 4 5 u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f i v e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T 1 1 1 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ' ? u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T 1 1 1 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M “ ; m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t e d v a l u e s o f , u f . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M ” ; m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t e d v a l u e s o f , u r ’ ” u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T i l - [ 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f - f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t O b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g - n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . X X X 3 4 6 3 4 7 3 5 2 3 5 4 F i g u r e 9 . 6 4 F i g u r e 9 . 6 5 F i g u r e 9 . 6 6 F i g u r e 9 . 6 7 F i g u r e 9 . 6 8 F i g u r e 9 . 6 9 F i g u r e 9 . 7 0 M e a n e x t r a c t e d v a l u e s O f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e ( l i f - f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t O b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e S i g - n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 3 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t O b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T 1 1 1 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c — t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t o b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e S i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c - t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k - n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i - t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r - a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s O f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k - n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i - t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r - a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k - n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i — t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r — a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r n ' r e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k - n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i — t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r - a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . . . . . . . . . . . . . . x x x i 3 6 0 3 6 1 3 6 2 3 6 4 F i g u r e C . 1 E q u i v a l e n t p r o b l e m c o o r d i n a t e s y s t e m s f o r a ) t h i s d i s s e r t a t i o n a n d b ) H a n s o n ’ s d e r i v a t i o n . F o r c a s e 1 . w h e r e 3 ' > z . . . . . . . . . . 3 9 1 F i g u r e C . 2 E q u i v a l e n t p r o b l e m c o o r d i n a t e s y s t e m s f o r a ) t h i s d i s s e r t a t i o n a n d b ) H a n s o n ’ s d e r i v a t i o n . F o r c a s e 2 , w h e r e z ’ < 2 : . . . . . . . . . . 3 9 2 x x x i i K E Y T O S Y M B O L S A N D A B B R E V I A T I O N S C S : C r o s s S e c t i o n E M : E l e c t r o m a g n e t i c M A G R A M : M a g n e t i c R a d a r A b s o r b i n g l \ r l a t e r i a l M F I E : l \ r ' l a g n e t i c F i e l d I n t e g r a l E q u a t i o n M O M : M e t h o d o f l \ v ’ l o m e n t s N D E : N o n - D e s t r u c t i v e E v a l u a t i o n N R W : N i c h o l s o n - R o s s — W i e r P E C : P e r f e c t E l e c t r i c C o n d u c t o r T E : T r a n s v e r s e E l e c t r i c T M : T r a n s v e r s e M a g n e t i c T / R : T r a n s m i s s i o n / R e fl e c t i o n T R L : T h r u — R e fl e c t L i n e V N A : V e c t o r N e t w o r k A n a l y z e r V S W R : V o l t a g e S t a n d i n g W a v e R a t i o x x x i i i C H A P T E R 1 I N T R O D U C T I O N A N D B A C K G R O U N D 1 . 1 I n t r o d u c t i o n a n d B a c k g r o u n d T h e r e s e a r c h c o m m u n i t y h a s l o n g b e e n i n t e r e s t e d i n d e t e r m i n i n g t h e e l e c t r o m a g n e t i c ( E M ) p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s [ 1 ] . V a r i o u s m e t h o d s h a v e b e e n d e s i g n e d a n d i m p l e — m e n t e d t o i n c r e a s e u n d e r s t a n d i n g o f t h e s e p r o p e r t i e s , a n d t h i s k n o w l e d g e h a s b e e n e m p l o y e d i n i n d u s t r i a l , m i l i t a r y , a n d c i v i l i a n a p p l i c a t i o n s . I n r e c e n t y e a r s , t h e u s e o f m i c r o w a v e f r e q u e n c i e s h a s h a d a n i n c r e a s i n g r o l e i n e v e r y d a y l i f e . U n d e r s t a n d i n g t h e b e h a v i o r o f E M m a t e r i a l s i n t h e p r e s e n c e o f m i — c r o w a v e e n e r g y h a s l e d t o a n i n c r e a s e d u t i l i z a t i o n o f t h e s e m a t e r i a l s i n n e w a n t e n n a d e s i g n , r a d a r c r o s s s e c t i o n r e d u c t i o n . m i c r o w a v e s h i e l d i n g , a n d m a n y o t h e r a p p l i c a - t i o n s . A s t h e c l o c k s p e e d s o f c o m p u t e r s a n d e l e c t r o n i c d e v i c e s c o n t i n u e t o i n c r e a s e i n t h e m i c r o w a v e f r e q u e n c y r a n g e , t h e r e h a s b e e n i n c r e a s i n g i n t e r e s t i n t h e p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s u s e d i n t h e c o n s t r u c t i o n , p a c k a g i n g , a n d o p e r a t i o n o f t h e s e d e v i c e s . R e g a r d l e s s o f t h e a c t u a l u s e o f t h e m a t e r i a l s , t h e g o a l o f m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n i s t o d e t e r m i n e t h e p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y o f t h e m a t e r i a l , a l s o k n o w n a s t h e c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r s , a s a c c u r a t e l y a s p o s s i b l e . S e v e r a l m e t h o d s h a v e b e e n d e - v e l o p e d f o r t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f E M m a t e r i a l s . T h e s e m e t h o d s i n c l u d e r e s o n a t o r m e t h o d s [ 2 ] , w a v e g u i d e m e t h o d s [ 4 ] — [ 6 ] , I ’ l l l t T O S t l ' l p s e n s o r s [ 7 ] , c o a x i a l p r o b e s [ 8 ] , f r e e s p a c e m e t h o d s [ 9 ] , a n d w a v e g u i d e p r o b e m e t h o d s [ 9 ] - [ 1 4 ] . E a c h o f t h e m a t e r i a l c h a r - a c t e r i z a t i o n m e t h o d s h a s a d v a n t a g e s a n d l i m i t a t i o n s i n a c c u r a t e l y d e t e r m i n i n g t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . F a c t o r s d i f f e r e n t i a t i n g t h e m e t h o d s i n c l u d e o p e r a t i o n a l b a n d - w i d t h , p r e c i s i o n o f t h e m e t h o d , r o b u s t n e s s o f t h e m e t h o d , e x p e n s e , a n d m o b i l i t y o f t h e t e s t i n g a p p a r a t u s . F o r e x a m p l e , c a v i t y r e s o n a t o r m e t h o d s c a n b e h i g h l y a c c u - r a t e , b u t t h e a n a l y s i s i s r e s t r i c t e d t o a l a b o r a t o r y e n v i r o n m e n t [ 9 ] . T e s t S ‘ d l l ’ l p l G S a r e u s u a l l y m a c h i n e d t o a s p e c i f i c s i z e a n d / o r s h a p e f o r a c c u r a t e p a r a m e t e r e x t r a c t i o n , a n d t h e s e m e t h o d s c a n n o t b e e a s i l y d e p l o y e d i n fi e l d a p p l i c a t i o n s . T h e s e d i f f e r e n t m e t h o d s u s e a v a r i e t y o f a l g o r i t h m s t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m - e t e r s . O n e o f t h e m o s t w i d e l y u s e d e x t r a c t i o n a l g o r i t h m s i s t h e N i c o l s o n - R o s s - V V e i r ( N R W ) a l g o r i t h m [ 1 5 ] - [ 1 6 ] , w h i c h i s u s u a l l y a s s o c i a t e d w i t h t h e w a v e g u i d e t r a n s - m i s s i o n / r e f l e c t i o n ( T / R ) m e t h o d o r t h e c o a x i a l t r a n s m i s s i o n l i n e T / R m e t h o d [ 1 2 ] , a l t h o u g h s o m e f r e e s p a c e T / R m e t h o d s a l s o u t i l i z e t h e N R V V a l g o r i t h m [ 1 7 ] . M o s t m a t e r i a l e x t r a c t i o n m e t h o d s r e q u i r e t w o c o m p l e x m e a s u r e r n e n t s i n o r d e r t o p e r f o r m a f u l l c h a r a c t e r i z a t i o n o f t h e p e r m i t t i v i t y , 6 , a n d p e r m e a b i l i t y , p , o f t h e m a t e r i a l . T h i s i s a c c o m p l i s h e d i n t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d b y m e a s u r i n g t h e r e f l e c t i o n a n d t r a n s m i s s i o n c o e f f i c i e n t s f o r a m a t e r i a l t h a t h a s b e e n m a c h i n e d t o t h e p r o p e r s i z e a n d p l a c e d i n s i d e t h e w a v e g u i d e . T h e a d v a n t a g e o f t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d i s t h a t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s c a n b e d e r i v e d u s i n g a c l o s e d f o r m s o l u t i o n . H o w e v e r . t h i s m e t h o d d o e s h a v e l i m i t a t i o n s . T h e s a m p l e m u s t b e o f a c e r t a i n s h a p e a n d s i z e , p r o p e r l y a l i g n e d i n t h e w a v e g u i d e , a n d i t d o e s n o t w o r k w e l l w h e n t h e s a m p l e l e n g t h i s a m u t i p l e o f t h e h a l f w a v e l e n g t h o f t h e o p e r a t i n g f r e q u e n c y . A t r a n s m i s s i o n c o e f f i - c i e n t i s a l s o d i f fi c u l t t o o b t a i n f o r s o m e m a t e r i a l s . T h e c o a x i a l t r a n s m i s s i o n l i n e T / R m e t h o d a n d t h e f r e e s p a c e T / R m e t h o d f a c e s i m i l a r l i m i t a t i o n s . F o r s o m e i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n s i t i s d e s i r a b l e t o b e a b l e t o d e t e r m i n e t h e E M p r o p e r t i e s o f a m a t e r i a l t h a t h a s b e e n a p p l i e d t o a c o n d u c t o r w i t h o u t r e m o v i n g i t f r o m t h e c o n d u c t o r . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r s o f t h e m a t e r i a l h a v e c h a n g e d o v e r t i m e , h a v e d e g r a d e d d u e t o e x p o s u r e t o e n v i r o n m e n t a l c a u s e s , o r t h e m a t e r i a l m a y h a v e d e v e l o p e d a d e f e c t w h i c h n o l o n g e r a l l o w s i t t o p e r f o r m i t s o r i g i n a l i n t e n d e d f u n c t i o n . H o w e v e r , i f t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s h a v e n o t c h a n g e d . i t i s d e s i r a b l e t h a t t h e t e s t a l l o w s t h e m a t e r i a l t o c o n t i n u e i n i t s a p p l i c a t i o n w i t h o u t e x p e r i e n c i n g d a m a g e o r s i g n i f i c a n t c o s t f r o m r e m o v a l . T h u s , t h e a b i l i t y t o p e r f o r m a n o n - d e s t r u c t i v e e v a l u a t i o n ( N D E ) o f t h e m a t e r i a l i n s i t e i s a d e s i r a b l e g o a l o f a m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n m e t h o d . F r e e s p a c e m e t h o d s , c o a x i a l p r o b e s , a n d w a v e g u i d e p r o b e s a r e t h e m o s t c o m m o n m e t h o d s t h a t h a v e b e e n e x a m i n e d f o r v i a b i l i t y i n p e r f o r m i n g t h i s t a s k . E a c h o f t h e s e m e t h o d s h a s t h e a b i l i t y t o d o a f u l l c l l a r a c t e r i z a t i o n o f t h e p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y o f t h e m a t e r i a l . T h i s c h a p t e r p r o v i d e s a b r i e f o v e r v i e w a n d s u r v e y o f t h e s e m e t h o d s w h i l e f o c u s i n g o n r e c e n t r e s e a r c h i n v o l v i n g n o n - d e s t r u c t i v e E M c h a r a c t e r i z a t i o n o f a m a t e r i a l u s i n g f l a n g e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e s . 1 . 2 R e l a t e d w o r k 1 . 2 . 1 fl e e S p a c e M e t h o d s F r e e s p a c e t e c h n i q u e s [ 1 8 ] , [ 1 9 ] , [ 2 0 ] i n v o l v e t h e i n t e r r o g a t i o n o f t h e m a t e r i a l u n d e r q u e s t i o n u s i n g a n t e n n a p r o b e s , w i t h f r e e s p a c e a s t h e t r a n s m i s s i o n m e d i u m f r o m t h e t r a n s m i t t e r t o t h e r e c e i v e r . l \ r l o s t m e t h o d s u s e t w o a n t e n n a s w i t h a p l a n a r s a m p l e p l a c e d b e t w e e n t h e m , a n d a . t l ‘ i r u - r c f l e c t l i n e ( T R L ) c a l i b r a t i o n i s p e r f o r m e d . F r e e s p a c e t e c h n i q u e s d o n o t r e q u i r e p h y s i c a l c o n t a c t w i t h t h e m a t e r i a l , w h i c h d o e s m a k e t h e m a d v a n t a g e o u s o v e r o t h e r m e t h o d s i n t h e l a b o r a t o r y . T h e s e t e c h n i q u e s d o n o t r e q u i r e m a c h i n i n g o f t h e s a m p l e i n t h e w a y t h a t t r a d i t i o n a l w a v e g u i d e t e c h n i q u e s r e q u i r e . S o m e m e t h o d s h a v e e m p l o y e d a s p o t — f o c u s e d b e a m t o r e d u c e t h e e f f e c t s o f d i f f r a c t i o n a n d o t h e r s p u r i o u s r e f l e c t i o n s f r o m t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t . T h i s s p o t - f o c u s e d b e a m m e t h o d h a s s u c c e s s f u l l y d e t e r m i n e d t h e d i e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f a c u r v e d d i e l e c t r i c m a t e r i a l [ 2 1 ] . A n o t h e r a d v a n t a g e o f t h i s t e c h n i q u e i s t h e a b i l i t y t o s t u d y t h e r e s p o n s e o f a m a t e r i a l t o p a r a l l e l o r p e r p e n d i c u l a r p o l a r i z a t i o n s [ 2 2 ] o r a s a f u n c t i r m o f i n c i d m i c e a n g l e [ 2 3 ] . I n a b i s t a t i c a p p l i c a t i o n , s i m u l t a n e o u s m e a s u r e m e n t o f b o t h 6 a n d , u h a v e b e e n e x t r a c t e d f r o m a c o n d i 1 c t o r - b a c k e d p l a n a r m a t e r i a l [ 2 4 ] . T h e t e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s c a n b e a n a l y z e d b y h e a t i n g o r c o o l i n g t h e s a m p l e b e c a u s e t h e m a t e r i a l s a m p l e i s i n d e p e n d e n t l y l o c a t e d f r o m t h e t r a n s m i t t e r a n d r e c e i v e r [ 1 7 ] - [ 1 8 ] . T h i s t y p e o f a n a l y s i s c a n b e p a r t i c u l a r l y w e l l s u i t e d f o r e v a l u a t i o n o f m a t e r i a l s t h a t w i l l b e s u b j e c t e d t o a w i d e v a r i e t y o f o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e s . H o w e v e r , t h e s e s y s t e m s a r e u s u a l l y s e t u p i n a fi x e d p o s i t i o n o n a t a b l e o r a n a r c h r a n g e , a n d a r e n o t v e r y p o r t a b l e . T h e y r e q u i r e a c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f c a l i b r a t i o n t o r e d u c e m u l t i p l e r e f l e c t i o n s b e t w e e n t h e s a m p l e a n d t h e a n t e n n a , a n d a r e s e n s i t i v e t o e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s . A n a d d i t i o n a l c o n c e r n i s t h e e f f e c t s o f e d g e d i f f r a c t i o n a s t h e i n c i d e n t w a v e i l l u m i n a t e s t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . T h e s p o t - f o c u s e d b e a m f r e e - s p a c e m e t h o d s r e q u i r e t h a t t h e c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l b e r e m o v e d f r o m t h e c o n d u c t o r , t h u s e l i m i n a t i n g t h e d e s i r e d i n s i t u a p p l i c a t i o n . 1 . 2 . 2 C o a x i a l P r o b e M e t h o d s O p e n - e n d e d f l a n g e d c o a x i a l p r o b e s h a v e r e c e i v e d s i g n i fi c a n t r e s e a r c h a s a m e t h o d o f m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n [ 8 ] , [ 2 5 ] . T h e c o a x i a l p r o b e i s p l a c e d a g a i n s t a m a t e r i a l s a m p l e a n d t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t i s u s e d t o d e t e r m i n e t h e p e r m i t t i v i t y o f t h e m a t e r i a l i n m o s t a p p l i c a t i o n s . T h e s e p r o b e s u s e a r e l a t i v e l y s m a l l I I ’ l fl t C I ‘ l a l t e s t a r e a a n d t h e y p o s s e s s w i d e b a n d c h a r a c t e r i s t i c s , b u t t h i s m e t h o d i s e x t r e m e l y s e n s i t i v e t o a n y a i r g a p b e t w e e n t h e c e n t e r c o n d u c t o r a n d t h e m a t e r i a l . G r e a t c a r e m u s t b e t a k e n t o a v o i d a n y p r o b e l i f t - o f f [ 2 6 ] - [ 2 8 ] . T h u s , i t i s m o s t u s e f u l f o r b i o m e d i c a l , p o w d e r , o r l i q u i d m e a s u r e m e n t s , i n w h i c h t h e p r o b e m a y b e i m m e r s e d i n t h e m a t e r i a l w i t h v e r y l i t t l e p o s s i b i l i t y o f l i f t - o f f . W h e n a n a i r g a p i s k n o w n t o b e p r e s e n t , i t m u s t b e , a c c o u n t e d f o r t h e o r e t i c a l l y . I n g e n e r a l , c o a x i a l p r o b e s a r e r a t h e r i n e x p e n s i v e a n d p o r t a b l e . b u t t h e y a r e l e s s r o b u s t t h a n t h e w a v e g u i d e p r o b e s a n d a r e n o t a s w e l l - s u i t e d f o r m e a s u r e m e n t o f m a g n e t i c m a t e r i a l s . 1 . 2 . 3 W a v e g u i d e P r o b e M e t h o d s W a v e g u i d e p r o b e s h a v e t h e a d v a n t a g e o f b e i n g r o b u s t , p o r t a b l e , a n d r e l a t i v e l y i n e x - p e n s i v e . T h e r a d i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f w a v e g u i d e p r o b e s p r o v i d e d e e p e r p e n e t r a t i o n i n t o a l o s s y m a t e r i a l t h a n t h a t p r o v i d e d b y c o a x i a l p r o b e s [ 2 9 ] . A t l o w e r f r e q u e n c i e s , w a v e g u i d e p r o b e s c a n b e c o m e r a t h e r l a r g e a n d d i f f i c u l t t o h a n d l e , b u t i n t h e X - b a n d r a n g e , t h e s t a n d a r d W R — 9 0 w a v e g u i d e i s q u i t e p o r t a b l e . D i f f e r e n t t y p e s o f w a v e g u i d e p r o b e m e t h o d s h a v e b e e n d e v e l o p e d i n r e c e n t y e a r s t o d e t e r m i n e t h e E M p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s , a n d t h e s e i n c l u d e m e t h o d s u s i n g b o t h o p e n - e n d e d c i r c u l a r a n d o p e n - e n d e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e s . T a n t o t . [ 3 0 ] u s e d a c i r - c u l a r w a v e g u i d e t e c h n i q u e t o e x t r a c t b o t h p e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y f r o m a m u l - t i l a y e r e d m e d i u m . T h e i n c l u s i o n a n d m o d e l i n g o f a n a i r g a p a l s o a l l o w e d f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l . O n e d r a w b a c k o f t h e c i r c u l a r w a v e g - u i d e i s t h e d i f f i c u l t y i n ( i ' h a r a c t e r i z i n g a n i s o t r o p i c m a t e r i a l , w h i c h o n e s t u d y i n v o l v i n g a r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e h a s o v e r c o m e [ 3 1 ] . I n a d d i t i o n , t h e s o l u t i o n m e t h o d e m - p l o y e d b y T a n t o t s o m e t i m e s r e q u i r e s a d d i t i o n a l m e a s u r e m e n t s t o i n s u r e a c h i e v e m e n t o f a u n i q u e s o l u t i o n . I n r e s e a r c h i n v o l v i n g o p e n - e n d e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e s , s e v e r a l m e t h o d s a n d c o n fi g u r a t i o n s h a v e b e e n e x a m i n e d . T h e m o t i v a t i o n f o r t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o i n v e s t i g a t e p o s s i b l e m e t h o d s f o r c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r e x t r a c t i o n o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l u s i n g a f l a n g e d r e c t a n g u l a r V s - v ' a v e g u i d e p r o b e . I t i s d e s i r a b l e t o fi n d a t e c h n i q u e t h a t . a l l o w s f o r t h e s i m u l t a n e o u s e x t r a c t i o n o f p e r n ' i e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y f r o m t h e m a t e r i a l , a n d t o b e a b l e t o c h a r a c t e r i z e . t h e s e n s i t i v i t y t o m e a s u r e m e n t e r r o r s i n t h e e x t r a c t i o n m e t h o d . I t i s a l s o d e s i r a b l e t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s w h i l e u s i n g a r e a s o n a b l e a m o u n t o f c o m p u t a t i o n a l r e s o u r c e s . T h u s , t h e r e l a t e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e c h a r a c t e r i z a t i o n w o r k i s s u r v e y e d w i t h r e s p e c t t o t h e s e d e s i r e s . 1 . 2 . 3 . 1 C o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n S e v e r a l a u t h o r s h a v e c o n d u c t e d m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n r e s e a r c h u s i n g a c o n d u c t m u b a c k e d m a t e r i a l . T e o d o r i d i s [ 3 2 ] c o n s i d e r s a c o n d u c t o r - b a c k e d d i e l e c t r i c m a t e r i a l b y u s i n g a n i n t e g r a l e q u a t i o n f o r m u l a t i o n s o l v e d u s i n g a m u l t i m o d e s o l u t i m i . I n t h e X — b a n d f r e q u e n c y r a n g e , h e d e m o n s t r a t e d t h a t t h e i n c l u s i o n o f a h i g h e r n u m b e r o f m o d e s i n t h e m a t r i x s o l u t i o n i n c r e a s e d t h e a g r e e m e n t o f t h e t h e o r e t i c a l r e s u l t s t o m e a s u r e d r e s u l t s f o r t h e v o l t a g e s t a n d i n g w a v e r a t i o ( V S W R ) f o r a w a v e g u i d e r a d i a t i n g i n t o h a l f s p a c e . U n f o r t u n a t e l y t h e s e r e s u l t s w e r e n o t s h o w n f o r t h e c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . T e o d o r i s a l s o e m p l o y s a t w o - d i m e n s i o n a l p o l y n o m i a l i n t e r p r e t a t i o n a s t h e i n v e r s i o n a l g o r i t h m a n d a d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r u s e i n a m u l t i - l a y e r e d m e d i u m . B a k h t i a r i [ 3 3 ] a l s o e x a m i n e s a c o n d u c t o r — b a c k e d m a t e r i a l , b u t t h e p u r p o s e i s t o d e t e r m i n e t h e t h i c k n e s s o f a l o s s y d i e l e c t r i c m a t e r i a l . H e u s e s a d o m i n a n t m o d e a s s u m p t i o n t o d e s c r i b e t h e a p e r t u r e fi e l d d i s t r i b u t i o n a n d c o n c l u d e s t h a t t h e a d d i t i o n o f h i g h e r o r d e r m o d e s i s n o t s i g n i fi c a n t , a f f e c t i n g t h e e n d r e s u l t l e s s t h a n 3 % . l \ l a o d e [ 3 4 ] a l s o s t u d i e s a c o n d u c t o r - b a c k e d m a g n e t i c a n d ( l i ( ‘ > l e c t r i c m a t e r i a l , a n d o b t a i n s s i m u l t a n e o u s e x t r a c t i o n o f p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y . S h e e m p l o y s a n a p p r o x i m a t e v a r i a t i o n a l m e t h o d t o d e t e r m i n e t h e w a v e g u i d e a d m i t t a n c e a n d h e n c e t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t o f t h e c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . B o t h s i n g l e a n d m u l t i p l e l a y e r s o f m a t e r i a l a r e c o n s i d e r e d i n t h e f o r m u l a t i o n . T h e e x t r a c t i o n a l g o r i t l n n u s e s e i t h e r t w o t h i c k n e s s e s o f t h e s a m e m a t e r i a l t o p r o v i d e t w o i n d e p e n d e n t r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t s , o r o n e m e a s u r e m e n t w i t h o n e m a t e r i a l a n d a s e c o n d m e a s u r e m e n t w i t h a k n o w n m a t e r i a l a s a t o p l a y e r . S h e a l s o c o n c l u d e s t h a t t h e w a v e g u i d e fl a n g e d i m e n s i o n s h o u l d b e g r e a t e r t h a n o n e w a v e l e n g t h f o r a d e q u a t e d e c a y o f t h e fi e l d w h e n m e a s u r i n g h i g h l o s s m a t e r i a l s w i t h a c o n d u c t o r b a c k i n g . S t e w a r t [ 3 5 ] , [ 3 6 ] h a s a l s o c o n d u c t e d s t u d i e s o f c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l s u s i n g a r i g o r o u s f u l l - w a v e i n t e g r a l e q u a t i o n m e t h o d t h a t e m p l o y s s i n g l e a n d d u a l a p e r t u r e p r o b e s . W h e n u t i l i z i n g t h e s i n g l e a p e r t u r e p r o b e , S t e w a r t u s e s m e a s u r e m e n t s m a d e f r o m t w o t h i c k n e s s e s o f t h e s a m e m a t e r i a l t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h i s m e t h o d i s r e f e r r e d t o h e r e a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . H e a l s o e x a m i n e d t h e s i z e o f t h e w a v e g u i d e f l a n g e a n d c o n c l u d e d t h a t f o r m a g n e t i c r a d a r a b s o r b i n g m a t e r i a l ( M A - G R A M ) , a 6 ” f l a n g e w a s s u f fi c i e n t f o r a d e q u a t e d e c a y o f t h e e d g e - d i f f r a c t e d fi e l d . T h i s s t u d y i s a n i m p o r t a n t s t e p r e l a t e d t o t h i s d i s s e r t a t i o n , a s t h i s t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s e x a m i n e d i n g r e a t e r d e t a i l i n c h a p t e r s 2 - 6 o f t h i s w o r k . T h e d u a l a p e r t u r e p r o b e u t i - l i z e s a s i m i l a r f o r m u l a t i o n , b u t o b t a i n s t w o i n d e p e n d e n t s c a t t e r i n g p a r a m e t e r s f r o m a s i n g l e m e a s u r e m e n t . 1 . 2 . 3 . 2 C h a r a c t e r i z a t i o n o f b o t h 6 a n d , u . T h e i n i t i a l r e s e a r c h u s i n g fl a n g e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e s f o c u s e d p r i m a r i l y o n t h e e x t r a c t i o n o f p e r m i t t i v i t y f r o m t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t [ 3 2 ] , [ 3 7 ] , a l t h o u g h C h a n g [ 3 1 ] a l s o e x a m i n e d a n i s o t r o p i c d i e l e c t r i c m a t e r i a l s . B o i s [ 3 7 ] s t u d i e d a d i e l e c t r i c h a l f s p a c e r e g a r d i n g t h e e f f e c t o f h i g h e r o r d e r m o d e s o n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . I n t e r e s t h a s i n c r e a s e d i n c h a r a c t e r i z i n g b o t h p e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y u s i n g w a v e g u i d e p r o b e s w i t h t h e u s e o f m o r e m a g n e t i c a l l y l o a d e d m a t e r i a l s a n d p o l y m e r s . M a o d e a n d S t e w a r t h a v e c a r r i e d o u t e x t r a c t i o n o f b o t h p a r a m e t e r s , a n d C h a n g [ 3 8 ] a l s o c h a r a c t e r i z e s b o t h p r o p e r t i e s u s i n g a n i n t e g r a l e q u a t i o n f o r m u l a t i o n a n d m o d a l a n a l y s i s , b u t d o e s s o u s i n g a f r e e s p a c e b a c k i n g . S t e w a r t c o m p a r e s h i s e x t r a c t e d r e s u l t s w i t h t h e t r a d i t i o n a l w a v e g u i d e T / R m e t h o d , a n d f o u n d t h a t t h e e x t r a c t e d p e r m e a b i l i t y v a l u e s f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a g r e e d w i t h t h o s e e x t r a c t e d u s i n g t h e T / R m e t h o d . T h e p e r m i t t i v i t y v a l u e e x t r a c t i o n s , h o w e v e r , d i d n o t a g r e e a s w e l l w i t h t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . H y d e r e c e n t l y p u b l i s h e d a n a d d i t i o n a l t e c h n i q u e i n v o l v i n g t w o o f f s e t p r o b e s [ 3 9 ] . I n t h i s m e t h o d t w o f l a n g e d r e c t a n g u l a r p r o b e s a r e s e p a r a t e d b y a m a g n e t i c m a t e r i a l s h e e t , a n d t h e r e f l e c t i o n a n d t r a n s m i s s i o n c o e f f i c i e n t s a r e s i m u l t a n e m i s l y o b s e r v e d . T h u s , b o t h m a g n e t i c a n d e l e c t r i c p r o p e r t i e s a r e e x t r a c t e d f r o m t h e m e a s u r e m e n t . T h i s f o r m u l a t i o n i s s i m i l a r t o t h a t o f S t e w a r t [ 3 6 ] , b u t s h o w s t h e a b i l i t y t o e x t r a c t p e r m i t t i v i t y m o r e e f f e c t i v e l y w h i l e t h e p e r m e a b i l i t y s h o w s a g r e a t e r d e v i a t i o n w h e n c o m p a r e d t o t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . I n a r e l a t e d m e t h o d , B o g l e [ 4 0 ] a t t e m p t e d t h e e x t r a c t i o n o f b o t h p a r a m e t e r s u s i n g a s l o t t e d w a v e g u i d e a p p r o a c h . U s i n g a s i n g l e s l o t , t h i s m e t h o d w a s p a r t i a l l y s u c c e s s f u l a t m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n . B o g l e , H y d e , a n d S t e w a r t a l l u s e d a s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n a p p r o a c h i n t h e i r i n t e g r a l e q u a t i o n f o r m u l a t i o n s . I n t h e r e s e a r c h s u r v e y e d , t h e r e w a s n o t a c l e a r f o r m u l a t i o n o f a t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n , t h u s t h e n e e d f o r t h e d e r i v a t i o n p r e s e n t e d i n C h a p t e r 3 . 1 . 2 . 3 . 3 M o d a l S o l u t i o n A n a l y s i s O n e p a r a m e t e r t h a t . a f f e c t s c o m p u t a t i o n a l t i m e a n d a c c u r a c y i s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e i n t e g r a l e q u a t i o n s o l u t i o n . D e } . ) e n d i n g o n t h e t e c h n i q u e a n d p u r p o s e , a u t h o r s h a v e c o n c l u d e d t h a t d i f f e r e n t n u m b e r s o f h i g h e r o r d e r m o d e s a r e n e e d e d t o a c h i e v e c o n v e r g e n c e o f t h e d e s i r e d p r o p e r t i e s . B a k h t i a r i [ 3 3 ] o n l y u s e s t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e w h e n d e t e r m i n i n g t h e t h i c k n e s s . C h a n g [ 3 1 ] s t a t e s t h a t g o o d c o n v e r g e n c e i s a c h i e v e d w h e n t h e fi r s t f o u r m o d e s a r e u s e d i n t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f i s o t r O p i c d i e l e c t r i c m a t e r i a l s b a c k e d b y f r e e s p a c e . H e a l s o s h o w s t h a t f o r a n i s o t r o p i c m a t e r i a l b a c k e d b y f r e e s p a c e , u s i n g t h e fi r s t 9 m o d e s a l l o w s t h e t h e o r e t i c a l s o l u t i o n t o a g r e e m o r e c l o s e l y w i t h t h e m e a s u r e d v a l u e s t h a n u s i n g 1 o r 4 m o d e s . T e o d o r i d i s [ 3 2 ] e x a m i n e s t h e c a s e o f a f l a n g e d w a v e g u i d e r a d i a t i n g i n t o a h a l f s p a c e c o m p o s e d o f a i r . H e n o t e s t h a t u s i n g 1 0 m o d e s i n t h e s o l u t i o n a c h i e w s a V S W R t h a t a g r e e s m u c h m o r e c l o s e l y w i t h m e a s u r e d v a l u e s t h a n s i m p l y u s i n g t h e d o m i n a n t m o d e . S t e w a r t [ 3 5 ] d e m o n s t r a t e s t h a t u s i n g t h e fi r s t 4 m o d e s a c h i e v e s g o o d c o n v e r g e n c e , b u t a d d i n g t h e n e x t 6 m o d e s d o e s n o t m a k e a n o t i c e a b l e c h a n g e i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s f o r t h e c o n d u c t o r - b a c k e d m a g n e t i c m a t e r i a l e x t r a c t i o n p r o b l e m . H y d e [ 3 9 ] s e e s s i m i l a r r e s u l t s t o t h o s e o f S t e w a r t b y i n c o r p o r a t i n g t h e fi r s t 4 a n d 1 0 m o d e s . B o i s [ 3 7 ] d o e s a n i n t e r e s t i n g s t u d y o f m o d a l i n c l u s i o n f o r a n o p e n - e n d e d r e c t a n - g u l a r w a v e g u i d e r a d i a t i n g i n t o a d i e l e c t r i c h a l f - s p a c e . H e e x a m i n e s t h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f m o d e s i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n o n t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t , 8 1 1 . B o i s s h o w s t h a t i f o n e a s s u m e s t h a t fi n a l c o n v e r g e n c e i s a c h i e v e d w i t h 2 0 m o d e s , a s o l u t i o n i n - v o l v i n g t h e d o m i n a n t m o d e o n l y c o n t a i n s a t l e a s t a 3 % e r r o r o n [ 8 1 1 ] . I f t h e s o l u t i o n u s e s t h e fi r s t 1 5 m o d e s , t h a t e r r o r i s r e d u c e d t o l e s s t h a n 2 5 % . I n a d d i t i o n , h e s h o w s t h a t t h e m o d e s w h i c h h a v e t h e h i g h e s t m a g n i t u d e f o r t h e a m p l i t u d e c o e f f i c i e n t a f t e r t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e a r e t h e T 1 1 1 1 2 , T E 3 0 , a n d t h e T E 1 2 m o d e s , w h i c h a r e t h e fi r s t f o u r m o d e s w h e n o r d e r e d f r o m l o w e s t t o h i g h e s t c u t o f f f r e q u e n c y . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t n o a u t h o r h a s e x p l o r e d t h e e f f e c t o f m o r e t h a n 2 0 m o d e s o n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r v a l u e s o r t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e e f f e c t . o f h i g h e r o r d e r m o d e s i s c o n s i d e r e d o n t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t a n d t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s i n c h a p t e r s 5 , 8 , a n d 1 0 . 1 . 2 . 3 . 4 E r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s C e r t a i n l y t h e r e i s g r e a t i n t e r e s t b y r e s e a r c h e r s i n t h e m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n fi e l d t o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t o f v a r i o u s t y p e s o f m e a s u r e m e n t e r r o r s o n t h e fi n a l e x t r a c t e d r e s u l t . I n t h e r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e m e a s u r e m e n t s , p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r i n c l u d e u n c e r t a i n t y i n t h e t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l s u n d e r t e s t , r a n d o m n o i s e e r r o r i n t e s t e q u i p m e n t , i n h o m o g e n e i t i e s i n t h e m a t e r i a l , a n d v a r i a t i o n i n m a t e r i a l c o m — p o s i t i o n . S o m e o f t h e a u t h o r s s u r v e y e d c o n s i d e r p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r . l \ l a o d e c o n s i d e r s f l a n g e q u a l i t y , m e a s u r e m e n t a c c u r a c y , s a m p l e t h i c k n e s s , a n d o p e r a t i n g f r e - q u e n c y s t a b i l i t y u s i n g t h e s t a n d a r d p r o p a g a t i o n o f e r r o r f o r m u l a t i o n . S h e u s e d t h e s e e r r o r e s t i m a t e s t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t o n t h e a c c u r a c y o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . M a o d e a l s o d e m o n s t r a t e s t h a t t h e s a m p l e t h i c k n e s s m u s t b e i n a n a c c e p t a b l e r a n g e f o r t h i s m e t h o d . I f i t i s t o o t h i n o r t o o t h i c k , t h e v a r i a t i o n i n t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t m a y n o t b e e n o u g h t o o b t a i n t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s . S t e w a r t [ 3 6 ] a n d H y d e [ 3 9 ] a l s o c o n d u c t a s e n s i t i v i t y a n a l y s i s u s i n g t h e p o t e n t i a l e r r o r s i n f l a n g e a n d s a m p l e t h i c k n e s s m e a s u r e m e n t s , b u t . d o n o t c o n s i d e r t h e p o s s i b i l i t y o f r a n d o m S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t e r r o r . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , a s e n s i t i v i t y a n a l y s i s t o t h i s r a n d o m m e a - s u r e m e n t e r r o r i s p r e s e n t e d i n C h a p t e r s 6 a n d 9 f o r t h e t w o l a y e r , t w o t h i c k n e s s a n d t w o i r i s m e t h o d s . 1 . 3 O v e r v i e w o f t h e r e s e a r c h T h e m o t i v a t i o n f o r t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o i n v e s t i g a t e p o s s i b l e m e t h o d s f o r c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r e x t r a c t i o n o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l i n s i t u u s i n g a f l a n g e d r e c t a n g u - l a r w a v e g u i d e , a n d t o d o s o w h i l e m i n i m i z i n g t h e e f f e c t s o f S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e m o s t p r o m i s i n g m e t h o d s u r v e y e d i s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d d e v e l o p e d b y S t e w a r t . H o w e v e r , i n a p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n w h e r e a n u n i d e n t i fi e d m a t e r i a l h a s b e e n a p p l i e d t o a c o n d u c t o r , p r o v i d i n g t w o t h i c k n e s s e s o f t h a t m a t e r i a l i s n o t p o s s i b l e . I t d o e s h o l d p r o m i s e a s a n e f f e c t i v e l a b o r a t o r y m e t h o d f o r e x t r a c t i o n u s i n g m a t e r i a l s f o r w h i c h t w o s a m p l e s c a n b e p r o v i d e d . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s i n v e s t i g a t e d f o r i t s s e n s i t i v i t y t o S - p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t e r r o r s a n d a s a c o m p a r i s o n t o t h e o t h e r m e t h o d s t h a t a r e e x p l o r e d . T w o a d d i t i o n a l m e t h o d s h a v e b e e n p r o p o s e d t o a c c o m p l i s h t h e g o a l o f p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . I n t h e fi r s t m e t h o d , o n e m e a s u r e m e n t i s o b t a i n e d f r o m o n e l a y e r o f c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . T h e n a s e c o n d m e a s u r e m e n t i s t a k e n b y p l a c i n g a k n o w n m a t e r i a l l a y e r o n t o p o f t h e u n k n o w n l a y e r . T h i s m e t h o d i s t e r m e d t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e s e c o n d m e t h o d u s e s t w o d i f f e r e n t i r i s e s i n t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e t o o b t a i n t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s , a n d i s t h u s t e r m e d t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e s e t w o a d d i t i o n a l m e t h o d s a r e i n v e s t i g a t e d f o r t h e i r a b i l i t y t o p e r f o r m m a t e r i a l e x t r a c t i o n , a n d a l l t h r e e m e t h o d s a r e a n a l y z e d w i t h r e s p e c t t o t h e i r s e n s i t i v i t y t o m e a s u r e m e n t e r r o r a n d t h e n u m b e r o f m o d e s n e e d e d t o o b t a i n a c c u r a t e e x t r a c t i o n o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e o r g a n i z a t i o n o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s a s f o l l o w s . T h e g e n e r a l e x t r a c t i o n a l g o - r i t h m f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 . I n a d d i t i o n , a n i n t e g r a l e q u a t i o n i s f o r m u l a t e d a n d t r a n s f o r m e d i n t o a m a t r i x e q u a t i o n u s i n g t h e M e t h o d l \ l e m e n t s ( M O M ) . T h e s o l u t i o n t o t h i s m a t r i x e q u a t i o n i s t h e n u s e d t o o b t a i n t h e t h e o r e t i c a l s c a t t e r i n g p a r a m e t e r s . 1 0 C h a p t e r 3 c o n t a i n s t h e d e r i v a t i o n o f t h e t w o l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r u s e i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h i s G r e e n ’ s f u n c t i o n c a n a l s o b e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h p r o p e r s p e c i a l i z a t i o n . T h e m a t r i x s o l u t i o n s t e p s a n d n u m e r i c a l a n a l y s i s t e c h n i q u e s a r e d e t a i l e d i n C h a p t e r 4 u s i n g t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n d e r i v e d i n C h a p t e r 3 . T h e m o d a l a n a l y s i s o f t h e t h e o r e t i c a l 3 1 1 p a r a m e t e r s i s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 5 u s i n g t h e f o r m u l a t i o n f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . I n a d d i t i o n , a m e t h o d f o r e s t i m a t i n g t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i s p r e s e n t e d . T h i s a n a l y - s i s e x a m i n e s b o t h a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l a n d t w o l a y e r s o f m a t e r i a l . S i m u l a t e d e x t r a c t i o n r e s u l t s u s i n g h i g h e r o r d e r m o d e s a r e a l s o p r e s e n t e d . C h a p t e r 6 i s a d e s c r i p t i o n o f t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a n d t h e t h e o r y a n d p r a c t i c e u s e d t o e s t i m a t e t h e e f f e c t o f S — p a r a m e t e r m e a s u r e m e n t e r r o r s o n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s . T h e t h i r d m e t h o d u n d e r i n v e s t i g a t i o n , t h e t w o i r i s m e t h o d , i s d e v e l o p e d i n C h a p - t e r 7 u s i n g a c o u p l e d i n t e g r a l e q u a t i o n a n d m o d e m a t c h i n g f m ‘ m u l a t i o n . T h e n u m e r - i c a l a n a l y s i s t e c h n i q u e s u s e d i n t h e s o l u t i o n o f t h e t w o i r i s m e t h o d a r e a l s o d i s c u s s e d i n C h a p t e r 7 . A s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a n d a m o d a l a n a l y s i s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d i s p r e s e n t e d i n C h a p t e r 8 . C h a p t e r 9 c o m p a r e s t h e e x p e r i m e n t a l c o m p l e x m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n r e — s u l t s u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s , t w o l a y e r , a n d t w o i r i s m e t h o d s . C o n c l u s i o n s a n d s u g g e s t i o n s f o r f u t u r e w o r k a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r 1 0 . 1 1 C H A P T E R 2 E L E C T R O M A G N E T I C M A T E R I A L P A R A M E T E R E X T R A C T I O N U S I N G T H E T W O L A Y E R M E T H O D A N D T H E T W O T H I C K N E S S M E T H O D 2 . 1 I n t r o d u c t i o n T h i s c h a p t e r p r e s e n t s t h e t h e o r y n e e d e d t o s o l v e a m a t e r i a l e x t r a c t i o n p r o b l e m u s i n g t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . T h e d e s i r e d r e s u l t o f a n y e x t r a c t i o n p r o b l e m i s t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e c o m p l e x p e r m i t t i v i t y , e 2 6 0 ( 5 4 . — j e fi f ) , a n d t h e c o m p l e x p e r m e a b i l i t y , a = # 0 0 1 ] . — - j u g ) , o f t h e m a t e r i a l . H e r e 6 0 i s t h e p e r m i t t i v i t y o f f r e e s p a c e a n d # 0 i s t h e p e r m e a b i l i t y o f f r e e s p a c e . T h e m e t h o d s u n d e r i n v e s t i g a t i o n r e q u i r e t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s o f t h e c o m p l e x r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t . f o r t h e u n k n o w n m a t e r i a l . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d d e v e l o p e d b y S t e w a r t [ 3 5 ] o b t a i n s t h e t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s f r o m t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f t h e s a m e c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l u s i n g a fl a n g e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e . T h e t w o l a y e r m e t h o d , f o r m u l a t e d h e r e , o b t a i n s o n e m e a s u r e m e n t o f t h e u n k n o w n c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l u s i n g a s i m i l a r p r o b e . A s e c o n d m e a s u r e m e n t i s m a d e b y p l a c i n g a k n o w n m a t e r i a l o n t o p o f t h e u n k n o w n m a t e r i a l a n d m e a s u r i n g t h a t r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . T h e i n t e g r a l e q u a t i o n f o r m u l a t i o n f o r t h e s e t w o p r o b l e m s i s q u i t e s i m i l a r . T h e p r i m a r y d i f f e r e n c e i n t h e f o r m u l a t i o n i s t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n u s e d f o r d e t e r m i n i n g t h e fi e l d s i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . A s i s s h o w n i n A p p e n d i x C , t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r t h e t w o l a y e r p r o b l e m r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n w h e n b o t h l a y e r s a r e t h e s a m e m a t e r i a l . T h i s c h a p t e r f o r m u l a t e s t h e i n t e g r a l e q u a t i o n f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l , w h i c h i s t h e m o r e g e n e r a l c a s e . T h e a d a p t a t i o n o f t h i s f o r m u l a t i o n t o a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l i s a l s o d i s c u s s e d . T h e o t h e r d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s i s f o u n d i n 1 2 t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t l m i . T h e a l g o r i t h m f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d i s p r e s e n t e d fi r s t . t h e n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a l g o r i t h m i s p r e s e n t e d . T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t w o m e t h o d s a r e d i s c u s s e d a t t h e e n d o f t h e c h a p t e r . I n t h e t w o l a y e r m e t h o d , a r e p r e s e n t a t i o n o f t h e fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a n d p a r - a l l e l p l a t e r e g i o n s i s d e v e l o p e d . T h e n a m a g n e t i c fi e l d i n t e g r a l e c u i a t i o n ( M F I E ) i s d e r i v e d a n d s o l v e d u s i n g t h e M e t h o d o f M o m e n t s . T h e s o l u t i o n t o t h e M F I E p r o v i d e s t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t , S i l l y , f o r a t w o - l a y e r e d , c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e - r i a l s t a c k i n t e r r o g a t e d b y a r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e . T h i s r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c a l c u l a t e d a n d c o m p a r e d t o t h e m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t , a n d a n i t e r a t i v e p r o c e s s i s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . 2 . 2 T w o L a y e r M e t h o d : P r o b l e m O v e r v i e w C o n s i d e r t h e g e o m e t r y s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 . A s i n g l e , o p e n - e n d e d r e c t a n g u l a r w a v e g - u i d e p r o b e i s c o n n e c t e d t o a n i n fi n i t e p l a t e , o r fl a n g e , w i t h a n o p e n i n g o f e q u a l s i z e t o t h a t o f t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e . T h i s o p e n - e n d e d w a v e g u i d e fi x t u r e i s p l a c e d o n t h e t o p s u r f a c e o f t h e t w o l a y e r s o f m a t e r i a l , w h e r e t h e t o p l a y e r i s a k n o w n m a t e r i a l o f p e r m i t t i v i t y 6 1 a n d p e r m e a b i l i t y [ 1 , 1 , a n d t h e b o t t o m l a y e r i s t h e u n k n o w n m a t e r i a l w i t h m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 2 a n d # ‘ 2 - B o t h r e g i o n s a r e a s s u m e d t o b e l i n e a r . i s o t r o p i c , a n d h o m o g e n e o u s . I t i s a l s o a s s u m e d t h a t t h e t l ' i i c k n e s s e s o f b o t h l a y e r s o f m a t e r i a l a r e k n o w n a n d t h a t t h e e x t e n t o f t h e fl a n g e a n d m a t e r i a l s a m p l e s a r e i n fi n i t e i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s . T h e fl a n g e , a t z = 0 , a n d c o n d u c t o r , a t z = — h . , a r e e a c h m o d e l e d a s a P e r f e c t E l e c t r i c C o n d u c t o r ( P E C ) . T h e X - b a n d W R 9 0 w a v e g u i d e i s d e s i g n e d s u c h t h a t o n l y t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e p r o p a g a t e s w i t h i n t h e b a n d o f i n t e r e s t , t h e r e f o r e a l l o w i n g t h e t r a n s v e r s e p a r t s o f t h e 1 3 a ) P r o b e g g a t ] ( i f W a v e g u i d e g a s P E C R e g i o n 6 1 7 , 1 1 1 I J m = _ 2 P a r a l l e l P l a t e 2 = ‘ d l R e g i o n 6 2 3 M 2 P E C f P E C f l a n g e b W R 9 0 w a v e g u i d e O : x 0 a F i g u r e 2 . 1 . S i d e v i e w ( a ) a n d t o p v i e w ( b ) f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l i n t e r r o g a t e d b y a s i n g l e w a v e g u i d e p r o b e 1 4 i n c i d e n t fi e l d s ( w i t h e j w t t i m e d e p e n d e n c e s u p p r e s s e d ) t o b e c h a r a c t e r i z e d a s _ ' V _ , y . - 4 1 1 . 7 9 7 E H 7 " ) = ( r a g g a / 3 8 1 1 2 1 ” ( 2 . 1 ) _ . _ . - _ , ‘ , j u g ~ H i m = — a z ' 1 h { ‘ 9 < m e 1 " z 1 ( 2 . 2 ) w h e r e a l l i s t h e a m p l i t u d e o f t h e i n c i d e n t m o d e , a n d t h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d ' ' ' a ? “ t r a n s v e r s e w a v e g u i d e f u n c t i o n s f o r t h e n t h " w a v e g u i d e m o d e a r e d e n o t e d b y 9 n . g a n d W 9 [ 4 1 ] . T h e a x i a l w a v e n u m b e r f o r m o d e n i s g i v e n b y . , u , [ 7 1 ' 2 1 } . , 7 f 2 = ( k 6 < - — : : — ) — ( 2 : i , ( 2 . 3 ) . . . . . o w h e r e a a n d b a r e t h e w a v e g u i d e d i m e n s i o n s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 , a n d k 6 : 2 ( 4 ) 2 ] c h i s t h e s q u a r e o f t h e f r e e s p a c e w a v e n u m b e r . T h e v a r i a b l e s a n a n d 1 . 7 , , c o r r e s p o n d t o t h e i n d i c e s ( u , v ) f o r a T E W w a v e ( i f t h e n t h m o d e i s T E Z ) o r a T i l / [ a v w a v e ( i f t h e n t h m o d e i s T 1 1 1 3 ) . A s t h e i n c i d e n t fi e l d i n t e r r o g a t e s t h e m a t e r i a l i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n , a n i n fi - n i t e n u m b e r o f m o d e s o f a m p l i t u d e a f , a r e s c a t t e r e d b y t h e c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l l a y e r s b a c k t o w a r d t h e s o u r c e . F o r p r a c t i c a l a n d c o m p u t a t i o n a l i m p l e m e n t a t i o n , i t i s a s s u m e d t h a t t h e r e fl e c t e d fi e l d c a n b e t r u n c a t e d t o N m o d e s . T h u s t h e t o t a l t r a n s v e r s e fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a r e d e s c r i b e d b y " u v « ' w 7 1 : 1 ” v a N - 1 m _ , . k ' w g ~ E , ” ( a 2 a g e , 9 m g ] : 1 “ + 2 a ; 3 ' q " 1 ( / 3 ) e J m r ( 2 . 4 ) ( F l “ ’ 1 0 I ’ “ w " I c i n g ? N “ m — ' k ' w f l ' " H t 9 m = — a i h . g e n e ] ' 2 1 “ + D a m e J “ I ‘ 2 ( 2 . 5 ) ( 1 : 1 T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t , o r 8 1 1 p a r a m e t e r , i s t h e d e s i r e d r e s u l t o f t h i s t h e o r e t i c a l p r o b l e m f o r m u l a t i o n . O n l y t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e ( n = 1 ) p r o p a g a t e s t h r o u g h t h e 1 5 w a v e g u i d e a n d a r r i v e s b a c k a t t h e n e t w o r k a n a l y z e r , w h i l e a l l o t h e r m o d e s e v a n e s c e . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s d e fi n e d a s t h e r a t i o o f t h e s c a t t e r e d d o m i n a n t m o d e w a v e a m p l i t u d e t o t h e i n c i d e n t w a v e a m p l i t u d e , w h i c h i s t h e c o m p l e x q u a n t i t y Q t — ‘ C I J 5 1 1 : ‘ - I Q H N 2 . 3 T w o L a y e r M e t h o d E x t r a c t i o n A l g o r i t h m T h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m u s e d i n t h e t h e t w o l a y e r m e t h o d m i n i m i z e s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t h e o r e t i c a l a n d m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s o f t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . T o s i m u l t a n e o u s l y s o l v e f o r t h e c o m p l e x p e r m i t t i v i t y , 6 2 , a n d p e r m e a b i l i t y , # 2 , o f t h e u n k n o w n m a t e r i a l , t w o c o m p l e x i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t a r e n e e d e d . T h e fi r s t , 5 3 8 1 ; , i s t a k e n w i t h t h e p r o b e p l a c e d o n t h e l a y e r o f u n k n o w n , c o n d u c t o r — b a c k e d m a t e r i a l , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 a . T h e s e c t m d m a t e r i a l , o f k n o w n c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r s 6 1 a n d m , i s t h e n p l a c e d o n t h e fi r s t l a y e r a n d a s e c o n d m e a s u r e m e n t , 3 3 3 5 9 , i s t a k e n , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 b . T h e t h i c k n e s s e s o f t h e t o p l a y e r , a l l , a n d b o t t o m l a y e r , h , a r e k n o w n . T h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d a l s o r e q u i r e s t h e c o m p u t a — t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f o r o n e a n d t w o l a y e r s o f m a t e r i a l . T h e s e t h e o r e t i c a l 8 1 1 p a r a m e t e r s a r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e f u l l - w a v e M F I E f o r m u l a t i o n d e - s c r i b e d i n s e c t i o n s 2 . 4 a n d 2 . 5 . T h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . f o r t h e s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l , S t i f f ” , i s c a l c u l a t e d u s i n g t h e k n o w n t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l a n d a g u e s s f o r t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 2 a n d # 2 . A s e c o n d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S [ [ 2 1 2 ) , i s c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r s o f m a t e r i a l b y u s i n g t h e s a m e v a l u e s f o r 6 2 a n d # 2 , t h e k n o w n t h i c k n e s s e s , a n d t h e k n o w n m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r t h e t o p l a y e r , 6 1 a n d 1 6 m e a s 1 1 ( 1 ) m e a s 1 1 ( 2 ) P E C F i g u r e 2 . 2 . M e a s u r e m e n t o f r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t o n ( a ) o n e l a y e r o f m a t e r i a l a n d ( b ) t w o l a y e r s o f m a t e r i a l # 1 . T w o f u n c t i o n s a r e t h e n c o n s t r u c t e d , o n e f o r e a c h l a y e r c o n fi g u r a t i o n , - _ _ m e a s t h y f ( € 2 1 H 2 1 ) — 1 1 ( 1 ) — S l l ( 1 ) . , , t } . H 9 ( 6 2 3 H 2 ) : 1 7 1 : 3 ; _ 8 1 1 2 2 1 2 ) ( 2 " ) T h e s e f u n c t i o n s a r e s i m u l t a n e o u s l y m i n i m i z e d u s i n g a t w o - d i m e n s i o n a l N e w t o n ’ s r o o t fi n d i n g m e t h o d t o d e t e r m i n e t h e p e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y o f t h e m a t e r i a l . I n t h i s a p p l i c a t i o n , t h e s t o p p i n g c r i t e r i o n o f V | f | 2 + l g ] 2 S t o l e r a n c e ( 2 . 8 ) i s e m p l o y e d . W h e n t h e s t o p p i n g c r i t e r i o n h a s b e e n r e a c h e d , t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l p a r a m e t e r s p r o d u c e t h e s a m e t h e o r e t i c a l $ 1 1 a s t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s t h a t h a v e b e e n m e a s u r e d , w i t h i n t h e s p e c i fi e d t o l e r a n c e . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t o f o n e l a y e r o f m a t e r i a l , S i l l / 1 V i s s t r a i g h t f o r w a r d t o c a l c u l a t e u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d f o r m u l a t i o n . C o n s i d e r t h e s p e c i a l c a s e o f t h e t w o l a y e r p r o b l e m i n F i g u r e 2 . 2 b , w h e n 6 1 = 6 2 a n d 1 1 1 = 1 1 2 . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t w o l a y e r s o f i d e n t i c a l m a t e r i a l o f t o t a l t h i c k n e s s h h a s t h e s a m e v a l u e a s t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f r o m o n e l a y e r o f m a t e r i a l , w h i c h h a s t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 2 a n d fi g , a n d h a s a t h i c k n e s s o f h . A s n o t e d . i n A p p e n d i x C , t h e t w o l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n s w h e n 6 1 = 6 2 a n d , u 1 2 , u g . T h u s , b o t h S i l i l h ) a n d S i l l / 2 ) f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d c a n b e c a l c u l a t e d u s i n g t h e t w o l a y e r f o r m u l a t i o n d e s c r i b e d i n t h i s c h a p t e r . 1 8 2 . 4 P r o b l e m F o r m u l a t i o n 2 . 4 . 1 W a v e g u i d e F i e l d s T o d e v e l o p t h e M F I E a n d s o l v e f o r t h e a m p l i t u d e a f , i t i s n e c e s s a r y t o d e v e l o p a t h e o r e t i c a l d e s c r i p t i o n o f t h e t r a n s v e r s e m a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n a n d t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n s o t h a t c o n t i n u i t y o f t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d a t t h e b o u n d a r y , 2 = 0 , c a n b e e n f o r c e d . C o n t i n u i t y o f t h e fi e l d s i s e x p r e s s e d a s H g ’ P m , z = 0 ’ ) = H , ’ “ ’ 9 ( j z = 0 + ) fi e C S , ( 2 . 9 ) w h e r e H t w g ( , 5 , z 2 0 + ) a n d t h m w ’ z = 0 ‘ ) a r e t h e t r a n s v e r s e m a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a n d p a r a l l e l p l a t e r e g i o n a t t h e a p e r t u r e p l a n e , r e s p e c t i v e l y . T h e c r o s s s e c t i o n a l r e g i o n o f t h e w a v e g u i d e , C S , i s d e fi n e d a s 0 S : L ' S a , a n d 0 S y S b . A u s e f u l i d e n t i t y t h a t i s e m p l o y e d i n t h i s d e r i v a t i o n i s t h e o r t h o g o n a l i t y o f t h e t r a n s v e r s e e l e c t r i c fi e l d w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s [ 4 2 ] o v e r t h e c r o s s s e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e a t z : , , , , 1 n = q / C S 5 : 9 ( m e g ‘ g w d s = = 6 , 1 , , ( 2 . 1 0 ) 0 n . # q A p p l y i n g t h e o p e r a t o r ( C S 5 , 1 5 9 ( [ 7 ) - { } d s t o b o t h s i d e s o f ( 2 . 4 ) y i e l d s / 6 5 5 9 ( 5 ) - E E U Q M , z = 0 + ) d s 2 / a i é ' f f g w ) - é ' i fl g ( / 7 ) d s C S C S N + j 2 : ( 1 : 6 3 : 9 0 ? ) . e r a / a d s C S ( 1 : 1 : ( 1 3 6 7 , 1 + a ? “ n = 1 , 2 , N , ( 2 . 1 1 ) 1 9 0 ? , = / C S é ‘ , “ ’ 9 ( , 5 ) E , “ ’ 9 ( p " , z = 0 + ) d s — a 9 1 6 , “ , n = 1 , 2 , . . . , N . ( 2 . 1 2 ) O f U s i n g ( 2 . 1 2 ) i n ( 2 . 5 ) , t h e t o t a l t a n g e n t i a l fi e l d i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n i s H , “ ’ 9 ( , 7 , z 2 0 + ) 2 - 2 a ' , h , ' 9 ( , 7 ) + Z h , 3 ’ 9 ( , 7 ) H l / 5 , 3 ‘ 9 ( , 7 ) E ; ’ 9 ( , 7 , = 0 + ) d s C S 1 1 2 1 ( 2 . 1 3 ) w h e r e [ 3 6 C S . 2 . 4 . 2 P a r a l l e l P l a t e F i e l d s T h e n e x t s t e p i s t o d e t e r m i n e t h e fi e l d s i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . U s i n g L o v e ’ s e q u i v a l e n c e p r i n c i p l e , a n e q u i v a l e n t p r o b l e m m a y b e e s t a b l i s h e d b y r e p l a c i n g t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e w i t h a P E C s u r f a c e a n d a m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e t h a t i s i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n , a t z = 0 ‘ . T h i s c u r r e n t s o u r c e c o v e r s t h e s a m e t r a n s v e r s e a r e a c o v e r e d b y t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e . T h e m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e ( a s s e e n i n F i g u r e 2 . 1 ) i s g i v e n b y 3 1 7 , , ( 7 ) : - 7 ) x E , “ ’ 9 ( , 7 , z 2 0 + ) 2 : 2 x E , “ ’ 9 ( , 7 z — — 0 + ) ( 2 . 1 4 ) D u e t o t h e c o n t i n u i t y o f t a n g e n t i a l e l e c t r i c fi e l d a t t h e b o u n d a r y 3 = 0 , t h e e l e c t r i c fi e l d i s e q u a l o n e i t h e r s i d e o f t h e b o u n d a r y . T h u s t h e f o l l o w i n g e q u a l i t y w i l l b e u s e d i n t h e M F I E f o r m u l a t i o n . S i n c e t h e v o l u m e c u r r e n t J , ” i s o n l y d e f i n e d i n t h e a p e r t u r e r e g i o n a t . z = 0 , i t c a n b e a l t e r n a t i v e l y w r i t t e n i n t e r m s o f t h e s u r f a c e c u r r e n t , K m , i m m = R , , , ( , 7 ) 5 ( z ) ( 2 . 1 6 ) 2 0 fi m f ’ ? ) = C S G m ) ( fi l fi ’ ; z l z ' = 0 ) - I f , , , ( / § " ) d s ’ . ( 2 . 2 2 ) w h e r e R u n e ? ) = s x E , “ 9 < fi ) . ( 2 . 1 7 ) S i n c e t h e c u r r e n t s o u r c e i n r e g i o n 1 i s a m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e , t h e . fi e l d s i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n c a n b e d e t e r m i n e d u s i n g M a x w e l l ’ s e q u a t i o n s w i t h a . m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e [ 4 3 ] . U s i n g m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l s , t h e fi e l d r e l a t i o n s h i p s a r e g i v e n b y 5 ( 7 ) = — j w , u V x 1 1 m m ( 2 . 1 8 ) H m = M i m e ) + v [ v . fi m m ] , ( 2 . 1 9 ) a n d t h e m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l i n h o m o g e n e o u s w a v e e q u a t i o n i s . . a f , . _ ( v 3 + k 2 ) n m m = — — J ’ , ’ — ( ? ( 2 . 2 0 ) A G r e e n ’ s f u n c t i o n a p p r o a c h i s t a k e n t o s o l v e ( 2 . 2 0 ) , t h e d e r i v a t i o n o f w h i c h i s f o u n d i n C h a p t e r 3 . U s i n g t h i s a p p r o a c h , t h e s o l u t i o n o f t h e m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l w a v e e q u a t i o n i s w r i t t e n a s fi m ( 7 7 ) = f ( : 9 9 ( , 7 1 7 ’ ) - fi n ( i ~ * ’ ) d v ’ , ( 2 . 2 1 ) V w h e r e G P P ( F I f " ) i s t h e H e r t z i a n p o t e n t i a l d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r a t w o - l a y e r e d m a t e r i a l i n a p a r a l l e l p l a t e w a v e g u i d e . T h i s G r e e n ’ s f u n c t i o n r e l i n ' e s e n t s t h e p o t e n t i a l m a i n t a i n e d a t t h e o b s e r v a t i o n p o i n t 7 " b y a p o i n t s o u r c e a t 7 ‘ " . U s i n g ( 2 . 1 6 ) a n d ( 2 . 1 7 ) i n ( 2 . 2 1 ) a l l o w s t h e e x p r e s s i o n f o r t h e p o t e n t i a l t o b e r e w r i t t e n a s O n c e t h e d r a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n i s k n o w n t h e e x r e s s i o n f o r t h e m a n n e t i c fi e l d 7 D 2 1 a t t h e a p e r t u r e i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n c a n b e w r i t t e n a s 9 5 % = 0 ) = 0 6 1 + v s V - i / € 9 1 , 7 2 9 ; s s ’ i = 0 ) - ( . : x 5 , 9 ’ 9 ( , 7 ’ , z ' = 0 ) ) , 1 5 ’ ] 0 , , 5 6 c s ( 2 . 2 3 ) w h e r e k ? = w g u l e l i s t h e s q u a r e o f t h e w a v e n u m b e r i n r e g i o n 1 , a n d V , i s t h e t a n g e n t i a l g r a d i e n t o p e r a t o r . 2 . 5 M F I E a n d t h e M e t h o d o f M o m e n t s S o l u t i o n M a t c h i n g t h e t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d s a t t h e b o u n d a r y b y a p p l y i n g H t w g fi ) ’ , z 2 0 + ) = fi t p p m : z = 0 ‘ ) p r o d u c e s N 4 6 1 - 1 9 1 9 9 ( 5 3 + 2 3 9 7 5 W [ / , , ~ S E E ‘ 9 < 5 ” > - a v e " ) 9 9 ' l 2 ( i s ? + v t v ) / C S G W W ’ ) ( s t , 9 ’ 9 ( , 7 " ) ) d s ’ , 5 6 C S . 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T h i s r e l a t i o n s h i p m a k e s t h e s e f u n c t i o n s u s e f u l a s e n t i r e d o m a i n b a s i s f u n c t i o n s . T h e t r a n s v e r s e e l e c t r i c fi e l d i n t h e a p e r t u r e i s e x p a n d e d a s a s u m o f t h e t r a n s v e r s e 2 2 ( k ? + V t V ' ) / C S C p p ( ; 3 ] / 3 " ) z X a 1 : 0 , , ” , 1 , ” ( 1 3 ' . ( 2 . 2 6 ) e l e c t r i c fi e l d w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s , y i e l d i n g - o ‘ i ‘ — - o U . ' . ‘ E , ( , 7 , z = 0 ) = ( 1 . 1 E : c q u 9 ( , 7 ) , ( 2 . 2 5 ) w h e r e a i l ‘ c q i s t h e c o m p l e x a m p l i t u d e o f t h e ( 1 t h w a v e g u i d e m o d e e x p a n s i o n i n t h e a p e r t u r e . T h e c o n s t a n t ( 1 7 1 i s t h e a m p l i t u d e o f t h e i n c i d e n t T E 1 ( ) w a v e a n d i s u s e f u l f o r n o r m a l i z a t i o n . T h e e x p r e s s i o n f o r t h e t r a n s v e r s e e l e c t r i c fi e l d i n t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e i n ( 2 . 2 4 ) c a n n o w b e r e p l a c e d b y ( 2 . 2 5 ) , w h i c h p r o d u c e s N — 2 a i fi i " 9 ( s ) + § j i i i i 9 < s i f 3 a i z s q s w ( > 2 9 6 5 9 9 ( 5 ” ) d s ” = 7 1 2 1 . _ . ‘ U _ ! . . . . . T h e o r t h o g o n a l i t y o f e n 9 ( [ 7 ) I S u s e f u l 1 n e v a l u a t i n g t h e i n t e g r a l i n t h e s q u a r e b r a c k e t s o n t h e l e f t h a n d s i d e o f t h e e q u a t i o n . I n a d d i t i o n , o n e o f t h e p r o p e r t i e s o f t h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s i s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d f u n c t i o n s , € 5 9 0 ? ) a n d 5 7 3 , 9 0 7 ) [ 4 1 ] , Z , 3 9 ] , 3 ‘ 9 ( , 7 ) _ — z x 6 3 9 9 ( 5 ) , ( 2 . 2 7 ) w . . . . . . . w h e r e a n I S t h e d i r e c t i o n a l i m p e d a n c e i n t h e w a v e g u i d e f o r m o d e n u m b e r n . T h i s w a v e g u i d e i m p e d a n c e i s d e fi n e d d i f f e r e n t l y d e p e n d i n g o n w h e t h e r t h e w a v e g u i d e m o d e i s T E ; o r T A f z . F o r m u l a s a r e g i v e n i n C h a p t e r 4 . 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( 2 . 3 2 ) T h i s c a n b e w r i t t e n i n m a t r i x f o r m a s [ A H C ] = [ b ] , ( 2 . 3 3 ) w h e r e e a c h o f t h e e l e m e n t s o f m a t r i x A a n d t h e v e c t o r b a r e g i v e n b y A m n 7 : A K ? ( 1 7 1 7 1 7 7 9 0 7 ) ° [ f l / 7 1 5 9 ( 5 ) — ( I l i a / 7 ) ] ( 1 ' 9 : ( 2 3 4 ) b m : 2 / S i g - ” ( , 7 - H i y a / D d s . ( 2 3 5 ) C S T h u s , ( 2 . 3 2 ) p r o d u c e s a s y s t e m o f N e q u a t i o n s w i t h N u n k n o w n s , w h e r e t h e u n k n o w n s a r e t h e a m p l i t u d e c o e f f i c i e n t s e n . T h e e l e m e n t s o f t h e m a t r i x A s h o w h o w t h e fi e l d s i n U t h e w a v e g u i d e a n d p a r a l l e l p l a t e r e g i o n f r o m t h e n . ‘ m o d e m a i n t a i n e d b y t h e s o u r c e c o u p l e i n t o t h e 7 7 t h o b s e r v a t i o n m o d e fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e . T h e e l e m e n t s o f t h e v e c t o r b a r e t h e f o r c i n g f u n c t i o n s , o r a m p l i t u d e s o f t h e e x c i t a t i o n . R e c a l l t h a t t h e g o a l o f t h i s f o r m u l a t i o n i s t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S i g n ] , a s d e f i n e d i n ( 2 . 6 ) . N o t e t h a t t h e e q u a t i o n s ( 2 . 4 ) a n d ( 2 . 2 5 ) e a c h d e s c r i b e t h e t a n g e n t i a l fi e l d i n t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e a t z = 0 . A p p l y i n g t h e o p e r a t o r 2 5 f a g ( 7 7 2 % ( , 5 ) { } d s t o b o t h e q u a t i o n s a n d s e t t i n g t h e m e q u a l y i e l d s a / s , ? ’ ~ ‘ I < s ) - s { “ ~ " < m d s + z a g / s 7 3 f " 9 ( , 7 ) - € ; ; “ 9 < , 7 d s C S ( 1 : , C S . N 2 0 . 2 1 c q / S e 7 { 9 ( 5 ) e q g ( / 5 ) d s , ( 2 . 3 6 ) _ C S q — l o r ( 1 3 6 , “ + o f , = ( 1 . ? ) e n . ( 2 . 3 7 ) U s i n g t h e s e r e l a t i o n s h i p s , t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t i s f o u n d b y . a s ( L i C — 1 s i ’ l ' ” = — 1 = # = C l — - 1 . ( 2 . 3 8 ) ( L l S o l v i n g t h e m a t r i x e q u a t i o n ( 2 . 3 3 ) a n d o b t a i n i n g t h e e x p a n s i o n f u n c t i o n a m — p l i t u d e c o e f fi c i e n t , c l , p r o v i d e s a s t r a i g h t f o r w a r d w a y o f o b t a i n i n g t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 2 . 6 T h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d A s m e n t i o n e d i n s e c t i o n 2 . 1 , t h e f o r m u l a t i o n f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s q u i t e s i m i l a r t o t h a t o f t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d u s e s a r e c t a n - g u l a r , fl a n g e d , o p e n - e n d e d w a v e g u i d e p r o b e t o i n t e r r o g a t e t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l [ 3 5 ] , [ 3 6 ] . T h e fi r s t r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t , S i ’ i ‘ d ’ b i s o b t a i n e d f r o m t h e fi r s t s a m p l e o f t h e m a t e r i a l , w h i c h h a s a t h i c k n e s s [ 1 1 . T h e s e c o n d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t , S m l z Z T ) ’ i s t a k e n f r o m a s e c o n d s a m p l e o f t h e s a m e m a t e r i a l , w h i c h h a s t h i c k n e s s h . U s i n g a n i n i t i a l g u e s s f o r t h e p a r a m e t e r s o f t h e u n k n o w n m a t e r i a l , t h e t h e o r e t i c a l r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t s a r e c a l c u l a t e d f o r t h e fi r s t t h i c k n e s s , S i d / I T ) ? a n d t h e s e c o n d 2 6 t h i c k n e s s , S i l f l l 2 T ) ’ o f t h e u n k n o w n m a t e r i a l . T h e s e r e fl e c t i o n c o e fl i e i e n t s a r e c a l - c u l a t e d i n a s i m i l a r m a n n e r t o t h e p r o c e s s s h o w n i n s e c t i o n s 2 . 4 - 2 . 5 . H o w e v e r , i n s t e a d o f t h e t w o l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n , C l ’ p ( fl fi ' ) , s h o w n i n ( 2 . 2 9 ) , t h e t w o t h i c k - n e s s m e t h o d u s e s a s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n , C 1 1 4 ] : ( [ 5 1 / 5 " ) , [ 4 5 ] , [ 4 0 ] t o c a l c u l a t e t h e e l e m e n t s o f t h e m a t r i x A . T h e d i a g o n a l e l e m e n t s o f t h i s G r e e n s f u n c t i o n a r e s h o w n i n ( C . 1 0 ) . T w o f u n c t i o n s , n g a n d 9 2 7 7 , a r e t h e n c o n s t r u c t e d : _ . 7 , , I I I / y f 2 r ( € ~ , # ) — f i f i i ) “ 5 1 1 ( 1 7 7 ) 7 7 " ' ‘ 5 w I I ' . - 9 2 T ( 6 7 / I ) = b i ' i i 2 ’ 7 ‘ ) ‘ 7 5 1 i ( 2 r ) 7 ( 2 ‘ 3 9 ) T h e s e f u n c t i o n s a r e s i m u l t a n e o u s l y m i n i m i z e d i n a m a n n e r s i m i l a r t o t h e t w o l a y e r m e t h o d b y v a r y i n g t h e p a r a m e t e r s 6 a n d , u u n t i l t h e t o l e r a n c e c r i t e r i o n i s m e t . T h e r e a r e s o m e s u b t l e d i f f e r e n c e s w h i c h e x i s t b e t w e e n t h e t w o m e t h o d s . T h e n e x t s e c t i o n b r i e fl y o u t l i n e s t h e a l g o r i t h m d i f f e r e n c e s , a n d t h e y a r e d i s c u s s e d i n g r e a t e r d e t a i l i n t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n s e c t i o n 6 . 7 o f C h a p t e r 6 . 2 . 6 . 1 I m p l e m e n t i n g t h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d A l g o r i t h m U s i n g t h e T w o L a y e r M e t h o d B e c a u s e t h e f o r m u l a t i o n f o r t h e s e t w o m e t h o d s i s q u i t e s i m i l a r , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d d e v e l o p e d b y S t e w a r t [ 3 5 ] c a n b e i m p l e m e n t e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d . I n s e c t i o n 2 . 3 i t w a s n o t e d t h a t t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . f o r o n e l a y e r o f m a t e r i a l c a n b e c a l c u l a t e d u s i n g t h e t w o l a y e r f o r m u l a t i o n b y s e t t i n g 6 1 = 6 2 a n d , 1 1 : t h y 1 1 ( 1 T ) ‘ a n d t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r a l a y e r w h i c h h a s a d i f f e r e n t t h i c k n e s s , 5 1 1 1 ? ” ) , c a n 1 1 2 . T h u s , b o t h t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r o n e l a y e r o f m a t e r i a l , S b e c a l c u l a t e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d f o r m u l a t i o n b y l e t t i n g 6 2 = 2 6 1 = e , a n d # 2 = 1 1 1 = a . A s s h o w n i n A p p e n d i x C , w h e n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r v a l u e s o f t h e t o p a n d b o t t o m l a y e r a r e e q u a l , t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n d e r i v e d i n C h a p t e r 3 r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n u s e d i n t h e 2 7 t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h u s , t h e f o r m u l a t i o n p r e s e n t e d i n s e c t i o n s 2 . 4 - 2 . 5 f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d c a n b e u s e d t o c o m p u t e t h e t h e o r e t i c a l 8 1 1 p a r a m e t e r s f o r u s e i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d b y l e t t i n g 6 2 = 6 1 2 e , a n d p g 2 # 1 = p . . . A l t h o u g h t h e t w o l a y e r m e t h o d m a y b e u s e d t o i m p l e m e n t . t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m s u s e d i n t h e r e s p e c t i v e m e t h o d s u t i l i z e d i f f e r e n t i t e r a t i v e p r o c e s s e s t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . I n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , f h ' y . w h e r e t h e i t e r a t i v e p r o c e s s v a r i e s t h e p a r a m e t e r s 6 a n d a i n t h e c a l c u l a t i o n o f S 1 1 ( 1 T ) ' ( . 2 = 6 1 = 6 , a n d , n g = # 1 = i t . T h e s e s a m e v a l u e s f o r 6 a n d , u . a r e u s e d t o c a l c u l a t e S i l l ? ? ? “ i n e a c h s t e p o f t h e i t e r a t i v e p r o c e s s . A s s h o w n i n C h a p t e r 3 a n d A p p e n d i x C , o n l y t h e f i r s t t w o d i a g o n a l e l e m e n t s o f t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n a r e n e e d e d i n t h e c o m p u t a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r e i t h e r t h i c k n e s s . T h e t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n a l g o r i t h m v a r i e s t h e u n k n o w n v a l u e s 6 2 a n d # 2 , w h i l e t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e t o p l a y e r , 6 1 a n d # 1 , r e m a i n fi x e d . T h e t . h y c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l , 3 1 1 ( 2 ) , r e q u i r e s f o u r e l e m e n t s o f t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n , a s s h o w n i n C h a p t e r 3 . T h e s e e l e m e n t s a r e m u c h m o r e c o m p l i c a t e d t o e v a l u a t e n u m e r i c a l l y a n d t h e c a l c u l a t i o n p r o c e s s i s m o r e c o m p u t a t i o n a l l y e x p e n s i v e w h e n c o m p a r e d t o t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n . T h e t w o l a y e r m e t h o d i s m o r e s e n s i t i v e t o a n y r a n d o m n o i s e i n t h e s y s t e m a n d i s a l s o m o r e s e n s i t i v e t o t h e n u m b e r o f m o d e s i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e s e s e n s i t i v i t y i s s u e s a r e e x a m i n e d i n g r e a t e r d e t a i l i n C h a p t e r s 6 a n d 7 . T h e d e v e l o p m e n t o f t h e s o l u t i o n t o t h e M F I E i n ( 2 . 3 2 ) r e q u i r e s t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e H e r t z i a n p o t e n t i a l G r e e n ’ s f u n c t i o n a n d t h e s u b s e q u e n t n u m e r i c a l a n a l - y s i s i n o r d e r t o d e t e r m i n e e a c h m a t r i x e l e m e n t A m ” . T h e d e r i v a t i o n o f t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n i s s h o w n i n C h a p t e r 3 a n d t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a t r i x e n t r i e s a n d s o l u t i o n s t e p s a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r 4 . 2 8 C H A P T E R 3 D E R I V A T I O N O F T H E H E R T Z I A N P O T E N T I A L T W O L A Y E R P A R A L L E L P L A T E G R E E N ’ S F U N C T I O N 3 . 1 I n t r o d u c t i o n A n o p e n - e n d e d w a v e g u i d e a t t a c h e d t o a m e t a l fl a n g e a n d p l a c e d a g a i n s t a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l s u r f a c e , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 a , c a n b e r e p l a c e d b y a n e q u i v a l e n t p r o b l e m u s i n g L o v e ’ s e q u i v a l e n c e p r i n c i p l e . I n t h e e q u i v a l e n t p r o b l e m , t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e i s r e p l a c e d b y a P E C s u r f a c e , a n d a n e q u i v a l e n t m a g n e t i c c u r r e n t i s p l a c e d i n t h e m a t e r i a l l a y e r t a n g e n t i a l t o t h a t P E C s u r f a c e . T h e e q u i v a l e n t c u r r e n t c o v e r s t h e s a m e t r a n s v e r s e a r e a t h a t w a s c o v e r e d b y t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e i n t h e o r i g i n a l p r o b l e m . A s m e n t i o n e d i n c h a p t e r 2 , i t i s n e c e s s a r y t o m a t c h t h e t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n w i t h t h e m a g n e t i c fi e l d i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n i n t h e i n t e g r a l e q u a t i o n f o r m u l a t i o n . T h i s i s a d d r e s s e d b y u s i n g a G r e e n ‘ s f u n c t i o n a p p r o a c h t o d e t e r m i n e t h e m a g n e t i c f i e l d i n r e g i o n 1 d u e t o a . s o u r c e i n r e g i o n 1 , w h e r e r e g i o n 1 i s t h e t o p l a y e r i n F i g u r e 2 . 1 a . T h e g o a l o f t h i s c h a p t e r i s t o d e r i v e t h e H e r t z i a n p o t e n t i a l t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r a m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e . S i n c e t h e e q u i v a l e n t m a g n e t i c c u r r e n t i n d u c e d i n r e g i o n 1 i s l i m i t e d t o t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , o n l y t h o s e t e r m s o f t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n t h a t c o n t r i b u t e t o t h e t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d a r e c o n s i d e r e d . 3 . 2 P r o b l e m F o r m u l a t i o n C o n s i d e r a t w o - l a y e r e d m a t e r i a l b o u n d e d o n t h e u p p e r a n d l o w e r s u r f a c e s w i t h t w o p a r a l l e l P E C p l a t e s , i n fi n i t e i n h o r i z o n t a l e x t e n t , a s s h o w n i n F i g u r e 3 . 1 . T h e r e g i o n b e l o w t h e t o p p l a t e ( r e g i o n 1 , 0 > z > — d 1 ) i s a s s u m e d t o h a v e t h e c o m p l e x m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 1 a n d # 1 , w h i l e t h e r e g i o n a b o v e t h e l o w e r p l a t e ( r e g i o n 2 , — d 1 > z > — h ) 2 9 6 1 9 ” ] . fi ) J ‘ \ S - f ; p é % 1 1 H 1 — Z : - d | 6 2 7 / 1 2 é é H ; H 2 — F i g u r e 3 . 1 . G e o m e t r y f o r a t w o - l a y e r e d m a t e r i a l b o u n d e d b y p a r a l l e l P E C p l a t e s , i n fi n i t e i n t h e x - a n d y - d i r e c t i o n s . h a s c o m p l e x m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 2 a n d 1 L 2 . B o t h r e g i o n s a r e a s s u m e d t o b e l i n e a r , i s o t r o p i c , a n d h o m o g e n e o u s . A m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e i n r e g i o n 1 p r o d u c e s a m a g n e t i c fi e l d i n b o t h r e g i o n s 1 a n d 2 . T h e m a g n e t i c fi e l d i n r e g i o n 1 i s c o m p o s e d o f a p r i m a r y w a v e H 7 1 9 e m a n a t i n g f r o m t h e s o u r c e , a n d t w o r e fl e c t e d w a v e s , H + , w h i c h t r a v e l s i n t h e + 2 . d i r e c t i o n , a n d H 1 — , w h i c h t r a v e l s i n t h e — z d i r e c t i o n . T h e p r i m a r y fi e l d i s t h e s a m e a s t h a t p r o d u c e d b y a n i d e n t i c a l s o u r c e i n a n u n b o u n d e d s p a c e w i t h m a t e r i a l p a r a m e t e r s 5 . 1 a n d i l l . T h e r e fl e c t e d w a v e H i f i s t h e r e fl e c t i o n f r o m t h e m a t e r i a l b o u n d a r y a t z 2 — d 1 , a n d H 1 — i s t h e r e fl e c t e d w a v e f r o m t h e i n t e r f a c e a t z = 0 . S i m i l a r l y , t h e fi e l d s i n r e g i o n 2 c a n b e d e c o m p o s e d i n t o t w o t r a v e l i n g w a v e s , H 2 — a n d H 2 + . T h e w a v e H 2 — r e p r e s e n t s t h e w a v e t r a n s m i t t e d f r o m r e g i o n 1 t o r e g i o n 2 , w h i l e H ; i s t h e w a v e t h a t r e fl e c t s o f f t h e i n t e r f a c e a t z = — h . 3 0 3 . 3 H e r t z i a n P o t e n t i a l E x p r e s s i o n o f E l e c t r o m a g n e t i c F i e l d s T h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c f i e l d s i n r e g i o n s 1 a n d 2 c a n b e e x p r e s s e d i n t e r m s o f H e r t z i a n p o t e n t i a l s a s [ 4 3 ] E = — j w u V X fi m , ( 3 . 1 ) I ? : 1 1 : 2 1 — 7 1 ” ) , + V ( V ' fi l l " ) . ( 3 . 2 ) T h e i n h o m o g e n e o u s w a v e e q u a t i o n f o r m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l s i s . _ . f ( V 2 + k 2 ) H y ” : — , " I . ( ' 3 3 ) J W S i n c e o n l y m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l s a r e u s e d i n t h i s d e r i v a t i o n , t h e m s u b s c r i p t i s d r o p p e d a n d T i m s h a l l h e n c e f o r t h b e d e n o t e d a s I T . C a r r y i n g o u t t h e d e r i v a t i v e s f r o m ( 3 . 2 ) , t h e s c a l a r c o m p o n e n t s o f t h e m a g n e t i c fi e l d a r e 8 _ . _ - 2 , ‘ x H , _ A . 1 1 , . + 0 . 1 : ( V n ) ( 3 . 4 ) 0 _ . — " 2 — . ' r H y _ A . n , + 8 y ( v n ) , ( 3 . ) ) a — f _ ‘ 2 _ , r H z _ k n Z + 8 2 : ( v n ) . ( 3 . 6 ) C a r r y i n g o u t t h e d e r i v a t i v e s f o r ( 3 . 1 ) y i e l d s . 8 8 E 1 ? = — ] u J / l , ( a n ; — a n y ) , ( 3 . 7 ) 8 E U — - J W / l ( i n f " E H 2 ) , ( 3 8 ) 8 8 E . = — V — I I — — — l ‘ I , . 3 . 9 4 j u J / l ( 0 1 ‘ y 0 y . 1 ? ) ( ) 3 1 k : % I I 1 g , - + 3 ( V ' fi l ) = 1 1 3 1 1 2 . 1 6 1 - 2 ' , ( V ° 3 . 4 E l e c t r i c a n d M a g n e t i c F i e l d B o u n d a r y C o n d i t i o n s i n T e r m s o f H e r t z i a n P o t e n t i a l s S i n c e t h e H e r t z i a n p o t e n t i a l s d e s c r i b e t h e fi e l d s p r o d u c e d b y t h e c u r r e n t s o u r c e i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n , t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o n t h e s e p o t e n t i a l s a r e d e d u c e d b y e n f o r c i n g t h e l ‘ ) ( _ ) u n ( . l a r y c o n d i t i o n s o n t h e t a n g e n t i a l fi e l d s a t t h e u p p e r a n d l o w e r P E C p l a t e s , a n d a t t h e . 1 1 1 a t e r i a l i n t e r f a c e a t z = — ( 1 1 . A t 2 : = - ( 1 1 , E 1 1 . 2 E 2 1 , p r o d u c e s . 8 8 , 8 — J w I - t 1 ( a — U n l z — 5 m g ) = — — ] w / 1 . 2 ( O — y n z z - 5 : 1 1 2 y A t 2 : — d 1 , E l y 2 E g g p r o d u c e s . 8 8 . 8 fi b u l a ( _ H 1 : 1 7 - — H 1 . z ) = - J W 2 ( — H 2 . r - 5 7 1 1 2 . : 8 : : 8 1 ? 8 3 A t 2 2 — d l . H 1 1 . 2 H 2 1 . p r o d u c e s 8 : 1 : A t . 3 2 — d 1 , H l y = H g y p r o d u c e s k g fi l y + 2 ( V ' fi l ) = [ ( 3 3 1 1 2 1 ] + 3 ( V - H 2 8 y 8 y A t 2 = 0 , E 1 1 ? 2 0 r e q u i r e s . 8 8 _ J w , u . 1 ( 5 1 ; a n - — 5 : 1 1 1 ? ! ) : O . 3 2 8 8 — o ) . ) . ) . ( 3 . 1 0 ) ( 3 . 1 1 ) ( 3 . 1 2 ) ( 3 . 1 3 ) ( 3 . 1 4 ) A t z = 0 , E l y = 0 r e q u i r e s 8 8 — - — I I — — H 7 = . ‘ . A t 2 = — h . , E g T = 0 r e q u i r e s 8 8 — " — H ~ — — H = O . . 1 A t 2 = — h , E g g 2 0 r e q u i r e s . 8 8 — ] w , u , 2 ( 8 7 : H Q T — 8 1 1 1 2 , . ) = O . ( 3 . 1 7 ) 3 . 5 P o t e n t i a l B o u n d a r y c o n d i t i o n s f o r a n x - d i r e c t e d s o u r c e C o n s i d e r a n x - d i r e c t e d s o u r c e i n r e g i o n 1 : J m = i ' J l T . T h e h o r i z o n t a l m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e c a n b e d e s c r i b e d c o m p l e t e l y b y a H e r t z i a n p o t e n t i a l w i t h x a n d z c o m p o n e n t s , ( s e e A p p e n d i x B ) I l l 2 { E l — 1 1 $ + 2 3 1 1 1 ; . ( 3 . 1 8 ) 3 . 5 . 1 B o u n d a r y C o n d i t i o n 1 T h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o n t h e p o t e n t i a l f o r a n x - d i r e c t e d s o u r c e a r e s p e c i a l i z a t i o n s o f t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s f o u n d i n ( 3 . 1 0 ) — ( 3 . 1 7 ) , w i t h fl y 2 0 . A p p l y i n g t h i s c r i t e r i a t o b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 0 ) g i v e s 8 8 n 1 a — y l l l z — — , u g a — y I 1 2 Z a t z = — d 1 . ( 3 . 1 9 ) 3 3 8 : 7 3 1 1 7 — F 8 2 1 " 8 . 1 : 2 I + 8 g 2 “ a ( 1 ~ ( 3 6 ) A s s h o w n i n A p p e n d i x B , u s i n g a F o u r i e r t r a n s f o r m a p p r o a c h a l l o w s ( 3 . 1 9 ) t o b e r e w r i t t e n a s 1 1 1 , , = 4 H 2 , a t z = — d 1 . ( 3 . 2 0 ) 3 . 5 . 2 B o u n d a r y C o n d i t i o n 2 S i n c e H l y = H g y = 0 i t i s p o s s i b l e t o r e w r i t e ( 3 . 1 3 ) a s 8 _ . — ( V 1 1 1 ) = — ( V 1 1 2 ) a t z = — c 1 1 . ( 3 . 2 1 ) T h i s r e d u c e s t o V ° F 1 1 = V ' F I Q a t Z 2 — d 1 , ( 3 . 2 2 ) b y u s i n g t h e F o u r i e r t r a n s f o r m a n d F o u r i e r i n t e g r a l t h e o r e m a p p r o a c h u s e d f o r ( 3 . 2 0 ) . R e w r i t i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 2 ) r e s u l t s i n 8 k 3 2 H . — 1 1 " " + 8 3 ' ( V - fi l ) = [ 6 3 1 — 1 2 1 ; + 8 2 . 1 ( V - H 2 ) a t z 2 _ d l - ( 3 . 2 3 ) U s i n g t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e d i v e r g e n c e o f t h e p o t e n t i a l s f o u n d . i n ( 3 . 2 2 ) a l l o w s f o r t h e r e d u c t i o n o f ( 3 . 2 3 ) t o A E H L T = A g n g , a t . 3 2 — d 1 , ( 3 . 2 4 ) ( ) I ' H 1 1 : 2 # 2 6 2 1 1 2 ; T a t z 2 — d 1 . ( 3 . 2 3 3 ) # 1 5 1 3 . 5 . 3 B o u n d a r y C o n d i t i o n 3 I f t h e d i v e r g e n c e i n ( 3 . 2 2 ) i s w r i t t e n i n e x p a n d e d f o r m , t h a t e q u a t i o n c a n b e r e w r i t t e n a s 8 8 8 8 3 4 o r 8 8 5 7 0 1 1 . 1 : — H 2 1 ) : 5 ( H 2 : — H 1 3 ) a t 3 = “ ‘ 1 1 - S u b s t i t u t i n g ( 3 . 2 5 ) i n ( 3 . 2 7 ) y i e l d s 8 . 2 6 2 8 f H H 2 1 . - H 2 3 = — ( H 2 ; - H 1 3 ) a t Z = - ( 1 1 , 8 1 . # 1 6 1 8 : : 0 1 ' # 2 6 2 5 8 - — 1 — H . = — — H ~ — H . . t z = — 1 . ( # 1 6 1 ) 8 a : 2 : : 8 2 d 1 . . 2 z ) ( I ( 1 3 . 5 . 4 B o u n d a r y C o n d i t i o n 4 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 1 ) y i e l d s 8 8 8 8 # 1 ( 8 : 1 1 ” — 3 3 1 1 1 2 ) 2 , 1 1 2 ( E H 2 1 — $ 1 1 2 . 2 ) a t 3 = — ( 1 1 - U s i n g ( 3 . 2 0 ) i n ( 3 . 3 0 ) y i e l d s a a # 2 _ a 3 H 1 [ E H 1 1 _ 5 ; ( E l — 1 2 2 ) ] — # 2 ( 8 2 1 1 2 3 : 0 1 ? “ ? 3 ) a w h i c h , a f t e r r e a r r a n g i n g t e r m s , p r o d u c e s 8 8 . — ( H ’ l l — I l m “ [ 1 2 1 — I 2 1 ? ) = — , , ( H ' 2 H 2 z _ ( 1 2 1 1 2 : ) : 0 : 8 2 8 . 1 . , 0 1 ‘ 8 8 M a n n . = ( 1 2 5 - J 1 2 ; a t Z = — d 1 - ( 3 . 2 7 ) ( 3 . 2 3 ) ( 3 . 2 9 ) ( 3 . 3 0 ) ( 3 . 3 1 ) ( 3 . 3 2 ) ( 3 . 3 3 ) 3 . 5 . 5 B o u n d a r y C o n d i t i o n 5 A p p l y i n g ( 3 . 1 4 ) a t t h e t o p p e r f e c t c o n d u c t o r i n t e r f a c e g i v e s 8 8 _ j w , u 1 ( b i g - H 1 2 — 5 : 1 1 1 ? ! ) : O a t z = 0 T h u s , ( 3 . 3 4 ) s i m p l i fi e s t o 8 a — y fl l z = 0 a t 2 2 3 . 5 . 6 B o u n d a r y C o n d i t i o n 6 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 5 ) g i v e s . 8 8 — q u 1 ( — H 1 3 . — — H , = 0 ( 1 1 2 : , 8 2 ' 8 3 : 1 “ ) w h i c h s i m p l i f i e s t o 8 8 8 2 1 3 : 8 3 : 1 a 2 0 4 3 . 5 . 7 B o u n d a r y C o n d i t i o n 7 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 6 ) a t t h e l o w e r P E C i n t e r f a c e y i e l d s 8 8 — H , — - — — H . = t 2 = — l . . ( 8 y 2 ” 8 2 2 y ) 0 a I S i n c e H l y = 0 , t h e r e s u l t i n g c o n d i t i o n i s 2 1 1 2 2 = 0 a t 2 = — h . 3 3 1 3 6 ( 3 . 3 4 ) ( 3 . 3 6 ) ( 3 . 3 7 ) ( 3 . 3 3 ) ( 3 . 3 9 ) 3 . 5 . 8 B o u n d a r y C o n d i t i o n 8 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 7 ) a t 2 = — h g i v e s 0 1 ‘ 3 . 5 . 9 8 8 E 1 1 2 1 — 5 5 m : — 0 . ( 3 - 4 0 ) 8 8 5 1 1 2 1 . = 5 5 1 1 2 2 a t Z = — h . ( 3 . 4 1 ) S u m m a r y o f H e r t z i a n P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r i n : £ 2 1 1 1 . 1 1 1 , : = 8 2 - 1 - 1 2 : ( I f S 2 — ( 1 1 . ( 3 . 4 2 ) # 1 1 1 1 , = " Q E Q H Z I a t 2 = — d l . ( 3 . 4 3 ) # 1 5 1 [ 1 . 2 6 2 8 8 — — - — 1 — H = — H , — H ~ 1 2 2 — 1 . . 4 4 ( # 1 6 1 ) 8 1 : 2 1 ' 8 2 ( 1 . . 2 . . ) 0 < 1 ( 3 ) 8 8 - # 1 5 1 1 1 1 - : # 2 5 2 1 1 2 3 ; ( L t Z = — d 1 . ( 3 . 4 0 ) 2 H ‘ “ 0 a t Z — 0 ( 3 4 6 ) 8 8 _ , 8 H 0 ( 2 ‘ h ( 3 4 8 ) — ~ 2 1 . 2 = — . 0 y 2 . , 8 8 — H Q $ — 8 — H 2 z ( I t 2 = — } l ( 3 . 4 9 ) 2 : f l : 3 . 6 P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r y - d i r e c t e d S o u r c e C o n s i d e r a y - d i r e c t e d s o u r c e i n r e g i o n 1 : J m = 9 . 1 1 y . S i m i l a r t o t h e x - d i r e c t e d s o u r c e , t h e fi e l d s f r o m a h o r i z o n t a l m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e c a n b e d e s c r i b e d c o m p l e t e l y b y a m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l o r i e n t e d i n t h e s a m e d i r e c t i o n ( 1 } ) a n d t h e n o r m a l 3 7 d i r e c t i o n ( 2 ) ( s e e A p p e n d i x B ) . T h u s , t h e p o t e n t i a l i n r e g i o n 1 i s g i v e n b y f h = g n w + 2 n h . ( 3 % ) 3 . 6 . 1 B o u n d a r y C o n d i t i o n 1 U s i n g t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o n t h e p o t e n t i a l f o r a y - d i r e c t e d s o u r c e a r e s p e c i a l - i z a t i o n s o f t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s f o u n d i n ( 3 . 1 0 ) - ( 3 . 1 7 ) , w i t h 1 L , - 2 0 . A p p l y i n g t h i s c r i t e r i a . t o b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 1 ) y i e l d s ‘ 8 , 1 , — H , ~ = 1 ‘ — I T ~ a t 2 = — ( 1 . 3 . 5 1 “ 8 : 1 : 1 - 7 2 0 $ 2 - 1 ( ) T h i s c a n b e r e w r i t t e n a s 1 , n h z fi h h , ( a - z — m . 9 5 m # 1 3 . 6 . 2 B o u n d a r y C o n d i t i o n 2 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 0 ) y i e l d s 8 8 8 8 - — H . — — — — H = — H . — — H . 3 . 7 3 U s i n g ( 3 . 5 2 ) i n ( 3 . 5 3 ) p r o d u c e s 8 p g 8 8 8 — — — H . — — 1 ' l . = . . — H . — — H , . 3 . 7 4 # 1 ( 8 . 1 / # 1 2 - 0 : 1 y ) # 2 ( 0 y 2 - 8 2 2 , ) . ( 0 l w h i c h r e d u c e s t o 8 8 - - 1 L 1 E H 1 y = q u — a n y ( L t Z = — d 1 . ( 3 . 0 0 ) 3 8 1 6 3 m g + 0 % ( V - fi i ) = 1 . 2 3 m . ) + 5 ) ; ( V ' fi 1 ) ° 3 . 6 . 3 B o u n d a r y C o n d i t i o n 3 S i n c e H 1 1 . 2 H 2 1 , 2 0 , b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 2 ) r e d u c e s t o 8 ~ ' 8 ~ 8 1 ‘ ( V 1 8 : 1 : ( V 2 ) a t ( [ 1 , 0 r V - fi 1 = V - fi 2 a t Z Z — d l . U s i n g ( 3 . 5 7 ) i n b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 3 ) y i e l d s 0 1 ' . 2 _ , 2 w h i c h c a n b e a l t e r n a t i v e l y w r i t t e n a s ( 1 2 6 2 H l y = — H 2 y a t 2 2 — d 1 . # 1 6 1 3 . 6 . 4 B o u n d a r y C o n d i t i o n 4 T h e r e l a t i o n s h i p f o u n d i n ( 3 . 5 7 ) c a n b e r e w r i t t e n a s 8 8 8 8 — — H . = - — — H — H t = — — I . a y l — I l y + 0 2 : 1 ; . B y 2 y + 8 2 5 2 2 a Z ( 1 U s i n g ( 3 . 6 0 ) a n d r e a r r a n g i n g t e r m s p r o d u c e s 8 [ . L Q E Q 8 8 8 — — H — — I I = — I I — — — I 1 . t z — d 0 y ( # 1 6 1 2 y ) 8 y 2 y 8 : : 2 2 ( 9 2 1 2 . C L Z 1 3 3 9 ( 3 . 5 7 ) ( 3 . 6 0 ) ( 3 . 6 1 ) ( 3 . 6 2 ) O T a t 2 = — ( 1 1 . # 2 6 2 8 8 — — 1 — H 2 2 — . I 1 1 2 " H 2 ( # 1 6 1 ) 2 ; y a z i 2 ) 3 . 6 . 5 B o u n d a r y C o n d i t i o n 5 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 4 ) a t t h e u p p e r P E C i n t e r f a c e y i e l d s . 8 8 — — ] w / 3 1 ( 8 ; a n — 8 — 2 H 1 y ) = O a t 2 = 0 , w h i c h s i m p l i f i e s t o 8 8 — H 1 ~ = — H 1 y , a t 2 = 0 . 8 y I “ 8 2 3 . 6 . 6 B o u n d a r y C o n d i t i o n 6 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 5 ) a t t h e u p p e r P E C i n t e r f a c e y i e l d s 8 8 — j w p 1 ( 5 2 1 — 1 1 5 , ; — 5 1 3 1 1 1 2 ) 1 ‘ 0 a t Z = 0 . H o w e v e r , d u e t o t h e y - d i r e c t e d s o u r c e , H 1 1 = 0 , w h i c h p r o d u c e s a t 2 = 0 . 3 . 6 . 7 B o u n d a r y C o n d i t i o n 7 A p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 6 ) a t t h e l o w e r P E C i n t e r f a c e p r o d u c e s 8 8 ( @ H 2 2 — 5 2 - 1 — 1 2 1 3 ! ) — 0 a t Z — — h , 0 1 ' 8 8 $ 1 1 2 - 4 2 5 1 - 1 2 3 1 a t Z = “ h . 4 0 ( 3 . 6 3 ) ( 3 . 6 4 ) ( 3 . 6 6 ) ( 3 . 6 7 ) ( 3 . 6 8 ) ( 3 . 6 9 ) 3 . 6 . 8 B o u n d a r y C o n d i t i o n 8 F i n a l l y , a p p l y i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 1 7 ) a t 2 = — h g i v e s 8 8 — H - _ — H ‘ ~ : O t Z = — h ' . t . F ’ ( 9 2 2 1 7 8 1 ‘ 2 4 . a ( 3 ‘ 0 ) S i n c e 1 1 2 1 7 = 0 t h e r e s u l t i s 8 , — — T I - 2 ; : 0 a t 2 = — h . ( 3 . 7 1 ) 0 . 1 7 3 . 6 . 9 S u m m a r y o f H e r t z i a n P o t e n t i a l B o u n d a r y C o n d i t i o n s f o r J ? " = 9 . 1 1 ; , r 1 1 z = E Z H Q Z a t 2 = — ( 1 1 . ( 3 . 7 2 ) # 1 8 8 . I l l a / £ 1 1 1 1 ] 2 # 2 5 2 1 1 2 3 ] a t Z = “ d b ( 3 . 7 3 ) H 1 1 ! 2 # 2 6 2 1 1 2 1 ! a t 2 = — ( 1 1 . ( 3 . 7 4 ) ' # 1 6 1 ' [ 1 2 6 2 8 8 , — — 1 — 1 1 2 = — 1 1 1 , , — n 2 , a t 2 = — d 1 . ( 3 . 7 5 ( # 1 6 1 ) 5 3 / y 0 2 ( ) ) 8 8 , “ 5 ! ; 1 1 1 “ 2 5 2 1 - 1 1 . ) ! ( I t 2 . = . ( 3 . 7 6 ) 8 . 8 : 7 : 8 8 — H , : — I I . t 2 = — l . 3 . 7 8 8 — n 2 Z = 0 a t 2 = — h . ( 3 . 7 9 ) 8 . 2 : 3 . 7 F o r m u l a t i o n o f P o t e n t i a l s i n P a r a l l e l P l a t e R e g i o n N o t e t h a t t h e p o t e n t i a l b o u n d a r y c o n d i t i o n s a r e a l l e n f o r c e d a t s p e c i fi c l o c a t i o n s o f z ( 2 = 0 , 2 2 — d 1 , a n d 2 = — h ) f o r a l l p o i n t s p a r a l l e l t o t h e x - y p l a n e . I n a d d i t i o n , t h e g e o m e t r y a l o n g t h e b o u n d a r i e s i n t h e x a n d y - d i r e c t i o n s i s i n v a r i a n t . T h u s , i t 4 1 i s u s e f u l t o c o n s i d e r t h e H e r t z i a n p o t e n t i a l s a s a l i n e a r s u p e r p o s i t i o n o f p l a n e w a v e s p r o p a g a t i n g a l o n g t h e z — a x i s [ 4 6 ] u s i n g a F o u r i e r t r a n s f o r m a p p r o a c h . B e c a u s e t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s a r e e n f o r c e d a t l o c a t i o n s a l o n g t h e z - a x i s , t h e t r a n s f o r m v a r i a b l e f o r t h e p o t e n t i a l i s i n t h e c < , ) o r d i n a t e s t a n g e n t i a l t o t h e d i r e c t i o n o f p r o p a g a t i o n . T h e t w o d i m e n s i o n e d F o u r i e r t r a n s f o r m i n t h e s p a t i a l f r e q u e n c y d o m a i n i s d e fi n e d a s + 3 0 ~ , . . . - . — l ? “ , . H 0 1 3 ( A I - 9 , 1 3 1 3 “ ) : f / H ( 1 , 3 ( 1 . , y , 2 ) e J p d a d y , ( 3 . 8 0 ) “ ‘ 0 0 w h e r e o z 2 1 , 2 , c o r r e s p o n d i n g t o e i t h e r r e g i o n 1 o r 2 , 1 ’ 3 2 : 1 ) , y , 2 , k : k r i ‘ + k g ” ) a n d 5 = a x i s + y y . T h e i n v e r s e t r a n s f o r m i s l i k e w i s e d e fi n e d a s + 0 0 1 ~ . j _ . H 0 1 3 ( 1 7 1 . 1 ] : Z ) Z W / / 1 1 0 , 1 3 ( k l ‘ : k y , Z ) E J A . p ( l A T ‘ I ' ( [ A T - l q . ( 3 . 8 1 ) 7 1 ' . . — o c T h e a d v a n t a g e o f t h i s r e p r e s e n t a t i o n i s t h a t i t a l l o w s t h e w a v e e q u a t i o n t o b e r e - d u c e d f r o m a p a r t i a l d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n t o a n o r d i n a r y d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n , t h u s s i m p l i f y i n g t h e s o l u t i o n p r o c e s s . 3 . 7 . 1 S o u r c e - F r e e , o r S c a t t e r e d P o t e n t i a l F r o m ( 3 . 3 ) t h e s c a l a r H e l m h o l z e q u a t i o n f o r e a c h c o m p o n e n t o f t h e s c a t t e r e d p o t e n t i a l i n a s o u r c e - f r e e r e g i o n i s g i v e n b y 2 , . 2 s , , _ . . ( V + A ) 1 1 m , ( 7 ) _ 0 . ( 3 . 3 2 ) U s i n g t h e F o u r i e r T r a n s f o r m r e l a t i o n s h i p ( 3 . 8 1 ) a l l o w s ( 3 . 8 2 ) t o b e r e w r i t t e n a s + 9 0 1 ~ . ( V 2 + k 2 ) ( 2 7 F ) , / / 1 1 3 , , ( 1 1 , , 1 . 3 , ) , 2 ) 6 1 ’ » ( 3 1 1 3 2 1 3 , , = 0 , ( 3 . 3 3 ) — - o o 4 2 ( 2 ” ) ? / — 1 2 6 ( + 2 ~ 0 0 / 0 x 0 8 ( m 2 1 0 " + ” 0 + 9 v 2 l I ‘ ? i + 8 j + k g ) ( 8 1 - 1 3 ( 1 8 3 3 , k y ‘ 3 ) e j A ‘ . / 7 ( 1 A ' J ' ( ] ] " , I / Z 0 . ( 3 . 8 4 0 2 2 i y l r ' é i i i ) ' ” 1 9 w e , “ ( 7 “ “ l e ) 7 : “ M 8 1 , e l t - 3 % . , 0 ( 3 . 8 ) ) a n d b r i n g i n g t h e d e r i v a t i v e s i n s i d e t h e i n t e g r a l p r o d u c e s B y c a r r y i n g o u t t h e d e r i v a t i v e s , ( 3 . 8 4 ) p r o g r e s s e s t o w h i c h i s t h e i n v e r s e t r a n s f o r m o f t h e t e r m i n t h e s q u a r e b r a c k e t s . A c c o r d i n g t o t h e F o u r i e r i n t e g r a l t h e o r e m [ 4 7 ] , i f t h e i n v e r s e t r a n f o r m o f a f u n c t i o n i s z e r o , t h e n t h e f u n c t i o n i t s e l f m u s t . b e z e r o . T h u s ( 3 . 8 5 ) l e a d s t o t h e e q u a t i o n - - ~ 2 2 2 2 ~ . - 0 ’ 7 . » ( A . _ [ ‘ 3 1 : _ A 3 ) 3 . 3 ( ” k w 3 ) + a : 3 . 7 3 ( 1 . 3 , , k w 5 ) = 0 - ( 5 8 0 ) F o r s i m p l i fi c a t i o n p u r p o s e s , l e t p 2 : k 3 . + k 3 — k 2 . ( 3 . 3 7 ) T h e n ( 3 . 8 6 ) b e c o m e s t h e o r d i n a r y d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n 3 2 ~ [ 3 2 — p 2 ] H 2 3 ( 3 1 . , k g , 2 ) = 0 . ( 3 . 3 3 ) T h i s e q u a t i o n h a s t h e s o l u t i o n f i g / , 3 ( k I , k g , 2 ) = W 5 3 ( 7 . 1 . , k - , , ) e s z , ( 3 . 3 9 ) w h e r e W 8 1 3 i s a n a m p l i t u d e i n d e p e n d e n t o f 2 . S i n c e t h e c o m p l e x q u a n t i t y [ 3 i s d e t e r - m i n e d b y t h e s q u a r e r o o t f u n c t i o n , t h e p r o p e r c h o i c e o f s i g n s i s n e c e s s a r y f o r t h e r e a l 4 3 a n d i m a g i n a r y p a r t s o f 1 ) . F o r a c o n v e n t i o n a l m a t e r i a l t h a t p o s s e s s e s p o s i t i v e r e a l p a r t s o f p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y a n d n e g a t i v e i m a g i n a r y p a r t s o f p e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y , t h e q u a n t i t y 1 ) 2 i s i n t h e u p p e r h a l f s p a c e o f t h e c o m p l e x 1 ) p l a n e . T h u s , t h e v a l u e f o r p l i e s i n e i t h e r t h e fi r s t o r t h i r d q u a d r a n t . I f p i s d e fi n e d s u c h t h a t p = p r + j m , t h e n p r > 0 a n d p , - > O f o r p r o p e r p r o p a g a t i o n a n d d e c a y . W a v e s t h a t a r e t r a v e l i n g i n t h e + 2 d i r e c t i o n h a v e t h e n e g a t i v e s i g n i n ( 3 . 8 9 ) , w h i l e t h o s e t r a v e l i n g i n t h e — 2 d i r e c t i o n m a i n t a i n t h e p o s i t i v e s i g n i n ( 3 . 8 9 ) . T h u s t h e s c a t t e r e d p o t e n t i a l i n a s o u r c e - f r e e r e g i o n c a n b e e x p r e s s e d a s + 0 0 . 1 ' , 8 . - , 7 . . . H 7 5 1 8 ( 4 7 3 9 . 7 1 : 3 ) = ( 2 7 8 2 / / i l l / ” ( 3 : 3 ( 1 : 1 7 3 : 3 1 ) e ' T I " ' e J / " p ( 1 k f ( 1 l ' y . ( 3 . 9 0 ) 9 0 3 . 7 . 2 S o l u t i o n f o r P o t e n t i a l D u e t o S o u r c e s ( P r i m a r y P o t e n t i a l ) F r o m ( 3 . 3 ) t h e H e l m h o l z e q u a t i o n f o r t h e p o t e n t i a l d u e t o a m a g n e t i c s o u r c e c u r r e n t j i n i s J m f fl I t i s d e s i r a b l e t o s o l v e t h i s e q u a t i o n u s i n g t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n r e p r e s e n t a t i o n f o r a H e r t z i a n p o t e n t i a l d u e t o a p o i n t s o u r c e . T h e fi n a l s o l u t i o n f o r t h e m a g n e t i c p ( . ) t e n t i a l i s o b t a i n e d a s a l i n e a r s u p e r p o s i t i o n i n t e g r a l o f t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n a n d t h e m a g n e t i c c u r r e n t d i s t r i b u t i o n , a n d t h e m a g n e t i c fi e l d i s o b t a i n e d f r o m ( 3 . 2 ) I n a n u n b o u n d e d s p a c e , t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r a p r i m a r y H e r t z i a n p o t e n t i a l r e p r e s e n t s t h e p o t e n t i a l d u e t o a p o i n t s o u r c e a n d s a t i s fi e s ( V 2 + 1 ; ? ) G P ( F , 7 " ) = — 5 ( 7 7 — - f " ) . ( 3 . 9 2 ) 4 4 T h i s G r e e n ’ s f u n c t i o n d e p e n d s o n l y o n t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e s o u r c e a n d o b s e r - v a t i o n v e c t o r s , G P ( 7 1 7 7 ’ ) = G P ( 7 7 — 7 : " ) . ( 3 . 9 3 ) B y c h o o s i n g 7 ‘ " = 0 f o r c o n v e n i e n c e , e q u a t i o n ( 3 . 9 2 ) b e c o m e s ( V 2 + 1 1 6 2 ) 0 1 9 ( 7 ) = — 6 ( 7 " ) . ( 3 . 9 4 ) T h e fi n a l r e s u l t m a y t h e n b e s h i f t e d t o a n y s o u r c e p o i n t , 7 " " ¢ 0 . U s i n g a s i m i l a r c o n v e n t i o n t o ( 3 . 8 0 ) a n d ( 3 . 8 1 ) , t h e F o u r i e r T r a n s f o r m p a i r s f o r t h e s p e c t r a l d o m a i n a r e d e fi n e d a s + 0 0 6 1 ) ( k x a k y fl ) = / / G p ( : r , y , 2 ) e _ j k ' 5 d ; r d y ( 3 . 9 5 ) — o o 1 + 0 0 G P ( : 1 3 , y , 2 ) = ( 2 ) 2 / C ” ( k $ , k y , 2 ) e j k ' 5 d k $ d k y . ( 3 . 9 6 ) 7 7 — 0 0 U s i n g ( 3 . 9 6 ) i n ( 3 . 9 4 ) y i e l d s + 0 0 1 ~ , . . _ . , — 0 0 T h e F o u r i e r t r a n s f o r m i d e n t i t y f o r a t w o - d i m e n s i o n a l d e l t a f u n c t i o n i s [ 4 3 ] ( 5 ( 7 7 — 7 7 ’ ) = 6 ( $ — $ I ) 6 ( y — y ’ ) 6 ( 2 — 2 ’ ) ( 2 7 0 2 1 + 0 0 = f / 6 ( 2 _ 2 ' ) e j k - ( fi - fi ' l l d k m d k y , ( 3 . 9 8 ) 0 0 4 5 — . I 2 z n r ‘ « 0 . k 2 2 n . A . Z z ‘ _ l 7 r “ 0 0 — o o E m p l o y i n g t h i s t o t h e r i g h t h a n d s i d e o f ( 3 . 9 7 ) y i e l d s 1 + 0 0 6 2 . 2 2 , 2 ~ . . . 7 . 7 - 7 . . ( 2 7 0 2 f f [ ( k _ k 1 , _ k 9 ) + 8 2 — 2 ] G P ( I ‘ m k y v 2 ) 9 ] p d k r d l ‘ y " O O 1 + 0 0 = - ( ‘ 2 ' ? ) 2 f / 5 ( 2 ) a k a / 7 7 1 1 1 5 1 1 1 1 3 ) , ( 3 . 9 9 ) I " ‘ 0 0 o r + 0 0 , 1 8 2 2 8 P k - k ~ 6 ~ j E ' fi l k a — ' — O O E m p l o y i n g t h e F o u r i e r i n t e g r a l t h e o r e m , t h e t e r m i n s i d e t h e b r a c k e t s m u s t b e z e r o , s o 8 2 2 ~ , , 5 2 - ? — p G ( k x , k y , 2 ) + 6 ( 2 ) : 0 . ( 3 . 1 0 1 ) D e fi n i n g t h e s p a t i a l F o u r i e r T r a n s f o r m p a i r f o r t h e z - d i r e c t i o n a s + 0 0 G P ( k $ , k t y , k z ) = / C p ( k 1 ¢ , k y , 2 ) e _ j k z z d 2 ( 3 . 1 0 2 ) — 0 0 + 0 0 ~ ~ ~ G p ( k $ , k y , 2 ) = % / G p ( k r , k y , k z ) e j k 3 z d k z , ( 3 . 1 0 3 ) — 0 0 a n d n o t i n g t h e F o u r i e r i n t e g r a l i d e n t i t y [ 4 3 ] + 0 0 1 ( 5 ( 2 ) = — / e j k z z d k z , ( 3 . 1 0 4 ) 2 7 7 ~ 0 0 t h e n ( 3 . 1 0 1 ) c a n b e r e w r i t t e n u s i n g ( 3 . 1 0 3 ) a n d ( 3 . 1 0 4 ) a s 4 6 ” " ‘ ~ § ‘ ~ ‘ C w Z > 0 ’ \ I \ I \ I \ I \ I \ I \ I \ I \ ' \ I , X + J p - - - - - — + - - - - * ' I L - - - * - - — - ’ X F i g u r e 3 . 2 . T h e c o n t o u r i n t e g r a l i n t h e c o m p l e x k 3 p l a n e f o r 2 > 0 R e a r r a n g i n g a n d c a r r y i n g t h r o u g h d e r i v a t i v e s r e s u l t s i n + 0 0 1 z , ~ g / [ ( 4 9 3 — 1 0 2 ) G P ( k 3 , k g , k 2 ) + 1 ] € 1 3 3 . d e = 0 , ( 3 . 1 0 6 ) — 0 0 w h i c h p r o d u c e s : 1 G P 1 6 , k , k = — — — — . 3 . 1 0 7 M a k i n g u s e o f t h e F o u r i e r t r a n s f o r m r e l a t i o n s h i p ( 3 . 1 0 3 ) g i v e s 0 0 . 8 P k A 1 6 3 1 7 2 ; ; d 7 . — 0 0 1 + 0 0 j k Z 8 ‘ Z = — — _ , d 1 6 3 , 3 . 1 0 8 2 7 " / ( k 2 + . 7 1 ” ) ( k 2 — J P ) ( ) — 0 0 T h e p o l e s o f t h e i n t e g r a n d i n ( 3 . 1 0 8 ) a r e f o u n d i n t h e l o w e r r i g h t q u a d r a n t a n d u p p e r l e f t q u a d r a n t o f t h e c o m p l e x 1 6 ; p l a n e , s i n c e p r > 0 a n d p , - > 0 , a s s h o w n i n 4 7 F i g u r e 3 . 2 . B y c l o s i n g a c o n t o u r i n t e g r a l i n t h e u p p e r h a l f p l a n e ( ( : ( _ ) r r e s p o n d i n g t o 2 > 0 ) , a n d u s i n g C a u c h y ’ s r e s i d u e t h e o r u m [ 4 8 ] , t h e c o u n t o u r i n t e g r a l c a n b e w r i t t e n a s + 0 0 6 . 1 1 - , 2 1 1 € i j 1 1 . R ' , ~ , . ‘ . . = 2 ’ - 3 L . . 1 ( ) ( f ( k : + 1 2 ) ( 6 : — m ‘ “ + ( c . - ( A r . + 1 1 0 0 : . — 7 1 0 ‘ 7 ” U ‘ 9 ( 3 J ) " 9 0 I t c a n b e s h o w n [ 4 3 ] t h a t t h e i n t e g r a l o v e r t h e c o n t o u r C O O v a n i s h e s a s t h e r a d i u s o f t h e c o n t o u r g o e s t o i n fi n i t y . T h e r e s i d u e i s f o u n d a s e — p z = , . ( 3 . 1 1 0 ) k _ . 2 2 p 2 — J P T h u s , f o r t h e u p p e r h a l f s p a c e , b y u s i n g ( 3 . 1 0 8 ) - ( 3 . 1 1 0 ) t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r t h e p r i m a r y s o u r c e i n t h e s p a t i a l f r e q u e n c y d o m a i n i s ( C D — [ ) 2 8 P ( A g - r , k , , , 2 ) = , 2 > 0 . ( 3 . 1 1 1 ) 2 1 ) B y u s i n g a s i m i l a r p r o c e s s , t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r t h e l o w e r h a l f s p a c e i s ~ 6 7 ) : G p ( k 1 ~ , , k y , 2 ) = , 2 < 0 . ( 3 . 1 1 2 ) . 2 p C o m b i n i n g t h e t w o e x p r e s s i o n s r e s u l t s i n ~ e _ l ) l z l y G P ( 1 7 1 , 1 7 3 , , 2 ) = , — 0 0 < 2 < 0 0 , ( 3 . 1 1 3 ) 2 p w i t h p r > 0 a n d p , - > 0 . 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O n c e t h i s p o t e n t i a l i s o b t a i n e d , t h e t r a n s v e r s e m a g n e t i c fi e l d i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n a t t h e w a v e g u i d e a p e r t u r e c a n b e m a t c h e d t o t h e t r a n s v e r s e m a g n e t i c fi e l d i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n t o f o r m t h e M F I E t h a t i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 . I n t h e p r e v i o u s s e c t i o n , e x p r e s s i o n s f o r t h e p r i m a r y a n d s c a t t e r e d p o t e n t i a l s i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n a r e g i v e n . I n t h i s s e c t i o n , t h e p o t e n t i a l b o u n d a r y c o n d i t i o n s ( 3 . 4 2 ) - ( 3 . 4 9 ) a n d ( 3 . 7 2 ) — ( 3 . 7 9 ) a r e e m p l o y e d t o s o l v e f o r t h e a m p l i t u d e c o e f f i c i e n t s o f t h e u p w a r d a n d d o w n w a r d t r a v e l i n g p o t e n t i a l s i n e a c h r e g i o n . T h e s e a m p l i t u d e c o e f f i c i e n t s a r e t h e n u s e d t o o b t a i n t h e e l e m e n t s o f t h e H e r t z i a n p o t e n t i a l d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . S u p p o s e t h a t a m a g n e t i c c u r r e n t s o u r c e , i n , e x i s t s i n r e g i o n 1 . N o t e t h a t i n r e g i o n 1 , t h e p o t e n t i a l i s a c o m b i n a t i o n o f p r i m a r y a n d s c a t t e r e d p o t e n t i a l s , H 1 : 1 1 1 1 ’ + 1 1 1 + + H f . ( 3 . 1 2 0 ) w h e r e 1 : 3 1 1 3 a n d I I ; a r e t h e u p w a r d a n d d o w n w a r d p r o p a g a t i n g v e r s i o n s o f t h e s c a t t e r e d p o t e n t i a l f r o m ( 3 . 1 1 9 ) . T h e p o t e n t i a l i n r e g i o n 2 i s g i v e n a s a c o m b i n a t i o n o f o n l y t h e s c a t t e r e d p o t e n t i a l s ( 3 1 2 1 ) s i n c e r e g i o n 2 i s s o u r c e f r e e . : Q — Z / [ 1 [ W + I O O € 6 2 1 H / Q 1 P 3 1 1 ‘ 1 1 + 1 [ W r € 1 2 2 + I V ( J I e 1 1 + p 1 1 d 1 ] e 1 ' 2— l e — P j Z i p d k ‘ I I ] l 8 ( 1 1 l ‘ k ” y 1 ( 1 . 1 1 ( M y . ( 3 . 1 2 3 ) 3 . 8 . 1 P o t e n t i a l D u e t o a n x - d i r e c t e d S o u r c e i n R e g i o n 1 S u p p o s e t h a t t h e c u r r e n t s o u r c e J , " i n r e g i o n 1 i s a l i g n e d i n t h e x — d i r e c t i o n i n , i . e . J ? ” = 3 1 . 1 ” . U s i n g b o u n d a r y c o n d i t i o n ( 3 . 4 3 ) , ( 3 . 1 2 0 ) a n d ( 3 . 1 2 1 ) p r o d u c e 1 _ 2 6 2 f . n ’ l ’ J . + 1 1 1 5 + 1 1 1 — J : 1 1 1 5 1 ( 1 1 3 ; . + H Q J ) a t z = — 1 1 1 . ( 3 . 1 2 2 ) A t z = — d 1 , n o t e t h a t l z — z ' l = ( z ’ — z ) = ( z ' + d . 1 ) . 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T h u s , t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r a y - d i r e c t e d p o t e n t i a l f r o m a y - d i r e c t e d s o u r c e i s A f - ( ( J — J 0 9 1 / ( 1 1 1 0 - — j / q u 1 - ( 3 . 2 2 2 ) m N o t e t h a t t h i s e x p r e s s i o n i s i d e n t i c a l t o t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n G i n - 1 1 7 7 ’ ) f o u n d i n ( 3 . 2 1 3 ) . 3 . 8 . 2 . 3 z - d i r e c t e d p o t e n t i a l T h e z — d i r e c t e d p o t e n t i a l i n r e g i o n 1 d u e t o a y - d i r e c t e d s o u r c e i n r e g i o n 1 i s g i v e n b y 1 1 ( f ) l z / f / V - h fl ) e J H P - P ) ( 3 2 2 3 ) 1 : _ — ( ) 2 2 7 r ) J 2 w P 1 P 1 ' J [ ' k ( # 2 6 2 0 0 ) s i n h ( 2 p 2 ( d 1 — h ) ) J 1 / — 1 J p l e T e c o s h p l 3 ' s i n h p l 2 d V ’ d A ; T d A 7 y . T h e z - d i r e c t e d G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r a y - d i r e c t e d s o u r c e i s t h u s 1 1 e j k l P - P ) G Z ‘ J ’ ( F l ? ! ) 2 — ( ) 2 2 7 r — _ / / — J 2 w P 1 P 1 ( 3 . 2 2 4 ) # 2 6 2 s i n h ( 2 1 9 2 ( C 1 1 — h ) ) I . k 1 c o s h z s m h . 3 ( 1 k , d A ‘ . [ 3 y < fl 1 € ' _ 1 ) p l e T e p 1 p 1 I y N o t e t h a t f o r t h e y - d i r e c t e d s o u r c e , t h e Z - d i r e c t e d p o t e n t i a l a n d G r e e n ’ s f u n c t i o n s a r e a l m o s t i d e n t i c a l t o t h o s e f o r a n x - d i r e c t e d s o u r c e , w i t h t h e r e p l a c e m e m t o f A T b y k g i n t h e b r a c k e t e d t e r m . A l s o n o t e t h a t w h e n t h e t w o l a y e r s a r e m a d e o f t h e s a m e m a t e r i a l , i . e . 6 1 = 6 2 a n d 1 1 . 2 = 1 1 1 , t h e z - d i r e c t e d e l e m e n t s a r e e q u a l t o z e r o a n d o n l y t h e d i a g o n a l e l e m e n t s r e m a i n . A s i s s h o w n i n A p p e n d i x C , t h e s e e l e m e n t s r e d u c e t o t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n . B e c a u s e t h e i n d u c e d e q u i v a l e n t m a g n e t i c c u r r e n t i s o n l y i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n 7 0 ( J i m 2 : 2 3 . 1 1 1 r + Q l e ) , a n d n o v e r t i c a l c o m p o n e n t e x i s t s , o n l y t h e s e p o r t i o n s o f t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n a r e n e c e s s a r y f o r t h e c o m p u t a t i o n o f t h e m a g n e t i c fi e l d . I n m a t r i x f o r m , t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n c a n b e r e p r e s e n t e d a s G m 0 A - G Z I I I 0 2 y 0 _ w h e r e t h e t e r m s i n d i c a t e d a s A , D . a n d 0 w e r e n o t d e r i v e d i n t h i s c h a p t e r . T h e a d d i t i o n a l e l e m e n t s o f t h e d y a d i c . G r e e n ’ s f u n c t i o n c o u l d b e d e r i v e d b y f o l l o w i n g s i m i l a r m e t h o d s t o t h o s e u s e d h e r e , b u t i s n o t d o n e i n t h i s d i s s e r t a i o n . T h e G r e e n ’ s f u n c t i o n ( 3 . 2 2 5 ) i s u s e d i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l , a n d s u b s e q u e n t l y i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a g n e t i c fi e l d i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n u s e d i n t h e m a g n e t i c fi e l d i n t e g r a l e q u a t i o n . C h a p t e r 4 u s e s t h i s G r e e n ’ s f u n c t i o n i n t h e n u m e r i c a l s o l u t i o n o f t h e M F I E a n d s u b s e q u e n t n u m e r i c a l a n a l y s i s . 7 1 C H A P T E R 4 N U M E R I C A L S O L U T I O N O F T H E T W O L A Y E R M F I E 4 . 1 I n t r o d u c t i o n R e c a l l f r o m C h a p t e r 2 t h a t m a t c h i n g t h e t a n g e n t i a l 1 1 1 a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g - u i d e a n d p a r a l l e l p l a t e r e g i o n s l e a d s t o t h e e s t a b l i s h m e n t o f a m a g n e t i c fi e l d i n t e g r a l e q u a t i o n . A M e t h o d o f M o m e n t s t e c h n i q u e f o r s o l v i n g t h e M F I E i s a l s o p r e s e n t e d i n C h a p t e r 2 , a n d t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n n e e d e d t o c o m p u t e t h e m a t r i x e l e m e n t s i n t h e M O M s o l u t i o n i s d e r i v e d i n C h a p t e r 3 . I n t h i s c h a p t e r t h e d e t a i l s o f t h e n u m e r - i c a l s o l u t i o n s t e p s t o t h e M F I E a r e p r e s e n t e d . T h e s e d e t a i l s i n c l u d e t h e m n n e r i c a l c o m p u t a t i o n o f t h e r i g h t h a n d s i d e v e c t o r e l e m e n t s , b m , a n d t h e c o m p u t a t i o n o f t h e l e f t h a n d s i d e m a t r i x e l e m e n t s , A m " , u s i n g t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c - t i o n f r o m C h a p t e r 3 . I n a d d i t i o n , d e t a i l s r e g a r d i n g n u m e r i c a l t e c h n i q u e s u s e d i n t h e s o l u t i o n a r e d i s c u s s e d . 4 . 2 T h e F o r c i n g F u n c t i o n T h e e l e m e n t s b m O f t h e r i g h t h a n d s i d e o f ( 2 . 3 3 ) a r e c o n s i d e r e d fi r s t . T h e s e e l e m e n t s c o r r e s p o n d t o t h e f o r c i n g f u n c t i o n i n t h i s p r o b l e m , w h i c h i s t h e i n c i d e n t T E N ) w a v e . e x c i t a t i o n . N o t e t h e r e l a t i o n s h i p f o u n d i n ( 2 . 2 7 ) b e t w e e n t h e t r a n s v e r s e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d m o d e f u n c t i o n s . E m p l o y i n g t h i s r e l a t i o n s h i p i n ( 2 . 3 5 ) y i e l d s A 1 . 1 0 9 A d u l g X - : - Z X 6 b m = 2 / Z ( m ( ) 5 ) - 1 ( m d s , m = 1 , 2 , . . . N . ( 4 . 1 ) ‘ l l _ . ‘ ( ( U C S Z 7 7 2 ‘ ) Z 1 g 7 2 A m n _ _ — m m g n A p m p m — A . 4 ( ' 5 ) U s i n g t h e w e l l - k n o w n v e c t o r i d e n t i t y t o e v a l u a t e t h e v e c t o r p r o d u c t s i n ( 4 . 1 ) p r o d u c e s w i t h t h e [ 3 ' d e p e n d e n c e s u p p r e s s e d f o r n o t a t i o n a l c o n v e n i e n c e . R e w r i t i n g ( 4 . 1 ) y i e l d s b _ 2 / € # { Q ( fi ) - € f " g ( m d 8 m — T E T E C S m m ) Z i m ) 2 5 ( 4 3 ) 2 ( T E T E ’ " 1 ‘ ' 2 5 2 % ) n g < ) T h u s , o n l y t h e fi r s t e n t r y , b 1 , w i l l b e n o n z e r o . N o t e f r o m T a b l e D . 1 t h a t t h e fi r s t w a v e g u i d e m o d e i s t h e d o m i n a n t T E “ ) m o d e . T h e w a v e g u i d e i m p e d a n c e f o r a T E t o z m o d e i s 2 3 : 9 ( T E ) _ W H O ( 4 4 ) k z m T h u s , t h e r i g h t h a n d s i d e o f t h e M F I E m a t r i x e q u a t i o n i s e s t a b l i s h e d . 4 . 3 T h e C o u p l i n g M a t r i x , A T h e d e t e r m i n a t i o n o f e a c h m a t r i x e l e m e n t , A m " , r e q u i r e s t h e d e r i v a t i o n o f t h e t w o l a y e r H e r t z i a n p o t e n t i a l G r e e n ’ s f u n c t i o n f o u n d i n C h a p t e r 3 , a n d t h e s u b s e q u e n t n u m e r i c a l a n a l y s i s , w h i c h i s d e t a i l e d i n t h i s c h a p t e r . T h e m a t r i x e l e m e n t e q u a t i o n ( 2 . 3 4 ) c a n b e r e w r i t t e n 7 3 l Z n ( k ¥ + v t v - > / C S é p p m m z l z e m . i i s f ’ g w ’ m ’ d s . 2 2 0 ( 4 9 ) w h e r e A s s : / E a g w - E ’ f g m d s , ( 4 . 6 ) C S A t ? " = j C S E f fi i a a w z p m d s . ( 4 . 7 ) a n d m = 1 , 2 , . . . N , n = 1 , 2 , . . . N . E q u a t i o n ( 4 . 6 ) d e s c r i b e s t h e c o u p l i n g b e t w e e n a s o u r c e m o d e n i n t h e w a v e g u i d e a n d a n o b s e r v e r m o d e m i n t h e w a v e g u i d e , a n d i t i s e v a l u a t e d i n a m a n n e r s i m i l a r t o t h e s t e p s u s e d t o e v a l u a t e 1 ) , ” , w h i c h y i e l d s L A 4 U ) A a l u g A u i g _ / Z X e m g ( , 5 ) . Z X e n ( m d 7 7 m " ' u r g u y g C S Z m Z n 5 m m = _ _ 4 . 8 Z i t a Z 3 1 9 ( ) T h e s e t e r m s w i l l b e n o n z e r o w h e n m . = n , a l o n g t h e d i a g o n a l e l e m e n t s o f t h e m a t r i x A . T h e w a v e g u i d e i m p e d a n c e s f o g a n d Z 7 1 3 9 w i l l b e e i t h e r T M 2 o r T E Z , d e p e n d i n g I o n t h e o r i e n t a t i o n o f t h e n t 1 m o d e . T h e n e x t s t e p i s t o d e t e r m i n e A 5 5 ” , w h i c h d e s c r i b e s t h e c o u p l i n g t h a t o c c u r s h b e t w e e n t h e n t w a v e g u i d e s o u r c e m o d e a n d t h e m m o b s e r v e r m o d e i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . S u b s t i t u t i n g t h e d e fi n i t i o n o f 5 . 5 7 7 ( 5 ) f o u n d i n ( 2 . 3 1 ) i n t o ( 4 . 7 ) y i e l d s m m = f 5 . 3 1 5 9 ( 5 ) - C S T o e v a l u a t e t h i s i n t e g r a l , t h e d i f f e r e n t v e c t o r - m a t r i x o p e r a t i o n s w i l l b e c a r e f u l l y e x — a m i n e d t o a r r i v e a t a n e x p r e s s i o n w h i c h c a n b e e v a l u a t e d n u m e r i c a l l y . T h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a r e d e c o m p o s e d i n t o t h e i r s c a l a r c o m - 7 4 ( i G l = p 1 g g e i ' h “ w w n n e n c n d ' a e v p p d n e 2 n c o ) n e ( w f h e o r r n U o e s t i t a h t e i o d n e a n g ( 4 . 9 _— 4 A , r + L 4 1 0 4 ' ' 4 , ~ ) , a ( 0 4 ' . , . - - j G o n c . e 1 . 3 $ p ) $ h / ' T u n g + y G - y y h 7 a n 1 1 d 4 1 1 7 p 1 7 7 " ) h i a s s d b e e c e o m y g l t + e m p Z o r p o s e d n y m 1 ‘ 0 x t ’ l l y s 9 n u fi i t o i t s [ G ' a i r n 6 + A , , = 0 4 . , a G z y h y l n l l ( ] p t p r r a e n s s e d i n s v e r s e s ) , t c . ( 4 . 1 2 ) 1 i l s a h a ‘ u e q ( 4 . 1 3 a t i o ) n r c o m p o - p o n e n t s , t r a m = 1 1 1 3 ' } ? ( 1 7 ) + 9 1 2 1 5 ; ? ( p 7 ( 4 . 1 0 ) 1 3 m m = m m + M a t e . ( 4 . 1 1 ) T h e d e c o m p o s i t i o n o f h i ? ( , 5 ) i n t o i t s s c a l a r c o m p o n e n t s r e q u i r e s t h e e v a l u a t i o n o f t h e V t V - o p e r a t o r i n ( 4 . 9 ) . W h e n t h e o p e r a t o r i s e x p a n d e d a n d o p e r a t e s o n a v e c t o r 4 , t h e r e s u l t i s - 0 V t V - A Z 1 8 . 1 : ( , ‘ i ’ - 7 7 — , + — , — + , 0 1 ‘ 0 y O z d e d z 8 y ( ) 3 R e c a l l t h a t t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n e l e m e n t s w h i c h a r e n e e d e d i n t h i s d e r i v a - t i o n a r e g i v e n i n s e c t i o n s 3 . 8 . 1 . 3 - 3 . 8 . 2 . 3 . U s i n g t h o s e e l e m e n t s a n d ( 4 . 1 0 ) , t h e - — 0 c o m p o n e n t s o f t h e m a t r i x - v e c t o r p r o d u c t C P I ) ( , 5 , : l fi ’ , z ’ ) . 1 1 : 5 9 ( , 1 7 ’ ) a r e g i v e n b y n e n t s , p r o d u c i n g a ? _ , a b r i d a l : [ ( 1 3 % + 5 . 1 3 — 2 ) Z T L L S G $ 3 1 5 7 1 ( H I P 1 3 " ) ( 1 1 1 6 1 ) ( / ) ) ( 1 5 + — 6 2 — Z / G ( , 5 z l fi l , z ) h u g ( fi " ) d s l a w a y n C S y y ‘ , l / T l ' a ? h w y + m z n . / C " S [ 0 2 1 ( P a z l p l Z ) h 1 7 2 0 0 ) + G z y ( p " , z l fi ' z ' ) h ? § j } ? 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U s i n g t h i s n o t a t i o n , t h e s p e c t r a l r e p r e s e n t a t i o n o f 7 6 t h e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n e l e m e n t s f r o m ( 3 . 2 1 3 ) , ( 3 . 2 1 9 ) , ( 3 . 2 2 2 ) , a n d ( 3 . 2 2 4 ) a r e ~ 1 0 . 1 . , 1 - , ; , ; ’ = _ _ . M J y ) 1 2 w / 1 1 1 1 1 [ e — I ’ 1 l 3 _ z l l + e p l < 3 + z l ) — 2 c o s h p l z c o s h p l z ' % e _ f ’ 1 d l ] , I n , ( 4 . 1 7 ) ~ 1 _ 1 G Z . T ( i n k y 7 Z 7 Z I : T _ - ' 1 2 w u i p 1 l 2 I — I 1 [ fl e x ( # 2 6 2 — 1 ) 5 m 1 ( p 2 ( ( 1 ) ) c o s h p l z ’ s i n h p l z ] , ( 4 . 1 8 ) # 1 5 1 P l e T e ~ 1 G k , k , z , z ’ = — _ — — - y y ( I y ) 1 2 w 1 1 1 p 1 - I . . . 1 T _ . . . [ 6 — 1 1 1 | ~ — z l + e p 1 ( " + “ ) — 2 c o s h p l z c o s h p l z ’ fl e 1 1 1 1 1 1 ] . 1 1 1 ( 4 . 1 0 ) 5 ‘ ( k k ~ ’ ) — ‘ 1 “ y I " y , ’ 3 1 1 0 1 1 1 1 1 1 h 2 I — I , [ j k y ( ” 2 6 2 — 1 ) s m ( p g ( ( 1 1 2 ) ) c o s h [ 1 1 : 3 , s i n h p l z ] . 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T h e s u b s c r i p t s h a r e c h o s e n s u c h t h a t t h e fi r s t s u b s c r i p t , " a n , d e n o t e s t h e n t m o d e i n d e x i n t h e x - d i m e n s i o n . T h e s e c o n d s u b s c r i p t i s c h o s e n t o d e n o t e t h e n t h y - d i r e c t i o n m o d e i n d e x . 8 2 f o r f l n ( k . r a k y ) a f y n ( k ; r a k y ) a g x r n f k m . k y ) , a n d g y m ( k I , k y ) . F r o m A p p e n d i x A , t h e F o r e x a m p l e , i f t h e m o d e s a r e a r r a n g e d f r o m t h e l o w e s t c u t o f f f r e q u e n c y t o t h e h i g h e s t . f o r a n e m p t y W R — 9 0 w a v e g u i d e , a s s h o w n i n T a b l e D I , t h e 4 ” ” m o d e i s t h e T M l 2 m o d e . 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E a c h c a s e m u s t b e c o n s i d e r e d f o r i t s c o n t r i b u t i o n t o t h e c o u p l i n g m a t r i x , A m n . 4 . 4 . 1 C a s e 1 : T E I m m s o u r c e w i t h T E u m u m o b s e r v e r I n t h i s c a s e , t h e s o u r c e t e r m , d e n o t e d b y t h e n s u b s c r i p t , i s a T E I m o d e , a n d t h e o b s e r v e r i s a l s o a T E I m o d e , a n d i s n o t e d b y t h e m . s u b s c r i p t . T h e w a v e g u i d e c o u p l i n g i s g i v e n b y 6 , . w g _ m n . A 7 7 1 . ” — Z ; ; ; Q ( T E ) 2 3 , 9 ( T E ) 3 ( 4 4 0 ) w h e r e f o r t h e T E I c a s e , t h e w a v e g u i d e i m p e d a n c e i s g i v e n b y v ' ' w [ I Z E Q U E ) = fl - o z 2 m m . 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T h e n e x t s e c t i o n a d d r e s s e s t h e m e t h o d o f n u m e r i c a l c o m p u t a t i o n o f t h o s e m a t r i x e l e m e n t s 9 1 i n c o m m u t a t i o n - a ] s p e e d a n d a n i n c r e a s e d p h y s i c a l i n s i g h t i n t o t h e p r o b l e m [ . 3 5 ] . A l - 4 . 5 N u m e r i c a l c o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s A m n T h e d i s c u s s i o n o f t h e c o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s b y m u n e r i c a l i n t e g r a t i o n i s f o c u s e d o n t h e e v a l u a t i o n o f t h e i n t e g r a l s i n C a s e 1 . N o t e f r o m ( 4 . 5 6 ) t h a t . t h e f u n c t i o n F fi k x , I c y ) i s a c o m b i n a t i o n o f t h e f u n c t i o n s F ‘ fl k x , k y ) , 1 3 3 ( 1 3 1 7 , k g ) , a n d 1 3 4 % “ I c y ) . A l s o n o t e t h a t t h e e x p r e s s i o n s f o r A g ? 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K 3 7 9 2 2 7 1 7 2 . ~ , . ~ . j I “ l : m r n . : 4 W 2 j w l ‘ l n g a w E ) G l U ‘ I ) F 1 ( k ; r a k y ) d ' y d u r m - — 0 0 — 0 0 + 0 0 + 0 0 + k § k 3 n k § m / 5 2 W ) / F 4 ( A ~ , I , k y ) d k y d i a l . . ( 4 . 8 4 ) — o c - — o c - A t l e a s t t w o p o s s i b l e a p p r o a c h e s c a n b e t a k e n i n t h e e v a l u a t i o n o f t h e s e i n t e g r a l s . I n s i m i l a r p r o b l e m s w h i c h i n v o l v e t h e u s e o f a s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n . t h r e e a u t h o r s h a v e c h o s e n t o e v a l u a t e t w o d i m e n s i o n a l i n t e g r a l s b y u n d e r t a k i n g a c o m p l e x p l a n e a n a l y s i s i n o n e o f t h e t w o d i m e n s i o n s [ 3 5 ] , [ 3 9 ] , [ 4 0 ] . T h e i n t e g r a l i n o n e d i m e n s i o n i s c o n v e r t e d t o a p o l e s e r i e s b y t h e u s e o f C a u c h y ’ s r e s i d u e t h e o r e m . T h e c o n t r i b u t i o n f r o m t h e p o l e s e r i e s i s s u m m e d , r e s u l t i n g i n a m o r e r a p i d e v a l u a t i o n o f t h e i n t g r a l i n t h a t d i m e n s i o n . C a r e m u s t b e t a k e n t o i n c l u d e t h e c o n t r i b u t i o n f r o m e n o u g h p o l e s i n t h e s e r i e s s u c h t h a t t h e i n t e g r a l c o n v e r g e s . T h e a d v a n t a g e s o f t h i s c o m p l e x a n a l y s i s a r e a n i n u ' n ‘ o v e m e n t o f u p t o t e n t i m e s 9 2 t h o u g h t h e i m p r o v e m e n t s i n s o l u t i o n t i m e f r o m c o m p l e x a n a l y s i s a r e d e s i r a b l e , t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n i s a m u c h m o r e c o m p l i c a t e d f u n c t i o n t o e v a l u a t e w h e n c o m p a r e d t o t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n . I n o r d e r t o r e d u c e t h e i n t e g r a l i n o n e d i m e n s i o n t o a . p o l e s e r i e s , t h e p o l e s m u s t b e d e t e r m i n e d a n d t h e p o l e c o n t r i b u t i o n o b t a i n e d a t t h o s e p o l e s . T h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e p o l e s i n t h e t w o l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n i s a c u m b e r s o m e t a s k . T h e o t h e r a p p r o a c h i s t o e v a l u a t e t h e t w o - d i m e n s i o n a l i n t e g r a l n u m e r i c a l l y i n b o t h d o m a i n s . T h i s i s m o r e s t r a i g h t f o r w a r d t o i m p l e m e n t , b u t d o e s r e q u i r e a d d i t i o n a l c o m p u t a t i o n a l r e s o u r c e s a n d a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e b e h a v i o r o f t h e i n t e g r a n d s . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e s e c o n d m e t h o d o f t w o - d i m e n s i o n a l n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n i s e m p l o y e d . T w o o b s e r v a t i o n s a r e i n o r d e r a t t h e s t a r t f o r s i m p l i fi c a t i o n . F i r s t , t h e i n t e g r a l s a r e r e a l - a x i s i n t e g r a l s i n b o t h t h e [ c m a n d l a y v a r i a b l e s , a n d t h e i n t e g r a n d s m u s t b e i n s p e c t e d f o r a n y p o s s i b l e s i n g u l a r i t i e s a l o n g t h e r e a l a x i s . S e c o n d , u p o n i n v e s t i g a t i o n o f t h e i n t e g r a n d s , i t i s e v i d e n t t h a t t h e y a r e e v e n i n b o t h k m a n d I c y . T h u s , f o r n u m e r i c a l e v a l u a t i o n a l o n g t h e r e a l a x i s , t h e i n t e g r a l s m a y b e e v a l u a t e d a s ~ 0 0 ~ 0 0 ~ . . 5 5 ~ o o A . — 0 0 0 ~ 0 : 0 0 ~ ~ / 0 1 ( k $ ) 1 1 ( k ; r ) d k a : = 2 % G 1 ( k $ ) 1 1 ( k : r ) d k a : ( 4 - 8 7 ) “ 0 ° 5 3 ~ ~ 0 0 ~ ~ — 0 0 4 . 5 . 1 I n t e g r a t i o n i n I c y T h e f u n c t i o n § 1 ( k a ~ , , k y ) c a n b e w r i t t e n a s F l e x , k g ) = k t k i . . , . k § . , . f 2 < k s k g ) + 7 9 7 . 2 ( F M . k g ) — F u e l , » a » ) . ( 4 . 8 9 ) 9 3 T o s i m p l f y t h e e v a l u a t i o n o f ( 4 . 8 9 ) , t w o a d d i t i o n a l f u n c t i o n s a r e d e fi n e d a s j — j k ; b _ ) 1 ; b _ W 9 , 5 , 9 ) : 1 , 5 ) ( 4 . 9 0 ) Q ( k y ) : k 3 ( e ‘ j k y b _ 1 ) ( e J A y b _ 1 ) ( 4 . 9 1 ) ( A ’ y _ k g 7 1 ) ( k g — 4 5 3 1 7 7 7 . ) T h e s e f u n c t i o n s a l l o w 1 , 5 2 % , “ k y ) , 1 ‘ 5 3 ( k r , A : J ) , a n d F 4 ( l s . r , k y ) t o b e r e w r i t t e n a s 6 T 0 9 2 7 » ’ 9 ? ! ) 1 3 ' 1 9 , 7 9 . = P k , 4 . 9 2 2 ( I y ) p l e ( y ) ( ) ~ 6 2 % s i n h ( 2 P 2 ( d 1 — h ) ) ) F k . . k . = — 1 k . 4 . 9 3 3 < y ) [ ( 6 % ) Q P I T W T C Q ( y > < > ~ 5 k ' n k ' p l f m 4 . 5 . 1 . 1 S i n g u l a r p o i n t s o n t h e I c y a x i s F r o m a n e x a m i n a t i o n o f ( 4 . 8 9 ) - ( 4 . 9 4 ) , p o l e s o f t h e f u n c t i o n 1 3 1 % , “ I c y ) a r e f o u n d o n t h e r e a l k y a x i s a t t h e p o i n t s I c y 2 k y m a n d I c y 2 k y n . H o w e v e r , i t i s n o t c l e a r b y i n s p e c t i o n i f o t h e r p o l e s e x i s t . T o g a i n a b e t t e r i n s i g h t i n t o t h e n a t u r e o f 1 3 1 0 5 1 , l a y ) , a n i n v e s t i g a t i o n w a s u n d e r t a k e n t o d e t e r m i n e t h e p o l e s i n t h e c o m p l e x k y p l a n e . D u e t o t h e c o m p l e x n a t u r e o f t h e c o m b i n a t i o n s o f T m , T 6 , a n d p 1 i n t h e d e n o m i n a t o r , a n d t h e t e r m s C T a n d s i n h ( 2 p 2 ( d 1 — h ) ) i n t h e n u m e r a t o r , l o c a t i n g t h e s e s i n g u l a r i t i e s w a s d i f f i c u l t t o d e t e r m i n e a n a l y t i c a l l y . A s a n a l t e r n a t i v e i n v e s t i g a t i o n , t h e f u n c t i o n w a s e v a l u a t e d n u m e r i c a l l y a n d p l o t t e d i n t h e c o m p l e x I c y p l a n e f o r v a r i o u s v a l u e s o f k g ; t o e x a m i n e p o s s i b l e s i n g u l a r i t i e s o n t h e r e a l I c y a x i s . A n e x a m p l e o f s u c h a p l o t i s s h o w n i n F i g u r e 4 . 1 . W h e n t h e r e a l a x i s p o l e s f o u n d i n t h e f u n c t i o n s P ( k y ) a n d Q U C Q ) w e r e e x c l u d e d , n o a d d i t i o n a l p o l e s w e r e e v i d e n t o n t h e r e a l I c y a x i s . N o t e t h a t f o r a n y c o n v e n t i o n a l l o s s y m a t e r i a l , t h e t e r m s p 1 a n d p g a r e i n t h e l o w e r r i g h t a n d u p p e r l e f t h a n d q u a d r a n t i n t h e c o m p l e x k y p l a n e , r e s p e c t i v e l y , a n d t h e a s s o c i a t e d 9 4 } , k { g a m I P o l e s o f F 1 i n c o m p l e x l g , p l a n e - 1 O O ~ - 2 0 0 - 3 0 0 - 4 0 0 - 5 0 0 — 6 0 0 D - « / / — 4 \ J — 8 0 0 l . 0 Q . m ~ 9 0 0 — ( 7 ) a 6 _ 1 0 0 0 l l l l l l l L 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 R e a l { k y } F i g u r e 4 . 1 . P l o t o f | F 1 ( k , r , k y ) | i n t h e c o m p l e x k y p l a n e a t 1 0 . 0 G H z . T h i s p l o t c r e a t e d w i t h k m 2 1 0 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k l a y e r o f P l e x i g l a s s o n t o p o f E c c o s o r b F G M l Q S , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , u s i n g T E 1 0 s o u r c e m o d e c o u p l i n g w i t h T M l 2 o b s e r v e r m o d e . b r a n c h c u t s d o n o t c r o s s t h e r e a l a x i s . T h u s , t h e p o l e s f o u n d i n ( 4 . 9 0 ) a n d ( 4 . 9 1 ) a t t h e p o i n t s k g = I c y , ” a n d I c y 2 k 1 ! ” m u s t b e e x a m i n e d t o d e t e r m i n e i f t h e s e p o i n t s a r e r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t s . I f t h e y a r e n o t , i n t e g r a t i o n i n t h e c o m p l e x p l a n e a r o u n d t h o s e p o i n t s m u s t b e u n d e r t a k e n . A r e m o v a b l e s i n g u l a r i t y i s a n a l y z e d i n t h i s c a s e b y u s i n g a L a u r e n t e x p a n s i o n [ 4 8 ] . I f a g i v e n f u n c t i o n i t i s a n a l y t i c a b o u t a n i s o l a t e d s i n g u l a r p o i n t : 0 , i t c a n b e 9 5 e x p a n d e d a b o u t t h a t p o i n t a s a L a u r e n t s e r i e s 0 0 0 0 / z = — ) ” 0 < 2 — < 1 ? 4 . ’ w g a p e s o ) + 2 2 % ; 2 % l 2 0 1 1 . < 9 o ) w h e r e R 1 i s s o m e r e g i o n o u t s i d e t h e s i n g u l a r p o i n t . T h e p r i n c i p a l p a r t o f 1 ] ) i s t h a t p a r t w h i c h c o n t a i n s t h e n e g a t i v e p o w e r s o f ( z — 2 : 0 ) , a n d i t s c o e f fi c i e n t s a r e 1 w ( z ) b , : — — — , ‘ d : 2 1 . 2 . 3 . 4 . 9 6 ’ 2 m [ a ( a — s a r i ) “ , 3 ’ ‘ ( 1 T h i s i n t e g r a l i s o n a c l o s e d c o n t o u r a r o u n d t h e p o i n t 2 0 . I f 2 0 i s a s i n g u l a r p o i n t , a n d a l l o f t h e c o e f f i c i e n t s b p 2 0 , t h e n . 2 0 i s a r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t . [ 4 8 ] . I n t h e e x a m i n a t i o n o f t h e f u n c t i o n 1 1 5 1 ( k r , I c y ) , f i r s t c o n s i d e r t h e f u n c t i o n — j k . b _ j k b _ ' ( ‘ 3 y 1 ) ( e y 1 ) 2 — 2 c o s k t y b 1 9 ( 7 9 ) : = . y ( k g — k i n ) ( 1 6 2 1 4 7 7 1 ) ( k g - [ 1 3 1 2 1 7 1 ) ( k 2 k 4 . 9 7 3 , . . . ) ‘ ’ w h i c h i s a n a l y t i c a b o u t t h e s i n g u l a r p o i n t s l e g 2 k y m a n d I c y : I c y " , w h i c h a r e s i m p l e p o l e s . R e w r i t i n g ( 4 . 9 7 ) a s 2 — 2 c o s k . b P k : = y ( y ) ( k 3 — k i n ) ( k y — k y m ) ( k ? ! + k w " ) = h a s ; < 4 - 9 8 > ( k y — k y m ) ’ t h e f u n c t i o n i s e x a m i n e d t o d e t e r m i n e i f t h e p o l e a t I c y = k y m , k y m 7 5 I c y " , i s r e m o v - a b l e . U s i n g C a u c h y ’ s r e s i d u e t h e o r e m [ 4 8 ] w i t h ( 4 . 9 6 ) p r o d u c e s , 1 P 1 0 6 3 ; ) 2 — 2 c o s U m 7 r : , . ( 4 . 9 9 ) 2 7 1 1 2 1 1 7 , ) , ( k ‘ g l n . _ k g " ? ) d k y _ — P 1 ( k y 7 n ) 9 6 b p _ — : . 1 1 1 7 " ] r j — 2 7 2 . . n y ( A P 1 ( k ' C C , . y A y n ) ) ( k y " 1 " J ( P “ l l ( t . k “ l y ) y — y n z l ) y _ m 2 k . p — + 1 " I ) [ A ‘ 3 1 ( ” " 1 1 , 4 ( ' 1 0 0 ) F r o m A p p e n d i x A , n o t e t h a t 1 ) , " , i s e v e n f o r t h e W R 9 0 X - b a n d w a v e g u i d e , a n d t h u s c o s ' v m 7 r = 1 . W h e n k g , ” # l a y ” , b l = 0 f o r a l l v a l u e s o f m . T h e o t h e r b y , c o e f fi c i e n t s a r e d e t e r m i n e d b v e x a m i n i n 7 ' 4 . 9 6 f o r t h e o t h e r v a l u e s I v o f p . I n s e r t i n g P ( A ‘ y ) a s t h e f u n c t i o n 1 / 2 i n ( 4 . 9 6 ) y i e l d s T h u s , a l l t h e c o e f f i c i e n t s 1 ) } , = 0 , a n d t h e p o l e a t A ' y = A 3 , " , i s r < _ ) 1 1 1 ( . ) v a b l e . A s i m i l a r r 8 8 1 1 “ : 1 8 f O l l n d f O I ‘ k y : k y n , k y y n 7 e k l / n ' I f k y m = A f y n , t h e n t h e s i n g u l a r i t y i s n o l o n g e r a s i m p l e p o l e a n d t h e L a u r e n t s e r i e s e x p a n s i o n i s e m p l o y e d . L e t t i n g A t y m = A r y n , ( 4 . 9 7 ) i s r e w r i t t e n a s 2 — 2 c o s k y b ( k y + k y m ) 2 ( k y — k w " ) : P 2 0 9 ” ) ( 4 . 1 0 1 ) ( 1 . , — 1 1 m ) ” P ( k y ) 2 w h e r e 2 — 2 c o s A q b P 2 A : ( y ) : ( k y + k y m l 2 ( 4 . 1 0 2 ) T h e n t h e L a u r e n t s e r i e s c o e f f i c i e n t s a r e f o u n d a s P k . - b 2 2 i / — — 2 ( — y — ) — — d k y 2 7 f ] C ( I c y — A t y m ) — _ _ ( k P Q y ) ‘ | } \ 1 / = k y m = 0 , ( 4 . 1 0 3 ) 9 7 I t f o l l o w s f r o m ( 4 . 9 2 ) t h a t i f A ! ) = A r y m a n d A f y m 3 4 k g ” , t h C I l 6 1 2 ( 1 6 1 ‘ , k g ) = 0 - = 0 , ( 4 . 1 0 4 ) a n d b = 1 / P 2 0 ? ” ( M p 2 7 1 7 C ( A ’ y — A ' 3 7 ' 7 7 1 ) 2 ( k y “ k s / m ) _ p + 1 y 1 . _ _ , 2 - — - P ‘ ) ( l \ ' y ) ( ' l l q — [ i v / 7 1 ) ] ; 3 ( 1 1 1 / ‘ 3 / ( 4 J 1 0 ) ) T h u s , w h e n 1 ) , , = ’ 0 7 ” , a n d c o n s e q u e n t i a l l y , A r y m : A y n , t h e r e i s a r e m ( ; ) v a l ; ) 1 e s i n g u l a r p o i n t a t k g = A ‘ y m . W h a t r e m a i n s i s t o e v a l u a t e t h e f u n c t i o n P ( A ‘ y ) a t t h a t s i n g u l a r p o i n t , a n d t h e n a l s o e x a m i n e t h e f u n c t i o n F E M , “ A ‘ y ) t h a t c o n t a i n s P ( A ? y ) . N o t e f r o m ( 4 . 5 6 ) , w h e n k y m = 0 o r A y n , = 0 , t h e f u n c t i o n F fi k b k y ) i s n o t e v a l u a t e d a n d t h u s n e i t h e r i s P ( k y ) . W h e n I c y = k y m 7 4 0 a n d I c y , ” 3 1 $ A t y n , t h e e v a l u a t i o n o f P ( k y ) i s 2 — 2 c o s 1 . 2 m 7 r 0 , P ( k ) . _ , = . , . , = — , ( 4 . 1 0 0 ) 3 ] I k y — A y m ( £ 1 5 7 7 1 . — k j n ) ( 1 1 5 7 7 1 _ k i l n . ) 0 w h i c h i s i n d e t e r m i n a t e . U s i n g L ’ H o p i t a l e ’ s r u l e , 3 ( 2 — - 2 + ~ k b ) I 5 7 1 : 1 ; C 0 1 5 y P ( A 7 y ) A A = . = . , , d ' 7 . . . . , . . , 5 , — ( 0 1 — 1 . 1 , . ) 0 . , — k m ) ( 1 , + 1 , . . . » _ y 7 y = k y m : 0 . ( 4 . 1 0 7 ) 9 8 k g ” ) ( A 3 ( 1 3 7 7 1 ) ) A y ‘ m — k y . n t k y b c o s 2 . 2 '. 1 ; — " U 7 ” 0 i 1 ) , “ 4 1 I t ( ( 1 , 1 2 2 1 ) 4 2 1 2 . b 4 4 5 3 2 - 7 7 1 _ — : ( 4 . 1 0 8 ) k 2 Q ( y ) ( ( 9 5 _ ( € 3 7 1 ) ( k 3 _ [ 1 3 3 3 7 7 1 ) ( A 3 3 — [ 9 3 3 7 1 ) ( k 5 " ' k ’ g Q / m ) 2 4 . 1 1 0 ( ) W h e n k y m = k y n , e v a l u a t i n g P ( k y ) a t k g = [ c u m 2 k m r e s u l t s i n a n u n d e f i n e d q u a n t i t y , 0 / 0 . U s i n g L ’ H o p i t a l e ’ s R u l e , t h e fi r s t d e r i v a t i v e i s a l s o u n d e f i n e d , s o e v a l - u a t i o n p r o g r e s s e s t o t h e s e c o n d d e r i v a t i v e , w h i c h p r o d u c e s 8 4 0 ? ? ( 2 — 2 c o s A t y b ) T h u s , a t t h e r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t s o f t h e f u n c t i o n F 2 ( k . r , I c y ) , t h e v a l u e o f t h e f u n c t i o n i s b 2 é T f k r r l k y ) . 2 , T 4 1 , " , ” 1 " " 1 y = 1 y m f 2 ( k l ' , k y n ) Z fi 2 < k 1 j j k y y n ) : ( 4 . 1 0 9 ) k g m . : k y n . 0 k y m . 7 Q k y n W h e n a s s e s s i n g t h e v a l u e s o f F 3 ( k , , ; , k g ) a n d F . 1 ( A t w , l e g ) a t t h e p a r t i c u l a r s i n g u l a r p o i n t s o f e a c h f u n c t i o n , n o t e t h a t Q ( k y ) = k g P U c y ) , o r [ C 1 2 1 ( e _ j k y b ' — 1 ) ( e j k y b — 1 ) k g ( 2 — 2 c o s k y b ) B y p r o c e e d i n g t h r o u g h a s i m i l a r a n a l y s i s t o t h a t f o r P ( A ‘ . y ) , t h e s i n g u l a r p o i n t s o f Q ( k g ) a t k g = A ‘ y m a n d I c y : A r y n a r e a l s o r e m o v a b l e . A n e x a m i n a t i o n o f t h e p o s s i b l e v a l u e s o f Q ( k y ) , a n d s u b s e q u e n t l y F 3 ( k m , A t y ) a n d F 4 ( k 1 ~ , , k y ) a r e p r e s e n t e d . 9 9 . \ - 6 2 0 6 . 4 ) = 4 , 1 , = k g ( 4 . 1 1 1 ) A g a i n , t h e r e a d e r i s r e m i n d e d t h a t U r n ) ” k y m . : b , k y n - — , w h e r e e m a n d 0 7 — ) a r e e v e n i n t e g e r s . I n t h e f u n c t i o n Q ( k y ) , i t i s p o s s i b l e t h a t A T y m , = 0 a n d / o r k y n = 0 , s o t h e s e c o n d i t i o n s m u s t b e c o n s i d e r e d a s p r o d u c i n g s i n g u l a r p o i n t s . C o n s i d e r t h e c a s e w h e r e A W 2 0 a n d A r m , 2 O . T h e e x p r e s s i o n i n ( 4 . 1 1 0 ) m a y t h e n b e r e w r i t t e n a s . 2 , . . A , y ( 2 — 2 c o s A y b ) ( 2 — 2 c o s A y b ) I f Q ( A ‘ y ) i s e v a l u a t e d a t k y = A s y m = 0 , ( 4 . 1 1 1 ) p r o d u c e s 0 Q < k y l l k y z o = 0 ( 4 . 1 1 2 ) w h i c h i s a n i n d e t e r m i n a t e f o r m . U s i n g L ’ H o p i t a l e s R u l e , t h e f i r s t d e r i v a t i v e i s a l s o i n d e t e r m i n a t e , s o e v a l u a t i o n p r o g r e s s e s t o t h e s e c o n d d e r i v a t i v e , w h i c h p r o d u c e s 2 i 2 ( 2 — - 2 c o s k y b ) _ _ y = ( ) 2 . ( 4 . 1 1 3 ) C o n s i d e r t h e c a s e w h e r e I c y m 7 4 0 a n d k m ) 2 0 . E v a l u a t i n g ( 4 . 1 1 0 ) w h e n A ' y 2 A 7 3 ) ” p r o d u c e s ( 2 — 2 c o s k y b ) ( A 1 3 3 — k g m ) k y = 0 Q ( k y ) | k y : k y n : 0 = = 0 . ( 4 . 1 1 4 ) 1 0 0 E v a l u a t i n g ( 4 . 1 1 0 ) w h e n I c y " 3 7 $ 0 a n d A g 2 A s y m = 0 p r o d u c e s a s i m i l a r r e s u l t , Q ( / . ~ y ) [ k y z k y m z 0 = 0 . ( 4 . 1 1 5 ) E a c h o t h e r p o s s i b l e c a s e m a y a l s o b e e x a m i n e d i n a s i m i l a r m a n n e r . T h e s u m m a r y o f t h e p o s s i b l e v a l u e s o f Q ( A ' y ) a t t h e s i n g u l a r p o i n t s i s s h o w n i n T a b l e 4 . 1 . L k ‘ I / I ’ I ' ? 1 4 5 3 / 7 7 I l k a y m ) j Q < A 7 y n l J : 0 = 0 1 , , ” = 7 . 1 , , ” b 2 b 3 4 4 0 = 0 k y m 7 4 7 . 2 , , " 0 0 : 0 7 e 0 k m , 4 k m , 0 0 4 0 7 4 0 k m : 1 2 , ” 0 2 / 4 1 1 2 / 4 7 4 0 7 5 0 A ' y m 7 4 A W 0 0 T a b l e 4 . 1 . V a l u e o f t h e f u n c t i o n Q ( A r y ) a t t h e s i n g u l a r p o i n t s T h u s , i n t h e e v a l u a t i o n o f t h e f u n c t i o n s F 3 ( k 1 ; , k g ) a n d F A A , “ A 3 , ) a t t h e s i n g u l a r p o i n t s , t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n s d e s c r i b e t h e r e s u l t : [ 1 1 1 / m . : k y n : O k y m : k y n . 7 g 0 ( 4 ' 1 1 6 ) 0 k y m 7 5 k y n , 2 6 ) 1 . _ s i n h ( 2 p ( d — h ) ) ’ - : a = b ( 4 9 — 2 6 , ) , 1 ) W m m e 1 y = k y n a m a n 0 ~ _ _ b 2 e 1 1 s i n h ( 2 p 2 ( d 1 — h ) ) _ _ [ 7 3 0 % , k y ‘ n . ) _ . 4 — ( F T ? ? - — 1 ) 2 P 1 T m T e k v z / z A r l / n k y m _ A y n . # O 0 k y m 7 g k y n ( 4 . 1 1 7 ) 1 0 1 T a k i n g t h e r e s u l t s f r o m ( 4 . 1 1 7 ) , ( 4 . 1 1 6 ) , a n d ( 4 . 1 0 9 ) , t h e f u n c t i o n F 1 ( A : , - , ~ . A r y ) m a y b e e v a l u a t e d a t t h e r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t s , A g 2 k y m a n d A g 2 k g " . T h u s , t h e i n t e g r a t i o n i n t h e v a r i a b l e A : y m a y b e c a r r i e d o u t w i t h o u t t h e d a n g e r o f t h e i n t e g r a n d b e i n g u n d e fi n e d a t t h e r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t s . 4 . 5 . 2 I n t e g r a t i o n i n k m T h e n e x t i s s u e t o c o n s i d e r i s n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n i n t h e v a r i a b l e A n t . N o t i c e t h a t a l l f o u r c o u p l i n g c a s e s i n v o l v e t h e s a m e f u n c t i o n s , G 2 ( A 7 I ) a n d 0 1 ( A g r ) , w h e n c a l c u l a t i n g t h e m a t r i x e l e m e n t s . T o r e m i n d t h e r e a d e r , t h e s e f u n c t i o n s a r e ~ ( e ’ j k g c a _ + _ 1 ) ( 8 ) 7 9 1 0 + 1 ) 4 ' 0 2 0 9 1 ) _ _ _ 2 2 2 2 = 2 2 4 ; 2 c 0 3 2 A J a 2 ( 4 . 1 1 8 ) ( k g : — k m ) ( k m . — k r m ) ( k n : _ k r n ) ( k m _ k l r m ) ~ ~ A 2 ( 2 + 2 c o s A g r a . ) 0 1 ( 1 ) = 1 + 2 0 2 ( 1 ~ . , ) = 1 ‘ . ( 4 . 1 1 9 ) I T 1 ( k g — 1 1 3 % ) ( k 3 : — k g m ) I n t h e s e c a s e s ( l l - 7 7 1 7 1 - u n fl - k z r m : a 3 k m 2 a w h e r e u m a n d a n a r e o d d i n t e g e r s . T h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e s i n g u l a r i t i e s a l o n g t h e A C I a x i s i s s i m i l a r t o t h o s e f o r t h e I c y a x i s , a n d t h e c o n c l u s i o n i s t h a t t h e s i n g u l a r i t i e s a t k 3 ; 2 k m ) , a n d A r = k m a r e r e m o v a b l e . N o t e t h a t . t h e e v a l u a t i o n o f ( 4 . 1 1 8 ) a n d ( 4 . 1 1 9 ) a t k ; - : 0 w i l l n o t t a k e p l a c e , s i n c e u m a n d u ) , a r e o d d . T h e e v a l u a t i o n o f ( 4 . 1 1 8 ) a n d ( 4 . 1 1 9 ) a t t h e r e m o v a b l e s i n g u l a r p o i n t s i s a n a l y z e d i n a s i m i l a r m a n n e r t o t h e e x a m i n a t i o n o f t h e f u n c t i o n s P ( A r y ) a n d Q ( A ' y ) . T h e s u m m a r y o f t h e e v a l u a t i o n o f t h e f u n c t i o n s a t t h e s i n g u l a r p o i n t s i s 2 % ‘ k g : 2 k m m = k m 5 , 1 0 9 3 ? ) 2 0 k l ? = k l r m k r m ¢ k m . ( 4 ' 1 2 0 ) 0 ( 9 . 1 . - : ( 3 . 1 7 7 2 . k r m ¢ k m 1 0 2 ~ 4 ) : ? ! ” ( 9 . 1 : : k l r m 2 k m G 2 ( k r ) Z 0 k 1 ? : k m m k l ‘ fl l 7 ' é k m ( 4 ' 1 2 1 ) 0 k i t 2 k m k r m 7 5 k 1 ? ? ? - 4 . 6 N u m e r i c a l I n t e g r a t i o n I m p l e m e n t a t i o n N o t e s T h i s s e c t i o n i s a b r i e f d i s c u s s i o n o f t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n i m p l e m e n t a t i o n u s e d t o c a l c u l a t e t h e m a t r i x e l e m e n t s a n d s o l v e t h e m a t r i x e q u a t i o n . S e v e r a l d i f f e r e n t n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n t e c h n i q u e s a r e a v a i l a b l e i n p r e p a r e d a n d a v a i l a b l e r o u t i n e s t o c a r r y o u t t h i s i n t e g r a t i o n [ 5 0 ] . T h e e r r o r a n a l y s i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 6 r e q u i r e s a n a c c u r a t e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s , a n d t h u s i t i s i m p o r t a n t t o c a l c u l a t e e a c h o f t h e m a t r i x e l e m e n t s a s a c c u r a t e l y a s p o s s i b l e w h i l e m a n a g i n g c o m p u t e r r e s o u r c e s . T h e e v a l u a t i o n o f e a c h i n t e g r a l i n t h e f o u r c o u p l i n g c a s e s c a n b e r e d u c e d t o a n i n t e g r a t i o n f r o m z e r o t o 0 0 b e c a u s e e a c h f u n c t i o n t h a t i s i n t e g r a t e d i s e v e n a l o n g t h e r e a l a x i s . A l s o n o t e t h a t t h e i n t e g r a n d s a l o n g t h e r e a l k 5 , ; a n d A g a x e s a r e c o m p l e x - v a l u e d f u n c t i o n s . T o a c c u r a t e l y c h a r a c t e r i z e t h e i n t e g r a t i o n o f t h e c o m p l e x f u n c t i o n s , t h e r e a l a n d i m a g i n a r y p a r t s o f e a c h f u n c t i o n a r e i n t e g r a t e d s e p a r a t e l y u s i n g a r e a l - v a l u e d i n t e g r a t i o n r o u t i n e . I n t h i s s t u d y , t h e i n t e g r a t i o n r o u t i n e s f r o m t h e Q u a d p a c k s e t o f F O R T R A N s u b - r o u t i n e s w e r e i m p l e m e n t e d [ 5 1 ] . A fi n i t e i n t e g r a t i o n r o u t i n e w a s e m p l o y e d w h e r e t h e u p p e r l i m i t o f i n t e g r a t i o n w a s c h o s e n s u f f i c i e n t l y b e y o n d t h e p o i n t w h e r e t h e i n t e - g r a n d b e g i n s t o d e c a y . T h e i n t e g r a t i o n r o u t i n e , d q a g . f , i s a g e n e r a l a d a p t i v e G a u s s i a n q u a d r a t u r e r o u t i n e w h i c h e m p l o y s G a u s s - K r o n r a d i n t e g r a t i o n . T h e s t o p p i n g c r i t e r i a 0 — 1 0 f o r t h e i n t e g r a t i o n r o u t i n e w a s c h o s e d t o b e w h e n a r e l a t i v e e r r o r o f 1 i s a c h i e v e d . F o r t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s , t h e i n t e g r a l s r e q u i r e d t o c a l c u l a t e 1 A m n W e r e i n t e g r a t e d i n t h e A g d o m a i n f r o m 0 t o 3 0 , 0 0 0 m . — , a n d t h e A I d o m a i n w a s i n t e g r a t e d o v e r t h e r a n g e f r o m 0 t o 1 0 , 0 0 0 7 7 1 ’ 1 . I n c r e a s i n g t h e r a n g e o f i n t e g r a t i o n 1 0 3 f u r t h e r o n l y m a d e a c h a n g e i n t h e s i x t h s i g n i fi c a n t d i g i t w h i l e g r e a t l y i n c r e a s i n g t h e . c o m p u t a t i o n a l t i m e . T h e s e v a l u e s a r e u s e d t h r o u g h o u t t h e s i m u l a t i o n s a n d d u r i n g e x t r a c t i o n o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s i n g t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . T h e c o m p u t a t i o n o f e a c h e l e m e n t o f t h e m a t r i x A i s c a l c u l a t e d u s i n g t h e n u m e r i - c a l i n t e g r a t i o n c o n s i d e r a t i o n s d e t a i l e d i n t h i s c h a p t e r . A c c u r a t e . c o m p u t a t i o n o f t h e s e e l e m e n t s i s n e c e s s a r y t o a c h i e v e a n a c c u r a t e s o l u t i o n i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e - o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . A n a d d i t i o n a l f a c t o r t h a t a f f e c t s t h e a c c u r a c y o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t c a l c u l a t i o n i s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n , w h i c h a l s o d e t e r m i n e s t h e s i z e o f t h e m a t r i x A . T h i s t o p i c . i s c o n s i d e r e d i n t h e n e x t c h a p t e r . 1 0 4 C H A P T E R 5 M O D A L A N A L Y S I S O F T H E T W O L A Y E R A N D T W O T H I C K N E S S M E T H O D S O F M A T E R I A L P A R A M E T E R E X T R A C T I O N 5 . 1 I n t r o d u c t i o n A c o r r e c t e s t i m a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S i l l y ) i s c r i t i c a l t o t h e a c c u r a t e c h a r a c t e r i z a t i o n o f a n u n k n o w n m a t e r i a l . I f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s n o t e s t i m a t e d c o r r e c t l y , t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s w i l l b e b i a s e d . A c c u r a t e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n , a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 4 , i s o n e k e y e l e m e n t i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s i n t h e M F I E m a t r i x e q u a t i o n . A n o t h e r i m p o r t a n t p a r t o f t h e e x - t r a c t i o n p r o c e s s i s d e t e r m i n i n g t h e n u m b e r o f w a v e g u i d e m o d e s t h a t s h o u l d b e u s e d i n t h e m a t r i x s o l u t i o n t o t h e M F I E . T h i s c h a p t e r e x a m i n e s t h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f t h e w a v e g u i d e m o d e s , N , o n t h e c a l c u l a t i o n o f S i l f y . T h e n u m b e r o f m o d e s , i n t u r n a f f e c t s t h e r e s u l t a n t e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a - r a m e t e r s a r e e x a m i n e d w h e n d i f f e r e n t v a l u e s o f N a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n f o r b o t h t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 5 . 2 H o w m a n y m o d e s a r e n e c e s s a r y ? R e c a l l f r o m t h e i n i t i a l p r o b l e m f o r m u l a t i o n i n ( 2 . 4 ) t h a t i t i s a s s u m e d t h a t t h e r e - fl e c t e d fi e l d i n t h e w a v e g u i d e c a n b e a p p r o x i m a t e d b y t r u n c a t i n g t h e fi e l d d e s c r i p t i o n t o N m o d e s , w h e r e t h e t o t a l t r a n s v e r s e fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a r e g i v e n b y N _ , , ‘ . . , . I u t g fi , _ , - { 1 1 1 g E 3 9 0 ) = a t é ’ f ’ ” < fi ) e " ' z l “ + 2 0 3 5 5 9 0 7 6 2 “ ‘ 3 1 2 ( 5 . 1 ) ( 1 : 1 " ’ w 1 ' “ u ; ' 7 9 s z N " w r — " ' A ‘ w ‘ q H 1 9 0 2 = 4 1 4 1 4 4 4 2 1 + 2 4 % J 1 m e , a Z . ( 5 . 2 ) ( 1 : 1 1 0 5 A n i m p o r t a n t q u a n t i t y i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n i s t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c - t i o n c o e f f i c i e n t , S i i i y = ( i f / ( 1 ‘ 1 . I n t h e M O M s o l u t i o n t o t h e M F I E , t h e v a l u e o f t h e c o e f f i c i e n t ( I f i s a f f e c t e d b y t h e n u m b e r O f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n . I t i s t h e r e f o r e t h y d e s i r a b l e t o e x a m i n e t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t v a l u e s O f N o n t h e c a l c u l a t i o n o f S 1 1 . A n i d e a l c o m p a r i s o n f o r t h e s e c o m p u t e d v a l u e s o f S i l l i y w o u l d b e t h e t r u e t h e o r e t - i c a l v a l u e , w h i c h i s t h e v a l u e o f S i g n } c o m p u t e d u s i n g a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s . H o w e v e r , c a l c u l a t i n g t h e c o n t r i b u t i o n o f a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s t o t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s c o m p u t a t i o n a l l y i m p o s s i b l e . I t w o u l d b e d e s i r a b l e t o h a v e s o m e s c h e m e o r a l g o r i t h m w h i c h c o u l d e s t i m a t e t h e c o n t r i b u t i o n o f a n i n fi n i t e n u m b e r O f m o d e s t o S ( 1 1 2 1 ) F e w e r m o d e s c o u l d b e u s e d w i t h a r e a s o n a b l e c o m p u t a t i o n a l c o s t t o a c h i e v e a h i g h a c c u r a c y . Y e t e v e n a fi n i t e n u m b e r O f m o d e s c a n b e c o m p u t a t i o n a l l y e x p e n s i v e i f N i s l a r g e . R e c a l l t h a t i n t h e f o r m u l a t i o n o f t h e M O M s o l u t i o n t o t h e M F I E i n ( 2 . 3 2 ) , t h e t e s t i n g f u n c t i o n t h a t i s u s e d t o d e v e l o p t h e m a t r i x e q u a t i o n u s e s N m o d e s . T h e m a t r i x A i s a n N x N m a t r i x , w i t h N 2 m a t r i x e l e m e n t s w h i c h m u s t b e c a l c u l a t e d . A l s o r e c a l l f r o m C h a p t e r 4 t h a t t w o — d i m e n s i o n a l i n t e g r a t i o n i s r e q u i r e d t o fi l l e a c h m a t r i x e l e m e n t . I n s i m u l a t i o n s w h i c h i m p l e m e n t t h e M O M s o l u t i o n , t h e t i m e r e q u i r e d t o i n v e r t t h e m a t r i x A u s i n g a n i t e r a t i v e s o l v e r i s m i n i m a l i n c o m p a r i s o n t o t h e c o s t o f fi l l i n g t h e m a t r i x . T h e c o m p u t a t i o n a l c o s t f o r O b t a i n i n g S i l l y i s o n t h e o r d e r o f N 2 x i n t e g r a t i o n t i m e , s o i t i s d e s i r a b l e t o u s e a m i n i m a l n u m b e r o f m o d e s w h i c h w o u l d s t i l l a l l o w f o r a n a c c u r a t e e s t i m a t i o n o f S i l f y ' T h e fi r s t s t e p i n o b t a i n i n g v a l u e s f o r S ] ? i s t o g e n e r a t e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s f r o m a g i v e n s e t o f m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s i n g d i f f e r e n t v a l u e s O f N . O n c e t h i s h a s b e e n e x a m i n e d , t h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n i s c o n s i d e r e d . 1 0 6 5 . 3 G e n e r a t i o n o f S i l l y f o r a s i n g l e c o n d u c t o r - b a c k e d l a y e r . A s n o t e d i n s e c t i o n 1 . 2 . 3 . 3 , p r e v i o u s r e s e a r c h h a s u s u a l l y f o c u s e d o n t h e fi r s t f e w m o d e s w h e n p e r f o r m i n g m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . B o i s [ 3 7 ] d i d e x a m i n e t h e e f f e c t O f i n c l u d i n g t h e fi r s t 2 0 m o d e s w i t h a fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e r a d i a t i n g i n t o a d i e l e c t r i c h a l f - s p a c e . H e a l s o O b s e r v e d t h a t t h e m o d e s w i t h t h e h i g h e s t a m p l i t u d e c o e f fi c i e n t f o r t h e s c a t t e r e d fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a f t e r t h e d o m i n a n t m o d e w e r e t h e T E 3 0 , T E 1 2 , a n d T M 1 2 m o d e s . N o t e t h a t t h e B o i s s t u d y w a s n o t c o n d u c t e d o n a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e e f f e c t o f e v e n h i g h e r o r d e r m o d e s w i t h a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l i s c o n s i d e r e d . A s e t o f t y p i c a l c o n s t i t u t i v e p a r a m e t e r v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M l 2 5 i s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 . T h e s e v a l u e s w e r e O b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d a t t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y o n a s a m p l e o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . T h e s e m a t e r i a l p a r a m e t e r s w e r e u s e d t o g e n e r a t e t h e m a t r i x e l e m e n t s o f A u s i n g t h e fi r s t 1 5 0 m o d e s . U s i n g t h e s e m a t r i x e l e m e n t s , e s t i m a t e s o f S fi l y w e r e c a l c u l a t e d f o r v a r y i n g v a l u e s o f N i n t h e f r e q u e n c y r a n g e f r o m 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . A n e x a m p l e o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e p l o t t e d a g a i n s t t h e n u m b e r o f m o d e s , N , a t 8 . 2 G H z i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 . S e v e r a l i n t e r e s t i n g f e a t u r e s a r e f o u n d i n F i g u r e 5 . 1 . F i r s t , n o t e t h e r e a r e s i g n i f i c a n t c h a n g e s i n b o t h m a g n i t u d e a n d p h a s e t h a t o c c u r w h e n m o d e s 4 , 1 5 , 3 1 , 5 7 , 8 7 , a n d 1 2 6 a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n m a t r i x . T h e fi r s t 3 1 m o d e s o f t h e W R 9 0 X - b a n d w a v e g u i d e , l i s t e d i n o r d e r O f a s c e n d i n g c u t o f f f r e q u e n c y , a r e f o u n d i n T a b l e D 1 F r o m t h i s t a b l e , n o t e t h a t t h e s e m o d e s w h e r e s i g n i fi c a n t c h a n g e s o c c u r c o r r e s p o n d t o t h e T M “ ) m o d e s , w h e r e v i s e v e n . W i t h e a c h i n c l u s i o n o f t h e T M 1 e v e n m o d e s , t h e m a g n i t u d e d e c r e a s e s , w h i l e t h e p h a s e i n c r e a s e s . A l s o n o t e t h a t t h e i n c l u s i o n o f m o s t o f t h e o t h e r m o d e s h a s l i t t l e e f f e c t o n t h e m a g n i t u d e o r p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . U p o n e x a m i n a t i o n o f t h e p o s s i b l e e f f e c t o f o t h e r m o d e s , o n l y t h e c o u p l i n g e f f e c t f r o m fi r s t t w o m o d e s , T E 1 0 a n d T E 3 0 , a n d t h e T E 1 , , a n d T M 1 U m o d e s , w h e r e 1 0 7 [ F r e q u e n c y ( G H z ) L 6 ; . 6 7 , 1 p f . , u f . ’ 1 8 . 2 0 7 . 2 5 8 2 1 2 0 . 0 5 6 0 0 8 0 . 6 0 0 0 5 0 . 7 6 1 0 2 8 . 4 1 7 . 2 7 7 8 9 9 0 . 0 3 3 7 9 3 0 . 5 9 2 8 3 9 0 . 7 2 1 4 3 9 8 . 6 2 7 . 2 9 8 1 3 2 0 . 0 4 3 0 9 5 0 . 5 9 1 0 3 0 . 6 8 6 3 6 5 8 . 8 3 7 . 3 1 1 2 5 2 0 . 0 4 7 4 9 3 0 . 5 8 5 8 8 5 0 . 6 5 4 4 7 9 9 . 0 4 7 . 3 0 4 0 7 7 0 . 0 6 2 6 4 3 0 . 5 8 8 0 8 7 0 . 6 2 5 7 5 7 9 . 2 5 7 . 3 0 8 9 1 5 0 . 0 6 4 2 5 7 0 . 5 8 5 0 4 8 0 . 5 9 6 1 4 2 9 . 4 6 7 . 3 1 7 2 5 5 0 . 0 6 2 0 2 5 0 . 5 8 3 1 2 6 0 . 5 6 8 4 5 2 9 . 6 7 7 . 3 0 4 0 1 2 0 . 0 6 4 7 3 7 0 . 5 7 9 8 0 7 0 . 5 4 1 2 2 9 9 . 8 8 7 . 3 0 9 2 6 6 0 . 0 5 2 9 2 6 0 . 5 7 7 5 8 9 0 . 5 1 2 7 0 1 1 0 . 0 9 7 . 3 1 9 6 6 9 0 . 0 4 6 4 0 8 0 . 5 7 5 5 8 2 0 . 4 8 4 2 3 1 1 0 . 3 0 7 . 3 3 0 5 7 8 0 . 0 2 6 9 3 8 0 . 5 7 3 3 0 9 0 . 4 5 4 2 7 9 1 0 . 5 1 7 . 3 3 4 5 4 7 0 . 0 3 4 0 7 0 . 5 7 7 1 7 9 0 . 4 3 0 9 9 2 1 0 . 7 2 7 . 3 5 1 7 8 6 0 . 0 4 6 1 3 6 0 . 5 8 0 0 0 9 0 . 4 0 5 1 0 6 1 0 . 9 3 7 . 3 5 4 8 2 2 0 . 0 6 3 6 9 3 0 . 5 8 2 4 4 8 0 . 3 7 9 1 6 1 1 . 1 4 7 . 3 4 8 3 2 8 0 . 0 5 5 8 3 7 0 . 5 8 4 0 0 2 0 . 3 5 6 6 4 7 1 1 . 3 5 7 . 3 3 7 7 1 6 0 . 0 5 4 6 8 2 0 . 5 8 5 8 2 1 0 . 3 3 2 5 5 1 1 1 . 5 6 7 . 3 1 9 3 6 3 0 . 0 7 1 4 0 6 0 . 5 9 1 9 9 3 0 . 3 0 6 0 9 4 1 1 . 7 7 7 . 3 3 6 4 1 8 0 . 0 4 0 0 7 3 0 . 5 9 2 9 5 9 0 . 2 8 3 0 3 2 1 1 . 9 8 7 . 3 2 8 3 7 8 0 . 0 2 8 1 8 5 0 . 6 0 0 5 2 7 0 . 2 5 9 3 5 5 1 2 . 1 9 7 . 2 7 9 7 1 7 0 . 0 2 4 5 1 8 0 . 6 1 1 4 5 7 0 . 2 3 5 4 8 1 2 . 4 0 7 . 3 7 4 1 1 4 0 . 0 2 4 9 3 7 0 . 6 1 5 4 3 2 0 . 2 1 2 2 2 5 T a b l e 5 . 1 . M a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r E c c o s s o r b F G M 1 2 5 , 6 = 6 0 ( 6 ’ T — — j e fi ) a n d ) u = 1 1 0 0 1 ; . — j u g ) . T h e s e d a t a w e r e O b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . 1 0 8 = e v e n , h a s a n y s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t . A n o t h e r o b s e r v a t i o n f r o m F i g u r e 5 . 1 i s t h a t w h e n t h e fi r s t 1 5 0 m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , t h e v a l u e f o r l S i f f y | s t i l l h a s n o t c o n v e r g e d . C o n s i d e r F i g u r e 5 . 2 , w h i c h s h o w s a p l o t o f I S fi l y | v s 1 / N t o p r o v i d e a n o t h e r p e r s p e c t i v e . I t i s d e s i r a b l e t o e s t i m a t e t h e e f f e c t o f i n c l u d i n g a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n w i t h o u t a c t u a l l y u s i n g a l a r g e n u m b e r o f m o d e s . B y p l o t t i n g t h e m a g n i t u d e o f t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t v s . l / N , t h e g r a p h i s i n s p e c t e d f o r a p o s s i b l e t r e n d a s 1 / N — > 0 . I f s u c h a t r e n d e x i s t s , t h e v a l u e s f o r t h e m a g n i t u d e , a n d s u b s e q u e n t l y t h e p h a s e , c o u l d b e e x t r a p o l a t e d t o e s t i m a t e t h e i r v a l u e s w h e n l / N : 2 0 , c o r r e s p o n d i n g t o N = 0 0 . T h e r e s u l t w o u l d b e a m u c h b e t t e r e s t i m a t e o f 3 1 1 1 ” ] d u e t o a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s t h a n o n l y u s i n g t h e fi r s t 4 , 1 0 o r e v e n 3 1 m o d e s . H o w e v e r , e x t r a p o l a t i o n o f t h i s s e t o f d a t a t o 1 / N = 0 i s n o t a s t r a i g h t f o r w a r d t a s k . S e v e r a l d i f f e r e n t e x t r a p o l a t i o n m e t h o d s a r e a v a i l a b l e , i n c l u d i n g l i n e a r e x t r a p o l a t i o n , p o l y n o m i a l e x t r a p o l a t i o n , c u b i c s p l i n e e x t r a p o l a t i o n , l e a s t s q u a r e s e x t r a p o l a t i o n , e t c . T o a c c u r a t e l y e x t r a p o l a t e t h e d a t a , i t i s m o r e h e l p f u l t o k n o w t h e g e n e r a l b e h a v i o r o f t h e f u n c t i o n b e i n g e x t r a p o l a t e d [ 5 0 ] . H o w e v e r , f r o m F i g u r e 5 . 2 i t i s n o t c l e a r w h e t h e r t h e b e h a v i o r o f t h e d a t a i s q u a d r a t i c , l i n e a r , e t c . T h e d i s c r e t e n a t u r e o f t h e c h a n g e i n m a g n i t u d e a t t h e T 1 1 1 1 m m , m o d e s m a k e s a c c u r a t e e x t r a p o l a t i o n d i f fi c u l t . A s n o t e d e a r l i e r , t h e p r i m a r y c o n t r i b u t i o n a f t e r t h e fi r s t f o u r m o d e s c o m e s f r o m t h e T E 1 e v e n a n d T M l e v e n m o d e s . T h e r e m a i n i n g m o d e s d o n o t c o n t r i b u t e a s i g n i fi - c a n t a m o u n t t o e i t h e r t h e p h a s e o r m a g n i t u d e o f t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t . T o r e d u c e c o m p u t a t i o n a l t i m e , o n l y t h e m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t a r e i n c l u d e d i n t h e m a t r i x s o l u t i o n , w h i l e t h e r e m a i n i n g m o d e s a r e d i s — c a r d e d . F o r e x a m p l e , t o c a l c u l a t e S i l l ” ! u s i n g N = 1 2 6 w o u l d r e q u i r e N 2 = 1 5 , 8 7 6 e l e m e n t s i n t h e m a t r i x i f a l l t h e m o d e s w e r e i n c l u d e d . H o w e v e r , p i c k i n g j u s t t h e 1 4 m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e t o t h e s o l u t i o n u p t o t h e 1 2 6 t h m o d e , w h i c h i s t h e T 1 1 1 1 1 2 1 0 9 m o d e , r e q u i r e s a 1 4 X 1 4 m a t r i x w i t h 1 9 6 e l e m e n t s . B y o m i t t i n g t h e n o n - c o n t r i b u t i n g h i g h e r o r d e r m o d e s , t h e n u m b e r o f e l e m e n t s n e e d e d t o fi l l t h e m a t r i x A h a s b e e n r e d u c e d b y a f a c t o r o f 8 1 . B y u s i n g t h i s m e t h o d o f p i c k i n g t h e c o n t r i b u t i n g m o d e s , t h e c a l c u l a t i o n o f t h e r e - fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i n c l u d i n g h i g h e r m o d e s c a n b e u n d e r t a k e n w i t h l e s s c o m p u t a t i o n a l t i m e . I n a m a n n e r s i m i l a r t o F i g u r e 5 . 2 , t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t w e r e p l o t t e d v s 1 / N . U n f o r t u n a t e l y , t h i s a l s o p r o v i d e d n o c l e a r t r e n d f o r e x t r a p o l a t i n g t h e d a t a . A s a n a l t e r n a t i v e d a t a p l o t t i n g m e t h o d , c o n s i d e r F i g u r e 5 . 3 . T h e m a j o r c o n - t r i b u t i n g h i g h e r o r d e r m o d e s a r e t h e T M 1 , , m o d e s , w h e r e v i s e v e n . W h e n t h e v a l u e s o f I S i l l l y l a t e a c h o f t h e s e T 1 1 1 1 , 1 , m o d e s a r e d i s p l a y e d v s l / v , w h e r e v i s t h e s e c o n d i n d e x o f t h e m o d e , i t i s s e e n t h a t t h e r e i s a l i n e a r t r e n d i n t h e d a t a w h e n U i s l a r g e e n o u g h . A s i m i l a r l i n e a r t r e n d i s o b s e r v e d i n t h e p l o t o f t h e p h a s e . A s a r e s u l t o f t h i s o b s e r v a t i o n , a l i n e a r e x t r a p o l a t i o n s c h e m e w a s u s e d t o e x t r a p o l a t e f r o m t h e l a s t t w o p o i n t s c a l c u l a t e d t o t h e p o i n t l / v = O . T h i s e x t r a p o l a t i o n s c h e m e i s a n a l o g o u s t o t h e i n c l u s i o n o f a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n . T h u s , a n e s t i m a t e o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o t h e c o n t r i b u t i o n o f a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i s o b t a i n e d . T h i s l i n e a r t r e n d w a s o b s e r v e d a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d o f i n t e r e s t , 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z , f o r t h i s c a s e o f o n e 0 . 1 2 5 ” t h i c k l a y e r o f E c c o s o r b F G M I Q S . E x a m p l e s o f t h e l i n e a r t r e n d a t 1 0 . 0 9 G H Z , t h e m i d d l e o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a n d a t t h e u p p e r e n d , 1 2 . 4 G H z , a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 4 - F i g u r e 5 . 5 . A n o t h e r f e a t u r e i s f o u n d w h e n c o n s i d e r i n g t h e l i n e a r i n t e r p o l a t i o n s c h e m e . C o n - s i d e r F i g u r e 5 . 3 a g a i n . I f t h e l i n e a r i n t e r p o l a t i o n i s a p p l i e d t o p o i n t s f o r l e s s e r v a l u e s o f v , o r p o i n t s f u r t h e r t o t h e r i g h t , n o t e t h a t t h e r e s u l t i s a l s o q u i t e c l o s e t o t h e e x t r a p o l a t i o n t h a t r e s u l t e d f r o m t h e t w o p o i n t s f u r t h e s t t o t h e l e f t . T h u s , a s m a l l e r n u m b e r f o r U c a n b e u s e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n s c h e m e t o a r r i v e a t a n e s t i m a t e f o r t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t t h a t i s c l o s e t o t h a t o b t a i n e d u s i n g a . l a r g e r v a l u e f o r v . 1 1 0 h _ — _ , . : ( f i f e ! f l ] ? h 1 1 7 1 S i m u l a t i o n s w e r e a l s o u n d e r t a k e n t o d e t e r m i n e i f t h i s e x t r a p o l a t i o n s c h e m e c o u l d b e e m p l o y e d f o r o t h e r t h i c k n e s s e s o f t h i s m a t e r i a l . A s a n e x a m p l e , t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r a s a m p l e o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 2 5 0 ” t h i c k , w a s c a l c u l a t e d f o r v a r i o u s v a l u e s o f N . A s s h o w n i n F i g u r e 5 . 6 , t h e s a m e m o d e s c o n t r i b u t e t o t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t h i s t h i c k n e s s a s t h o s e w h i c h c o n t r i b u t e d t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t h e 0 . 1 2 5 ” t h i c k s a m p l e . U s i n g j u s t t h e T E 1 0 , T E 3 0 , T E l e v e n , a n d T M I e v e n m o d e s , a p l o t o f t h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t v s 1 / 2 ) i s d i s p l a y e d i n F i g u r e 5 . 7 a t m i d b a n d , 1 0 . 0 9 G H z . N o t i c e t h a t t h e t r e n d i s s i m i l a r t o t h e l i n e a r t r e n d f o u n d f o r t h e l a y e r t h a t w a s 0 . 1 2 5 ” t h i c k i n F i g u r e 5 . 3 . T h i s t r e n d w a s c o n s i s t e n t a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d f o r t h i s t h i c k n e s s . A s a r e s u l t o f t h e s e o b s e r v a t i o n s f o r d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f t h e s a m e m a t e r i a l , t h i s e x t r a p o l a t i o n s c h e m e m a y b e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 5 . 4 G e n e r a t i o n o f S fl y f o r a t w o - l a y e r e d c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l s t a c k S i n c e t h i s e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w o r k s f o r d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f F G M l 2 5 , i t i s p o s s i b l e t h a t i t m a y a l s o b e e m p l o y e d s u c c e s s f u l l y w h e n c a l c u l a t i n g t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r o n e m a t e r i a l p l a c e d o n t o p o f a s e c o n d c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . S u c h a n e x t r a p o l a t i o n s c h e m e c o u l d b e u s e f u l i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . C o n s i d e r F i g u r e 5 . 8 , w h i c h p l o t s t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e t h e o r e t i c a l r e — fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r a l a y e r o f P l e x i g l a s s o n t o p o f o n e l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n . N o t e t h a t t h e r e a r e s o m e s i m i l a r f e a t u r e s t o t h e p l o t s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 f o r o n e l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . T h e T E 1 e v e n a n d T M 1 e v e n m o d e s a g a i n m a k e a m a j o r c o n t r i b u t i o n t o b o t h t h e m a g - n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . I n a d d i t i o n , t h e T E o d d O m o d e s a l s o m a k e a c o n t r i b u t i o n t o t h e s o l u t i o n . T h i s i s s h o w n m o r e c l e a r l y i n F i g u r e 5 . 9 , w h e r e l S i l l z y l i s p l o t t e d v s 1 / N . T h e c o n t r i b u t i o n o f t h e T E o d d O m o d e s a r e s m a l l e r t h a n t h e l a r g e d i s c o n t i n u i t i e s d u e t o t h e T M 1 e v e n m o d e s , b u t t h e y s t i l l m a k e a n o t i e a h l e c o n t r i b u t i o n . A s a r e s u l t , t h e s e m o d e s a r e a l s o i n c l u d e d a s m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e 1 1 1 s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n w h e n g e n e r a t i n g t h e m a t r i x e l e m e n t s . F o r t h e t w o l a y e r m a t e r i a l c o n fi g u r a t i o n , i t i s d e s i r a b l e t o e m p l o y a n e x t r a p o l a t i o n s c h e m e t o e s t i m a t e t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s . A s i m i l a r a p p r o a c h i s t a k e n a s t h a t e m p l o y e d f o r a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M 1 . 2 , m o d e t h a t c o n t r i b u t e t o t h e s o l u t i o n . T h e s e v a l u e s a r e t h e n p l o t t e d v s . l / e , a n d t h i s p l o t i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 0 . A l t h o u g h t h e p l o t i s s h o w n o n l y i n c l u d i n g t h e c o n t r i b u t i o n s u p t o t h e T 1 1 1 1 1 6 m o d e , n o t e t h a t t h e r e i s a l i n e a r t r e n d i n t h e d a t a . F i g u r e 5 . 1 1 a l s o s h o w s a s i m i l a r p l o t f o r t h e s a m e m a t e r i a l s t a c k a t 1 0 . 0 9 G H z . A t t h i s f r e q u e n c y , a n d a c r o s s t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e , t h e s a m e l i n e a r t r e n d i n t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e i s o b s e r v e d w h e n p l o t t e d v s . 1 / ’ 1 ) . F i g u r e 5 . 1 2 - F i g u r e 5 . 1 3 s h o w s i m i l a r r e l a t i o n s h i p s f o r p l o t s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e w i t h r e s p e c t t o l / v u s i n g N y l o n a n d E c c o s o r b F G M 4 0 a s t h e t o p l a y e r s , r e s p e c t i v e l y . N o t e t h e l i n e a r t r e n d a s t h e d a t a a r e p l o t t e d v s t h e r e c i p r o c a l o f t h e m o d e i n d e x , 2 2 . T h e s e o b s e r v a t i o n s s u g g e s t t h e p o t e n t i a l t o u s e t h i s e x t r a p o l a t i o n s c h e m e f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l . 5 . 5 E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f S i l l ) ” a t X - b a n d U s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n s c h e m e d e s c r i b e d i n t h e l a s t s e c t i o n , a n e s t i m a t e o f t h e r e fl e c — t i o n c o e f f i c i e n t d u e t o a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n i s c a l c u l a t e d a n d d i s p l a y e d i n F i g u r e 5 . 1 4 - F i g u r e 5 . 1 9 f o r v a r i o u s c o n fi g u r a t i o n s o f m a t e r i a l s . T h e s e m a t e r i a l s w e r e c h o s e n f o r s i m u l a t i o n b e c a u s e t h e y c o r r e s p o n d t o a v a i l a b l e m a t e r i a l s i n t h e M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y E l e c t r o m a g n e t i c s R e s e a r c h g r o u p . S i m u l a t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e p o t e n t i a l f o r l a t e r c o m p a r i s o n w i t h a c t u a l m e a s u r e m e n t s o f t h e s e m a t e r i a l s . T h e s e p l o t s s h o w t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e c a l c u l a t e d a t 2 1 f r e q u e n c i e s a c r o s s t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e . 1 1 2 1 L a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , . 1 2 5 " t h i c k . T M 1 2 ' P h a s e I 0 . 5 3 4 _ _ 2 9 3 r : I ” ? 0 . 5 3 2 - — - 2 9 4 g : : I E ‘ 1 2 ' - a ) 0 . 5 3 0 - — _ - 2 . 9 5 g 3 8 T M , j , ‘ 6 M a g n i t u d e j 0 . 5 2 8 " - - 2 . 9 6 r T M 1 8 \ . j T M 1 1 o \ _ _ _ _ - l 1 l l l l L l l I 1 l I l l I l l l l l l L I l l l I l i 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f M o d e s ( N ) F i g u r e 5 . 1 . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z , u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n . 1 1 3 I I 0 . 5 3 4 - 0 . 5 3 2 ' - " T M 1 4 I S 1 1 | 0 . 5 3 0 ' 0 . 5 2 8 " " T M 1 8 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 F i g u r e 5 . 2 . M a g n i t u d e o f S E ? ” f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 G H z . 1 1 4 s . s a _ . _ p h a 0 0 0 t p o 0 0 0 0 0 5 n r m m h f o — - _ : : ' - ‘ T : - - - : . 2 : : F . , i o a e b e 3 . 0 t t r f e o d e t a a d c c . t a 2 T t n t o r . e t l m t n n h f h e ” a c 5 T g s a h f a . 1 l M n e c i o t . . n e a e f r s x h i c k n e . u i e d fl c s c r i r e n m a s e I c s h e i t k v s a a e , a e t c l l e y m t i a e e r s t h r t s l h g o i o x s e o d o n t o o i e l d e r u u a a t e s o i , o o f d t m l c t c u g h 0 9 8 7 6 2 2 2 5 4 3 5 u l e 2 v i x a p f o M t w a u t t 0 0 0 . . . 5 5 5 3 2 2 0 ” 0 0 0 u . 5 . 5 . 2 2 5 5 5 r 1 s 1 o i u s ” o d t e n m . . g — — _ ) F F t T 5 I s t S t f a M ? e 6 l e g e M i h t G . o h i h r n e E ' s l l c 1 c 2 o 5 r h ' o t b F G M 1 2 5 ' C k . b . m o s h o . e z l f s e o t t n S i r a c , i o c a i t l e c T c h t r u e i I f t l o e d u n s l l b e n . i e e n s v p . 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T h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T A - I ' 1 v m o d e . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . l / v . 1 2 5 — o — 1 3 1 1 : . 1 2 5 " — — . . — — p h a s e . 1 2 5 " E c c o s o r b F G M 1 2 5 — o - — I S 1 1 I . 2 5 0 " — — — I — — p h a s e . 2 5 0 " 0 . 7 0 . . O . . . . o O O 0 ° 0 O o o o O ‘ ° ° ' . J _ - 2 . 4 0 . 2 0 . 6 0 L - : ' 2 ' 5 0 L - : - 2 . 6 0 2 g ; . E 5 . 2 : 2 0 . 5 0 - ' - _ 1 ' 2 - 7 0 E S Q ; ' ' ' - : 2 8 0 : 9 : - ' _ - ‘ - c u - - ‘ _ ' 8 . 0 . 4 0 - . I \ - ' _ ' 2 . 9 0 - € - 3 . 0 0 0 . 3 0 - I I I I l I I I I I L I I I . - . 3 . 1 0 8 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 4 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l l ” ; f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a n d E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T 1 1 1 1 6 2 a n d T 1 1 1 1 6 0 m o d e s . 1 2 6 — ‘ D — ' 3 1 1 ' E c c o s o r b F G M 4 0 — ' — — P h a s e . 0 4 0 " t h i c k 0 . 7 t - - 2 . 4 - - 2 . 5 - 2 . 6 1 7 3 ‘ C . ‘ 2 - 2 . 7 ' 8 t , ( D - 2 . 8 g ; . C . ’ D . 2 . 9 - 3 0 3 I l I I I I L J I L I I I I l I I I I l I I T - 3 - 1 a 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 5 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i ? ” f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 4 0 , 0 . 0 4 0 ” t h i c k f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M 1 4 0 a n d T M 1 3 8 m o d e s . 1 2 7 E c c o s o r b F G M 4 O . 0 4 0 " t h i c k o n E c c o s o r b F G M 1 2 5 . 1 2 5 " t h i c k — — 0 — — I S 1 1 I — I — p h a s e ( r a d i a n s ) 0 . 7 . . . i . - W 1 - 2 4 0 - - 3 2 . 5 0 0 . 6 - - P i _ - 2 . 6 0 1 7 1 ‘ j C r - . 5 9 T — t - ‘ 2 . 7 0 1 % a 0 . 5 - 1 ‘ h ’ _ _ ' - 1 g b ‘ 1 ' 2 . 8 0 m - - . c _ W : D . 0 . 4 I — _ - ' 2 . 9 0 : - : - 3 . 0 0 0 . 3 I I I 4 l I I I I I I 4 I I l I - l _ 3 . 1 0 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 6 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l i y f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 4 0 , 0 . 0 4 0 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . m o d e s . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T 1 1 1 1 4 0 a n d T 1 1 1 1 3 8 1 2 8 P l e x i g l a s s . 1 2 5 " t h i c k — I — — p h a s e ( r a d i a n s ) o n E c c o s o r b F G M 1 2 5 . 1 2 5 " t h i c k — 0 — I S 1 1 I 0 . 7 ' - § 2 . 4 - l r - 4 . - 3 - 2 . 5 0 . 6 — : L - ' ' 2 6 7 5 C - . L U _ . ' 0 1 ‘ : 0 5 — " 2 ' 7 S a ) _ V " ‘ ' 2 . 8 m . C . . a 0 . 4 - . ' 2 - 9 F : - 3 . 0 f : 0 . 3 I I I I l I I I I I I I I I I J I I l l I - 3 . 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 7 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i l l ! ” f o r 1 l a y e r o f P l e x i g l a s s , 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M l 1 5 a n d T M 1 1 4 m o d e s . 1 2 9 N y l o n . 1 2 5 " t h i c k o n E c c o s o r b F G M 1 2 5 . 1 2 5 " t h i c k — — D — I S 1 1 I — — I — — p h a s e 0 . 7 . ' - § - 2 . 4 - - " - 2 . 5 0 . 6 - : - : - 2 . 6 ’ a ? C - 2 . 5 5 _ ' ‘ ‘ O : - 0 . 5 - - 2 . 7 g Q » g 1 - 2 . 8 m i - . C t o . 0 . 4 1 - 2 . 9 : 3 . 0 0 . 3 L I I I J I I I I J I I ; J I I I I I I - 3 . 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 8 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i ? ” f o r 1 l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M 1 1 6 a n d T M 1 1 4 m o d e s . 1 3 0 f 2 T ( € 1 # ) _ - e 1 m ( t 1 r 7 5 1 ‘ ) _ t h l y i S l l T ) o f s y n t h e t i c a l l y g e n e r a t e d d a t a . 5 . 6 . 1 T w o T h i c k n e s s M e t h o d M o d a l A n a l y s i s A n e s t i m a t i o n o f S i g n ” d u e t o a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s w a s c a l c u l a t e d f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e n o m i n a l v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M l 2 5 f o u n d i n T a b l e 5 . 1 . T h e s e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t v a l u e s w e r e o b t a i n e d b y e x t r a p o l a t i n g u s i n g t h e T 1 1 1 1 6 2 a n d T i l / 1 1 6 0 m o d e s f o r t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f F G M l 2 5 , w h e r e t h e t h i c k n e s s e s w e r e 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” . T h e p l o t s o f S i g n ! i n t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e f o r b o t h t h i c k - n e s s e s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 4 . I f n o e r r o r s a r e p r e s e n t i n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n , a n d o t h e r n u m e r i c a l p r o c e s s e s , t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t v a l u e s r e p r e s e n t a n a c c u r a t e e s t i m a t e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s , r e p r e s e n t e d h e r e a s S i f t ” . A s m e n t i o n e d i n s e c t i o n 5 . 1 , u s i n g f e w e r m o d e s o r s o m e o t h e r s o u r c e s o f e r r o r r e s u l t s i n a r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t w h i c h d i f f e r s f r o m S f ‘ f t r . A m o r e r i g o r o u s e x a m i n a t i o n o f t h e e f f e c t o f m e a s u r e m e n t e r r o r o r r a n d o m n o i s e o n t h e m e a s u r e m e n t s y s t e m i s e x a m i n e d i n C h a p t e r 6 . T o e x a m i n e t h e e f f e c t o f u s i n g f e w e r m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i o n a l g o r i t h m , S i f t " w a s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n p r o c e s s a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e . T h u s , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i o n i s u n d e r t a k e n b y r e w r i t i n g ( 2 . 3 9 ) a s e h 9 2 T ( € 1 N ) : 5 1 3 % ) — S i l l e T f ( 5 - 3 ) t h y t h y . . T h e v a l u e s f o r 5 1 1 ( 1 T ) a n d 5 1 1 ( 2 T ) a r e c a l c u l a t e d b y u s m g N m o d e s , a n d t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m s i m u l t a n e o u s l y m i n i m i z e s f 2 T ( € , 1 1 . ) a n d g g fl e , 1 1 . ) . T h e r e s u l t s f o r d i f f e r e n t v a l u e s o f N a r e d i s p l a y e d i n F i g u r e 5 . 2 0 - F i g u r e 5 . 2 3 . T h e d i f f e r e n t l i n e s o n t h e g r a p h s r e p r e s e n t t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s o l ' ) t a . i n e d w h e n u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n . C o n s i d e r F i g u r e 5 . 2 0 , w h i c h d i s p l a y s e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . u s i n g d i f f e r e n t n u m - 1 3 1 b e r s o f m o d e s a t 2 1 f r e q u e n c i e s a c r o s s X - b a n d . N o t e t h a t a d e fi n i t e s h i f t i n t h e s h a p e o f t h e p a t t e r n i s f o u n d w h e n t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d f r o m t h e fi r s t 3 t o i n c l u d e t h e 4 t h m o d e , w h i c h i s t h e T 0 1 1 2 m o d e . H o w e v e r , a l s o n o t e t h a t w h e n t h e n e x t 1 0 m o d e s a r e i n c l u d e d , t h e v a l u e f o r 6 ; . c h a n g e s v e r y l i t t l e . W h e n t h e 1 5 t h m o d e i s i n c l u d e d , w h i c h i s t h e T 0 1 1 4 m o d e , n o t e t h a t t h e v a l u e i n c r e a s e s b y a p p r o x i m a t e l y 1 % i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s f o r 6 1 . . I n a d d i t i o n , a n o t h e r e x t r a c t i o n w a s p e r f o r m e d b y e x c l u d i n g m o d e s 5 - 1 3 , a n d o n l y i n c l u d i n g t h e fi r s t 6 m o d e s w h i c h m a k e a m a j o r c o n t r i b u t i o n t o t h e v a l u e o f t h e r e fl e c - t i o n c o e f fi c i e n t , m o d e s 1 - 4 , 1 4 , a n d 1 5 f r o m T a b l e D . 1 . N o t e t h a t i n t h i s e x t r a c t i o n , d e n o t e d b y t h e l a b e l P 6 , t h e v a l u e s a r e a l m o s t i d e n t i c a l t o t h o s e e x t r a c t e d u s i n g t h e fi r s t 1 5 m o d e s . T h i s r e s u l t i s c o n s i s t e n t w i t h t h e o b s e r v a t i o n i n s e c t i o n 5 . 3 t h a t m o d e s 5 - 1 3 h a d v e r y l i t t l e e f f e c t o n t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e r e s u l t s o f t h e t h e o r e t i c a l r e - fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . A s m o r e o f t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t a r e a d d e d , n o t e t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s m o v e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l - u e s . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s e m p l o y e d i n t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m , t h e e x t r a c t e d v a l u e s , d e n o t e d b y t h e l a b e l x , a g r e e v e r y w e l l w i t h t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e l i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g t h e T 1 1 1 1 2 0 a n d T M 1 1 8 m o d e s . T h i s a l s o a g r e e s w i t h t h e o b s e r v a t i o n m a d e i n s e c t i o n 5 . 3 r e g a r d i n g t h e l i n e a r e x t r a p o l a - t i o n m e t h o d . B y u s i n g f e w e r m o d e s , a n d i n t h i s c a s e e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T 1 1 1 1 2 0 m o d e , t h e e x t r a c t e d v a l u e s w e r e e x t r e m e l y c l o s e , w i t h l e s s t h a n 0 . 1 % d e v i a t i o n f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s . F i g u r e 5 . 2 1 s h o w s a s i m i l a r p l o t o f e f f . R e c a l l t h a t t h e p e r m i t t i v i t y i n t h i s d i s s e r t a - t i o n i s d e s c r i b e d a s t h e c o m p l e x q u a n t i t y 6 2 6 0 M . — j e g ) . T h u s f o r a n y c o n v e n t i o n a l m a t e r i a l , 6 ; ! i s p o s i t i v e . N o t e t h a t i n F i g u r e 5 . 2 1 , t h e m a j o r i t y o f t h e v a l u e s e x - t r a c t e d f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e n e g a t i v e , e v e n w h e n t h e fi r s t 1 4 m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h i s i s n o t p h y s i c a l l y r e a l i s t i c f o r t h i s t y p e o f m a t e r i a l . W h e n t h e T A / 1 1 4 m o d e i s i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , m o s t o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e 1 3 2 I : f ’ l i : C H 2 , ‘ r i i w L " ' P V C . 1 1 9 " t h i c k o n E c c o s o r b F G M 1 2 5 . 1 2 5 " t h i c k — - O - — - | S 1 1 | — — I — — p h a s e 0 . 7 . L J y : - 2 . 4 E f 2 5 0 . 6 — : : - ' - - 2 . 6 ’ 1 } ? 2 C - . 9 2 “ ' 0 C O : 2 C D ( I ) < 1 3 . C O . 0 . 3 I I I I l I I I I l I J ; I _ I J I I I I I I I T - 3 - 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 1 9 . E x t r a p o l a t e d v a l u e s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S 1 ? ” f o r 1 l a y e r o f P V C , 0 . 1 1 9 ” t h i c k o n t o p o f 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . L i n e a r e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d u s i n g T M l 1 6 a n d T M 1 1 4 m o d e s . p o s i t i v e . T h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! m i g r a t e i n t h e d i r e c t i o n t o w a r d t h e n o m i n a l v a l - u e s a s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , s i m i l a r t o F i g u r e 5 . 2 0 . I n a d d i t i o n , w h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d u s i n g t h e T M 1 2 0 a n d T M 1 1 8 m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n , a g a i n s h o w n b y t h e m a r k e r X , t h e v a l u e s a r e a l m o s t i d e n t i c a l t o t h e n o m i n a l v a l u e s . 1 3 3 I I I I I l 7 . 3 7 . 2 I Y I T T j I r I I I 7 . 1 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 0 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S 3 3 7 . ) a n d S f ‘ n g ) . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . C o n s i d e r t h e p l o t s o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f M T s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 2 . N o t e t h a t i n t h i s fi g u r e , w h e n t h e fi r s t t h r e e m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e a c t u a l l y q u i t e c l o s e t o t h e n o m i n a l v a l u e s o f 1 1 4 . . W h e n t h e f o u r t h m o d e , t h e T M l 2 m o d e i s a d d e d , t h e v a l u e s a c t u a l l y s h o w t h e i r g r e a t e s t e r r o r f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s , a p p r o x i m a t e l y 3 % . A s m o r e m o d e s a r e a d d e d t o t h e s o l u t i o n , t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; . m i g r a t e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s . F i g u r e 5 . 2 3 , i n c o n t r a s t , e x h i b i t s t h e g r e a t e s t e x t r a c t i o n e r r o r w h e n o n l y t h e fi r s t 3 m o d e s a r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n o f 1 . 1 . 1 3 . A s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d i n t h e s o l u t i o n , t h e e r r o r i n t h e e x t r a c t e d i m a g i n a r y p a r t o f t h e p e r m e a b i l i t y d e c r e a s e s . 1 3 4 > w o o m u w o m w u j r I x l a I " " K : . 1 x i i h a n a l L a b e l 1 m o d e s u s e d p l q l T E I O : T 1 3 3 0 , T 1 5 1 2 T E 1 0 , T E 3 0 9 T E 1 2 1 T M 1 2 1 s t 1 4 m o d e s i n T a b l e D . 1 1 s t 1 5 m o d e s i n T a b l e D . 1 T E 1 0 , T E 3 0 , T E 1 2 , T M l g , T E 1 4 , T M l 4 T E “ ) , T E 3 0 , T E l P , T M ” , 2 , 4 , 6 T E 1 0 , T E 3 0 , T E 1 p , T M l P 2 , 4 , 6 , 8 T E 1 0 , T E 3 0 , T E l g , T M l p 2 , 4 , 6 , 8 , 1 0 T E l O , T E 3 0 , T E m T M l p 2 , 4 , 6 , 8 , 1 0 , 1 2 T q u , T E 1 p , T M 1 p + e x t r a p o l a t i o n 2 - 2 0 , e v e n 1 , 3 T a b l e 5 . 2 . K e y f o r m o d e s u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r e x t r a c t i o n m e t h o d s , f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 ( 1 0 5 - o . 1 5 _ - 8 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 1 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M I Z 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o e x t r t r g e n e r a t e S 1 1 ( I T ) a n d S i fi fl ) ‘ T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 3 5 fl a w - 2 , ) = , E . S S E : h h ) — S h I n s u m m a r y , w h e n u s i n g j u s t t h e fi r s t f o u r m o d e s i n t h e s o l u t i o n , a l l e x t r a c t e d p a r a m e t e r s a r e w i t h i n 3 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . U s i n g f e w e r m o d e s t h a n t h i s f u r t h e r i n c r e a s e s t h e e r r o r s f o r t h r e e o f t h e f o u r p a r t s o f t h e p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v - i t y . I n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n d e c r e a s e s t h e e r r o r s , a n d i t i s n o t e d t h a t o m i t t i n g t h e m o d e s w h i c h d o n o t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y c h a n g e t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . 5 . 6 . 2 T w o L a y e r M e t h o d M o d a l A n a l y s i s T h i s s e c t i o n i s a s t u d y o f t h e e f f e c t o f u s i n g N m o d e s i n t h e t w o l a y e r m e t h o d f o r m a - t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . R e c a l l f r o m s e c t i o n 2 . 6 . 1 t h a t t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s a r e q u i t e s i m i l a r i n t h e m e t h o d s o f e x t r a c t i n g t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . B o t h c o n s t r u c t t w o f u n c t i o n s t h a t c o m p u t e t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e m e a s u r e d a n d t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s , a n d t h o s e f u n c t i o n s a r e s i m u l t a n e o u s l y m i n i m i z e d t o a r r i v e a t t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s , 6 a n d [ L T h e p r i m a r y d i f f e r e n c e s e x i s t i n t h e m a n n e r i n w h i c h t h e t h e o r e t i c a l r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t s a r e c a l c u l a t e d . I t i s d e s i r a b l e t o e x a m i n e t h e p e r f o r m a n c e o f t h e t w o l a y e r m e t h o d w h e n N m o d e s a r e u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s i n a m a n n e r s i m i l a r t o t h e i n v e s t i g a t i o n p e r f o r m e d o n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i n s e c t i o n 5 . 6 . 1 . F o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , t h e f u n c t i o n s w h i c h a r e m i n i m i z e d , f r o m ( 2 . 7 ) , a r e , I - g ( 6 2 , u 2 ) = S E E S - 5 3 3 ( 2 ) , ( 5 . 4 ) , e r r f r c r t r . . . . . a . . , , i H U I , t h y . . w h e r e 8 1 1 ( 1 ) a n d 8 1 1 ( 2 ) a r e u s e d a s t h e m e a s u r e d \ a l u e s . 8 1 1 ( 1 ) a n d 3 1 1 ( 2 ) a r e c a l c u l a t e d u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f m o d e s . 5 . 6 . 2 . 1 T w o L a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 T o g i v e a s d i r e c t a c o m p a r i s o n a s p o s s i b l e t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e e x t r a c t i o n s i m u l a t i o n w a s u n d e r t a k e n b y u s i n g t h e i d e n t i c a l ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e s t h a t w e r e u s e d 1 3 6 ' ' . , . e r t r _ e r t r e a ' t r _ e r t r , 1 n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , s o 5 1 1 ( 1 ) — 8 1 1 ( 1 T ) a n d 5 1 1 ( 2 ) — S l l ( 2 T ) ' R e c a l l t h a t E f fi g y . ) w a s s i m u l a t e d f o r o n e 0 . 1 2 5 ” t h i c k l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , a n d S f f f é T ) w a s s i m u l a t e d w h e n a n o t h e r 0 . 1 2 5 ” l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 w a s p l a c e d o n t o p o f t h e fi r s t l a y e r , m a k i n g a t o t a l t h i c k n e s s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 t h a t w a s 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 3 I n t h e t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n , i t i s a s s u m e d t h a t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e t o p l a y e r a r e k n o w n . I n t h i s s i m u l a t e d e x t r a c t i o n , t h e n o m i n a l v a l u e s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 w e r e u s e d a s t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r t h e t o p l a y e r . S i n c e t h e n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d t o g e n e r a t e S f f f l ‘ T ) a n d S f ‘ f n g ) , t h e p r i m a r y s o u r c e o f e r r o r i n t h i s m e t h o d i s t h e d i f f e r e n c e i n t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d t o c a l c u l a t e S i g n a n d S i g n . C o n s i d e r F i g u r e 5 . 2 4 , w h i c h d i s p l a y s 6 ; . e x t r a c t e d u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s a t 2 1 f r e q u e n c i e s a c r o s s X - b a n d . T h e d i f f e r e n t p l o t s d i s p l a y e d i n t h i s fi g u r e c o r r e - s p o n d t o d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . O n l y t h e m o d e s w h i c h m a d e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i - c a l r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t w e r e u s e d i n t h i s e x t r a c t i o n . T h e j u s t i fi c a t i o n f o r t h i s s t e p i s t w o f o l d . F i r s t , t h e o m i s s i o n o f t h e s e m o d e s , a s w a s s h o w n i n s e c t i o n 5 . 3 , d o e s n o t s i g n i fi c a n t l y a f f e c t t h e v a l u e s c o m p u t e d f o r t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . T h i s w a s s h o w n t o n o t s i g n i fi c a n t l y a f f e c t t h e e x t r a c t i o n o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i n F i g u r e 5 . 2 0 — F i g u r e 5 . 2 3 . T h i s o b s e r v a t i o n w a s a l s o c o n fi r m e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e e x t r a c t i o n r e s u l t s f r o m t h e t w o l a y e r m e t h o d w h e n t h e fi r s t 1 5 m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n y i e l d a l m o s t i d e n t i c a l r e s u l t s f o r t h e c a s e w h e n o n l y m o d e s 1 , 2 , 3 , 4 , 1 4 , a n d 1 5 w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e s e c - o n d j u s t i fi c a t i o n i s r e l a t e d t o t h e c o m p u t a t i o n a l r e s o u r c e s a v a i l a b l e . D u e t o t h e m o r e c o m p l i c a t e d G r e e n ’ s f u n c t i o n u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n t i m e n e e d e d t o c o m p u t e e a c h m a t r i x e l e m e n t i n t h e M o M s o l u t i o n i n c r e a s e d b y a p - p r o x i m a t e l y 5 0 % o v e r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h u s , t h e c o m p u t a t i o n a l t i m e s a v e d b y o n l y u s i n g t h e m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e t o S i ’ l l y a l l o w e d f o r c o m p a r a b l e r e s u l t s w i t h 1 3 7 l e s s c o m p u t a t i o n a l e x p e n s e . N o t e t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . i n F i g u r e 5 . 2 4 f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d h a v e a m a x i m u m e r r o r t h a t i s 5 0 % b e l o w t h e n o m i n a l v a l u e s v a l u e s i n t h e l o w e r h a l f o f t h e f r e q u e n c y b a n d , e v e n w h e n t h e fi r s t 1 0 s i g n i f i c a n t m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . T h e u s e o f 1 0 m o d e s i n c l u d e s t h e T l l f l 8 m o d e . T h e s e e r r o r s a r e m u c h l a r g e r t h a n t h e e r r o r s o b s e r v e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r t h e s a m e m a t e r i a l l a y e r c o n fi g u r a t i o n i n F i g u r e 5 . 2 0 . T h e v a l u e s d o m i g r a t e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s a s t h e n u m b e r o f m o d e s i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n i s i n c r e a s e d . H o w e v e r n o t e t h a t w h e n c o m p a r i n g t h e s a m e n u m b e r o f m o d e s w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i o n , t h e r e a r e g r e a t e r e r r o r s w h i c h r e s u l t . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s e m p l o y e d i n t h e e x t r a c t i o n , a s s h o w n b y t h e s o l i d l i n e , t h e v a l u e s w e r e n m c h c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s . A l s o n o t e t h a t w h e n 6 m o d e s a r e u s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a t t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d a r e g r e a t l y v a r y i n g . A s i m i l a r p l o t f o r t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 5 . H e r e a g a i n , n o t e t h a t t h e e r r o r s a r e m u c h l a r g e r f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d t h a n t h e y w e r e f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , w h e n u s i n g t h e s a m e n u m b e r o f m o d e s . A s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n i n c r e a s e s , t h e v a l u e s f o r e fi . ’ g e n e r a l l y m o v e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s . I t i s a l s o n o t e d t h a t t h e r e s u l t s a r e a g a i n v a r y i n g w h e n 6 m o d e s a r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n m e t h o d . C o n s i d e r F i g u r e 5 . 2 6 , w h i c h s h o w s t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 7 , . u s i n g t h e t w o l z - i y e r m e t h o d . H e r e t h e e x t r a c t e d v a l u e s h a v e e r r o r s o f a p p r o x i m a t e l y 3 0 % f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d e v e n w h e n t h e fi r s t 1 0 s i g n i fi c a n t m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . S i m i l a r t o w h a t w a s o b s e r v e d w i t h t h e p e r m i t t i v i t y , w h e n t h e fi r s t 6 s i g n i f i c a n t m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n , t h e v a l u e s f o r I L L ; e x t r a c t e d i n t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d a r e e r r a t i c . H o w e v e r , a s m o r e s i g n i fi c a n t m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , t h e r e s u l t s m i g r a t e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d , t h e v a l u e s a r e q u i t e c l o s e t o t h e n o m i n a l v a l u e s . H o w e v e r , j u s t 1 3 8 u s i n g t h e fi r s t 1 0 s i g n i f i c a n t m o d e s d o e s n o t p r o d u c e r e s u l t s t h a t a r e a s c l o s e a s t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w h e n t h e s a m e m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . T h e i m a g i n a r y p a r t o f t h e p e r m e a b i l i t y t h a t w a s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d i s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 7 . N o t e t h a t t h e t r e n d o b s e r v e d f o r t h i s e x t r a c t i o n i s s i m i l a r t o t h o s e f o u n d i n F i g u r e 5 . 2 4 - F i g u r e 5 . 2 6 . H o w e v e r , a t t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y r a n g e , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e m u c h c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s , w i t h a m a x i m u m d e v i a t i o n o f l e s s t h a n 1 0 % . A t m i d b a n d , t h e r e i s a g r e a t e r d e v i a t i o n f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s , w i t h a m a x i m u m d e v i a t i o n 1 0 0 % l a r g e r t h a n t h e n o m i n a l v a l u e s . A t t h e h i g h e r e n d t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e a g a i n c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s , e s p e c i a l l y w h e n t h e fi r s t 8 a n d 1 0 s i g n i fi c a n t m o d e s a r e u s e d . T h e e x c e p t i o n i s w h e n j u s t 6 s i g n i fi c a n t m o d e s a r e u s e d . T h e s e r e s u l t s s h o w a m u c h g r e a t e r e r r o r d u e t o u s i n g f e w e r m o d e s t h a n t h a t o b s e r v e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 5 . 6 . 2 . 2 T o p L a y e r o f N y l o n , B o t t o m L a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 A l t h o u g h t h e t w o l a y e r m e t h o d a p p e a r s t o h a v e g r e a t e r e r r o r s i n t h e e x t r a c t e d p a r a m - e t e r s b y u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n , i t i s p o s s i b l e t h a t a d i f f e r e n t , t o p l a y e r m a t e r i a l m a y p r o d u c e l e s s e r r o r i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . A s w a s n o t e d i n s e c t i o n 5 . 4 , w h e n d i e l e c t r i c m a t e r i a l s a r e u s e d a s t h e t o p l a y e r , a d d i t i o n a l T E o d d o m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e s o l u t i o n . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e c o n t r i - b u t i o n o f t h e s e a d d i t i o n a l m o d e s o r t h e d i f f e r e n t m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e d i e l e c t r i c l a y e r m a y r e d u c e t h e e r r o r s f o r t h i s m o d a l a n a l y s i s o f t h e t w o l a y e r m e t h o d . T o e x - a m i n e t h i s p o s s i b i l i t y , a m o d a l a n a l y s i s o f t h e t w o l a y e r m e t h o d w a s p e r f o r m e d u s i n g N y l o n f o r t h e t o p l a y e r a n d E c c o s o r b F G M 1 2 5 f o r t h e b o t t o m l a y e r . I n t h i s s i m u l a t i o n , t h e ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n a r e t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s f o r o n e l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S f f f f ) ’ s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 4 , a n d S f ‘ fi t g ) c a l c u l a t e d f o r o n e 0 . 1 2 5 ” l a y e r o f N y l o n o n t o p o f a 0 . 1 2 5 ” l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 8 . I t i s a s s u m e d t h a t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s 1 3 9 r I I I T I I I I I I I T ' I I I I ' I I I I ' I I l T r I I I a n o m i n a l v a l u e s ' 0 . 6 3 0 . 6 2 0 6 1 u , ‘ 0 . 6 0 . 5 9 0 . 5 8 0 . 5 7 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 2 . E x t r a c t e d v a l u e s o f a ; f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e $ n g ) a n d S f n g ) . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 0 I I I 1 I I I I ' I I I I l I T T I ' I I I I ' I I I I ' I r I I C J n o m i n a l v a l u e s l J r 0 . 8 0 . 7 0 . 6 0 . 5 0 . 4 0 . 3 0 . 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 3 . E x t r a c t e d v a l u e s o f n fi . ’ f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k , f o r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S i x t h ) a n d S ? ” 1 ( 1 ( 2 T ) ‘ T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 1 w “ 4 2 i 0 I I I I I l I I I I I I 8 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 4 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 : . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f ‘ f g ) a n d S f ‘ fl t g ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 5 . E x t r a c t e d v a l u e s o f e j . ’ f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f f f f ) a n d 5 1 3 5 1 5 3 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 3 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 6 . E x t r a c t e d v a l u e s o f a ; f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e 5 1 3 1 5 8 ) a n d 5 : 1 3 5 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 4 1 . 5 - - - - — — - a 1 o — - — — n B E o m i n a l v a l u e s 2 l l I F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 7 . E x t r a c t e d v a l u e s o f u f . ’ f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f fi t f ) a n d 5 5 3 5 1 3 5 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 5 . 2 . 1 4 5 o f t h e t o p l a y e r o f N y l o n a r e k n o w n , a n d t h e y a r e f o u n d i n T a b l e F . 2 . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n , a n d t h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 8 - F i g u r e 5 . 3 1 . C o n s i d e r t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; , f o u n d i n F i g u r e 5 . 2 8 . N o t e t h a t t h e l a r g e s t e r r o r s a r e s e e n a t t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d w h e n j u s t . a f e w m o d e s h a v e b e e n i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . I n f a c e , c u r v e a , w h i c h s h o w s t h e r e s u l t s f r o m j u s t t h e fi r s t f o u r m o d e s , s h o w s e r r o r s o f a p p r o x i m a t e l y 3 3 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s o n t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . T h e s e e r r o r s d e c r e a s e i n t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . T h e o t h e r l i n e s , w h i c h s h o w t h e r e s u l t s a s a d d i t i o n a l m o d e s a r e a d d e d t o t h e s o l u t i o n , s h o w a s i m i l a r s h a p e . T h e g e n e r a l t r e n d o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s m i g r a t e t o w a r d t h e n o m i n a l v a l u e s a s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . I n t h i s s i m u l a t i o n , t h e l i n e a r e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s e m p l o y e d u s i n g t h e c o n t r i b u t i n g m o d e s u p t o t h e T i l / 1 1 1 4 m o d e , s h o w n b y l i n e g . N o t e t h a t t h e s e v a l u e s a r e w i t h i n 1 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . C o m p a r e F i g u r e 5 . 2 8 t o t h e r e s u l t s s h o w n f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h E c c o s o r b F G M l Z 5 a s t h e t o p l a y e r , i n F i g u r e 5 . 2 4 . W h e n E c c o s o r b F G M 1 2 5 w a s t h e t o p l a y e r , t h e e r r o r s w e r e m u c h l a r g e r w h e n a s m a l l e r n u m b e r o f m o d e s w e r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . I t i s n o t u n t i l t h e T M m m o d e i s i n c l u d e d i n F i g u r e 5 . 2 4 t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s h a v e a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e s h a p e a s t h a t s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 8 u s i n g t h e fi r s t f o u r m o d e s f o r N y l o n a s t h e t o p l a y e r . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d , t h e v a l u e s a r e w i t h i n 1 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s w i t h e i t h e r t o p l a y e r . H o w e v e r , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e e x t r a p o l a t i o n w a s p e r f o r m e d i n t h e N y l o n t o p l a y e r s i m u l a t i o n o n l y u s i n g t h e T 1 1 1 1 1 4 m o d e , b u t t h e t o t a l n u m b e r o f m o d e s u s e d w a s l a r g e r . T h i s w a s d u e t o t h e f a c t t h a t t h e T E o d d O m o d e s a l s o m a d e a s i g n i f i c a n t c o n t r i l m t i o n t o t h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t a n d w e r e i n c l u d e d i n t h e s i m u l a t i o n f o r t h e N y l o n t o p l a y e r . T h u s , m o r e t o t a l m o d e s , 2 9 i n a l l , w e r e u s e d i n t h e N y l o n e x t r a p o l a t i o n r e s u l t . T h e s i m u l a t i o n w i t h E c c o s o r b F G M l 2 5 a s t h e t o p l a y e r u s e d u p t o t h e T 1 1 1 1 2 0 m o d e i n 1 4 6 t h e e x t r a c t i o n , w i t h a t o t a l o f 2 2 m o d e s . T h e e x t r a c t e d r e s u l t s f o r 6 ; ! a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 9 . T h e g e n e r a l t r e n d o f t h e fi g u r e i s c o n s i s t e n t w i t h t h e e x p e c t a t i o n t h a t a s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , t h e v a l u e s f o r e fi . ’ m o v e i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e e x t r a c t e d v a l u e s s h o w e r r o r s w e l l i n e x c e s s o f 5 0 0 % f o r a l l o f t h e m o d a l s o l u t i o n , w i t h t h e e x c e p t i o n o f t h e e x t r a p o l a t e d r e s u l t s , s h o w n b y l i n e g . T h o s e e r r o r s a r e w i t h i n a p p r o x i m a t e l y 1 0 0 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . H o w e v e r , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e v a l u e s f o r 6 ; ! a r e r a t h e r s m a l l , m o s t l y b e l o w 0 . 5 . T h e r e s u l t s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 9 , h o w e v e r , d o p r e s e n t a S i g n i fi c a n t i m p r o v e m e n t o v e r t h e r e s u l t s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 5 , u s i n g E c c o s o r b F G M l 2 5 a s t h e t o p l a y e r . A l l o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s u s i n g N y l o n a s t h e t o p l a y e r a r e p h y s i c a l l y p o s s i b l e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r 6 5 ! , e v e n w h e n u s i n g o n l y 4 m o d e s . H o w e v e r , w h e n t h e t o p l a y e r w a s E c c o s o r b F G M 1 2 5 , t h e o n l y s i m u l a t i o n s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 5 w h e r e t h i s i s t r u e w a s o b t a i n e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . N o t e t h a t w h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d , t h e v a l u e s o b t a i n e d f o r e fi . ’ a r e w i t h i n 5 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s , r e g a r d l e s s o f t h e t o p l a y e r u s e d . F i g u r e 5 . 3 0 d i s p l a y s t h e e x t r a c t e d r e s u l t s f o r a ; w h e n N y l o n i s u s e d a s t h e t o p l a y e r . W h e n o n l y t h e fi r s t 4 m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n , b o t h t h e h i g h a n d l o w f r e q u e n c i e s i n t h e X — b a n d s h o w e r r o r s i n t h e e x t r a c t e d v a l u e s t h a t a r e a p p r o x i m a t e l y 3 0 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . N e a r t h e m i d d l e o f t h e f r e q u e n c y b a n d t h e s e e r r o r s a r e s m a l l e r , w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s w i t h i n 5 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s n e a r 1 0 . 4 G H z . A s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n i s i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r # l m i g r a t e t o w a r d t h e n o m i n a l v a l u e s . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e w i t h i n 0 . 5 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s f o r t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d . C o m p a r e t h e s e r e s u l t s w i t h t h o s e o f F i g u r e 5 . 2 6 . I t i s a g a i n c l e a r t h a t w h e n a l l o f t h e m o d e s u p t o t h e s a m e T N ! m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n , t h e u s e o f N y l o n a s a 1 4 7 t o p l a y e r p r o d u c e s e x t r a c t e d v a l u e s t h a t a r e c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s t h a n w h e n E c c o s o r b F G M I 2 5 i s u s e d a s t h e t o p l a y e r . T h e i m a g i n a r y p a r t o f t h e p e r m e a b i l i t y s h o w s a s i m i l a r t r e n d t o t h e o t h e r t h r e e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s , a n d t h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 3 1 . F o r m o s t o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! a r e g r e a t e r t h a n t h e n o m i n a l v a l u e s w h e n d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . H o w e v e r , t h e s e v a l u e s m o v e c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s a s m o r e m o d e s a r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . W h e n c o m p a r e d t o s i m i l a r T M m o d e s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 7 , t h e e x t r a c t e d r e s u l t s a r e c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s t h a n w h e n E c c o s o r b F G M l 2 5 w a s u s e d a s t h e t o p l a y e r . 5 . 7 C o n c l u s i o n s I n o r d e r t o p r a c t i c a l l y d e s c r i b e t h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n a w a v e g u i d e , i t i s c u s t o m a r y t o r e p r e s e n t t h o s e fi e l d s u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f w a v e g u i d e m o d e s . H o w - e v e r , w h e n t h i s r e p r e s e n t a t i o n i s u s e d i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s , m a n y h i g h e r o r d e r m o d e s c o n t r i b u t e t o c a l c u l a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . A n e x - t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e i s d e v e l o p e d i n t h i s c h a p t e r t o o b t a i n a m o r e a c c u r a t e e s t i m a t e o f t h e c o n t r i b u t i o n o f a l a r g e n u m b e r o f m o d e s t o t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t c a l c u l a t i o n . T h i s t e c h n i q u e c a n b e u t i l i z e d t o c a l c u l a t e t h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t f o r o n e o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l . T h i s e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e m a y t h e n b e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s . T h e e f f e c t o f a s m a l l e r n u m b e r o f m o d e s u s e d i n c a l c u l a t i n g t h e r e fl e c t i o n c o e f fi - c i e n t h a s b e e n s t u d i e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . T h e c o n c l u s i o n f o r t h i s g r o u p o f s i m u l a t i o n s i s t h a t t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d n e e d s f e w e r m o d e s t o o b t a i n s a t i s f a c t o r y r e s u l t s t h a n t h e t w o l a y e r m e t h o d w h e n b o t h l a y e r s a r e c o m p o s e d o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . T h e t w o l a y e r m e t h o d i s m u c h m o r e s e n s i t i v e t o t h e e r r o r i n d u c e d b y u s i n g f e w e r m o d e s i n t h e s o l u t i o n t h a n i s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A s i m i l a r p h e n o m e n o n f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d i s o b s e r v e d w h e n a N y l o n i s u s e d a s t h e 1 4 8 t o p l a y e r . A l t h o u g h i t a p p e a r s t o b e s l i g h t l y l e s s s e n s i t i v e t o t h e e r r o r c a u s e d b y f e w e r m o d e s i n t h e s o l u t i o n , i t i s a l s o m u c h l a r g e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n s c h e m e i s u s e d i n b o t h m e t h o d s , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a p p r o a c h t h e n o m i n a l v a l u e s . H o w e v e r , e r r o r s o f l e s s t h a n 5 % a r e o b t a i n e d u s i n g j u s t f o u r m o d e s w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . E v e n u s i n g t h e fi r s t 1 0 s i g n i fi c a n t m o d e s i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h b o t h l a y e r s c o m p r i s e d o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , y i e l d s r e s u l t s t h a t d e v i a t e 3 0 % o r m o r e f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s f o r m u c h o f t h e f r e q u e n c y b a n d i n a l l f o u r p a r a m e t e r s . A t o p l a y e r o f N y l o n s h o w e d s i m i l a r r e s u l t s w h e n o n e c o n s i d e r s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n . W h e n t h e r e s u l t s f r o m t h e s a m e T M l e v e n m o d e s a r e c o m p a r e d , t h e e x t r a c t e d r e s u l t s f r o m a t o p l a y e r o f N y l o n a r e c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s t h a t u s i n g a t o p l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . T h e y d o , h o w e v e r , h a v e m u c h g r e a t e r e r r o r s t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T o m i t i g a t e t h e e r r o r s c a u s e d b y t r u n c a t i n g t h e a p p r o x i m a t i o n o f fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e t o N m o d e s , t h e c o n c l u s i o n o f t h i s m o d a l a n a l y s i s i s t h a t t h e e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d b y t h e t w o l a y e r m e t h o d s h o u l d e m p l o y t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d I t i s n o t e d h e r e t h a t t h e s e s i m u l a t i o n s h a v e d e a l t o n l y w i t h t h e e r r o r i n d u c e d i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t b y u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f m o d e s . I n p r a c t i c e t h e r e a r e a d d i t i o n a l e r r o r s d u e t o p h y s i c a l v a r i a t i o n s i n m a t e r i - a l s , t o l e r a n c e s i n m a t e r i a l q u a n t i t i e s , d e f e c t s i n t h e m a t e r i a l o r m e a s u r i n g d e v i c e s , r a n d o m m e a s u r e m e n t n o i s e , a n d s e v e r a l o t h e r p o t e n t i a l s o u r c e s o f e r r o r . R a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r i s e x a m i n e d f o r i t s e f f e c t o n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s i n t h e n e x t . c h a p t e r . 1 4 9 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 8 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n . 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S S H ) a n d S f fi t g ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 e v e n - l - e v e n T a b l e 5 . 3 . K e y f o r m o d e s u s e d i n 2 L a y e r E x t r a c t i o n M e t h o d u s i n g N y l o n a s t h e t o p l a y e r . 1 5 0 a s a “ ° ' “ ° " ° - a — l n ’ _ ‘ D — l - D . ‘ o - 7 . ” “ 7 7 7 7 . n o m i n a l v a l u e s ' f A . — r T ' W . 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 2 9 . E x t r a c t e d v a l u e s o f e ’ r ' f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f f f f ) a n d 5 : 1 3 5 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 1 5 1 1 r 0 . 8 - ~ - - 0 . 6 I M r . 0 ' 4 _ _ _ _ _ , . _ _ _ fi . _ _ _ . . _ _ _ _ _ _ - . _ _ _ , l . _ _ _ w _ _ . _ _ _ _ _ _ . _ l _ _ _ _ . _ “ _ _ - . - - m . _ _ _ . , . - . - - G - n o m i n a l v a l u e s _ _ l ‘ + a 1 | o b . l c 0 . 2 - — — — ~ r - * # r w 7 1 - - - - - d W ” . i l — v — f . 2 f X 9 O l l I L L i l J L l l l l ‘ 4 l 1 l I l l 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 3 0 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f f f f ) a n d S f ‘ f g ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 1 5 2 N o m i n a l v a l u e s 0 . 4 _ _ - + — a _ - _ - - _ M _ _ 0 . 2 _ — l I l c o m - m n o c 1 1 l l I l l l l I l I 1 l 1 J l l I l l 8 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 5 . 3 1 . E x t r a c t e d v a l u e s o f p ’ r ’ f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h d i f f e r e n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . E x t r a c t i o n w a s s i m u l a t e d f o r a b o t t o m l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e t o p l a y e r w a s a l s o a l a y e r o f N y l o n , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s a r e o v e r 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . N o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e S f f f f ) a n d 8 1 8 1 1 3 3 ) , a n d n o m i n a l v a l u e s w e r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r i n t h e e x t r a c t i o n . K e y f o r e a c h l i n e i n t h e p l o t i s f o u n d i n T a b l e 5 . 3 1 5 3 C H A P T E R 6 S E N S I T I V I T Y A N A L Y S I S D U E T O M E A S U R E M E N T E R R O R I N T H E T W O T H I C K N E S S M E T H O D A N D T W O L A Y E R M E T H O D 6 . 1 I n t r o d u c t i o n T h e g o a l o f s t u d y i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t h e t w o i r i s m e t h o d i s t o d e v e l o p a p r a c t i c a l t e c h n i q u e f o r d e t e r m i n i n g t h e E M p r o p e r t i e s o f a . c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d h a s s h o w n p r o m i s e a s a l a b o r a - t o r y m e t h o d , b u t t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t w o i r i s m e t h o d c a n b e u s e d f o r a n i n . s i t u a p p l i c a t i o n . I t i s d e s i r a b l e t o m e a s u r e t h e t r u e v a l u e o f t h e p r o p e r t i e s o f a s u b s t a n c e , b u t t h e r e a r e a l w a y s e r r o r s t h a t . a r e a s s o c i a t e d w i t h a n y a c t u a l n ' i e a s u r e m e n t . I n t h i s c h a p t e r , t h e u n c e r t a i n t i e s a s s o c i a t e d w i t h m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d a r e q u a n t i fi e d a n d d e s c r i b e d a s a f u n c t i o n o f t h e n e t w o r k a n a l y z e r u n c e r t a i n t y . T h e i m p l i c a t i o n s o f t h i s u n c e r t a i n t y a n a l y s i s t o t h e p r a c t i c a l u s e o f t h e s e m e t h o d s a r e d i s c u s s e d . 6 . 2 D e fi n i t i o n s I n a n y m e a s u r e m e n t , i t i s d e s i r a b l e t o a r r i v e a t t h e t r u e v a l u e o f t h e q u a n t i t y m e a - s u r e d , a n d a c l e a r d e fi n i t i o n o f t h e t e r m s a s s o c i a t e d w i t h m e a s u r e m e n t s a n d u n c e r - t a i n t i e s i s n e c e s s a r y i n u n d e r s t a n d i n g t h e p r o c e s s . T h e t r u e v a l u e o f t h e m e a s u r e m e n t i s t h e v a l u e t h a t i d e a l l y r e fl e c t s t h e p r o p e r t y t h a t i s b e i n g m e a s u r e d , w i t h n o e r r o r s i n t h a t m e a s u r e m e n t . T h e m e a s u r e m e n t e r r o r i s t h e d e v i a t i o n o f t h e m e a s u r e d q u a n t i t y f r o m t h e u n d e r l y i n g t r u e v a l u e [ 5 2 ] . I n a n y r e a l w o r l d m e a s u r e m e n t , t h e r e a r e a l w a y s s o m e m e a s u r e m e n t e r r o r s . E r r o r s m a y b e p r e s e n t d u e t o s e v e r a l d i f f e r e n t f a c t o r s i n t h e m e a s u r e m e n t p r o c e s s . T h e s e c a n i n c l u d e h u m a n e r r o r , i n s t r u m e n t a t i o n e r r o r , e r r o r s d u e t o r a n d o m p r o c e s s e s , e r r o r s d u e t o e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s , a n d m a n y 1 5 4 o t h e r s . T w o p r i m a r y c a t e g o r i e s o f m e a s u r e m e n t e r r o r s a r e s y s t e m a t i c a n d r a n d o m e r r o r s . S y s t e m a t i c e r r o r s a r e t h o s e e r r o r s t h a t r e m a i n c o n s t a n t i n r e p e a t e d m e a s u r e m e n t s o r v a r y i n a r e g u l a r o r s y s t e m a t i c m a n n e r o v e r a s e r i e s o f i d e n t i c a l m e a s u r e m e n t s . I t i s p o s s i b l e t o c a t e g o r i z e t h e s e e r r o r s f o r l a t e r r e m o v a l i n t h e a n a l y s i s p r o c e s s . R a n d o m e r r o r s a r e t h o s e e r r o r s t h a t a r e o b s e r v a b l e w h e n a m e a s u r e m e n t h a s b e e n r e p e a t e d a c e r t a i n n u m b e r o f t i m e s . A c c o r d i n g t o R a b i n [ 5 2 ] , “ I f t h e r e a r e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e r e s u l t s o f s e p a r a t e m e a s u r e m e n t s a n d t h e s e d i f f e r e n c e s c a n n o t b e p r e d i c t e d i n - d i v i d u a l l y a n d a n y r e g u l a r i t i e s i n h e r e n t t o t h e m a r e m a n i f e s t e d o n l y i n a s i g n i fi c a n t . n u m b e r o f r e s u l t s , t h e n t h e e r r o r o w i n g t o t h i s s c a t t e r o f t h e r e s u l t s i s c a l l e d t h e r a n d o m e r r o r . ” A n o t h e r c o n c e p t t h a t i s d i s c u s s e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e p e a t a b i l i t y o f m e a - s u r e m e n t s . T h e r e p e a t a b i l i t y o f m e a s u r e m e n t s r e fl e c t s t h e c l o s e n e s s o f m e a s u r e m e n t s t h a t a r e c o n d u c t e d i n e s s e n t i a l l y t h e s a m e c o n d i t i o n s . T h e s e m e a s u r e m e n t s a r e i d e a l l y p e r f o r m e d w i t h t h e s a m e e q u i p m e n t i n i d e n t i c a l c o n d i t i o n s b y t h e s a m e p e r s o n i n a r e l a t i v e l y s h o r t a m o u n t o f t i m e [ 5 3 ] . I f t h e r a n d o m e r r o r s a r e s m a l l , t h e m e a s u r e m e n t s s h o u l d h a v e a h i g h d e g r e e o f r e p e a t a b i l i t y . 6 . 3 A s s u m p t i o n s f o r t h i s E r r o r S e n s i t i v i t y A n a l y s i s S e v e r a l p o s s i b l e e r r o r s e x i s t t h a t c a n t a k e p l a c e i n a n y m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e , a l - t h o u g h s o m e o f t h o s e e r r o r s m a y h a v e a m u c h g r e a t e r e f f e c t o n t h e d e s i r e d o u t p u t o f t h e t e c h n i q u e t h a n o t h e r e r r o r s . S o m e p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r i n t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d a r e c a t a l o g e d i n T a b l e 6 . 1 . T h e s e e r r o r s i n c l u d e c o m p u t a t i o n a l e r r o r s , r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s , a n d e r r o r s d u e t o s t r u c t u r a l o r c o m p o s i t i o n a l v a r i a t i o n s i n t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t . e a c h t e c h n i q u e h a s d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t e r r o r s a s s o c i a t e d w i t h t h a t m e t h o d . F o r e x a m p l e , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d u s e s t w o s a m p l e s o f m a t e r i a l A , e a c h w i t h a d i f f e r e n t t h i c k n e s s . 1 5 5 T h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s m a y l e a d t o v a r i a t i o n s i n t h e t h i c k n e s s o f m a t e r i a l A . T h u s , t h e m e a s u r e m e n t o f t h e t h i c k n e s s m a y c o n t a i n e r r o r s . T h e t w o l a y e r m e t h o d m a y u s e o n e o f t h e s a m e s a m p l e s o f m a t e r i a l A a s t h e b o t t o m l a y e r , b u t t h e t o p l a y e r , c o m p o s e d o f m a t e r i a l B m a y c o m e f r o m a d i f f e r e n t m a n u f a c t u r e r . T h a t m a n u f a c t u r - i n g p r o c e s s m a y h a v e h a v e d i f f e r e n t e r r o r t o l e r a n c e s a s s o c i a t e d w i t h t h e s a m p l e o f m a t e r i a l B . T h e s e e r r o r s i n t h e t h i c k n e s s o f t h e t w o t y p e s o f m a t e r i a l s m a y o r m a y n o t b e c o r r e l a t e d t o e a c h o t h e r . T o m a k e a r e a s o n a b l e c o m p a r i s o n o f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , t h e o n l y e r r o r s t h a t a r e c o n s i d e r e d i n t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o f t h i s c h a p t e r a r e t h o s e r a n d o m e r r o r s t h a t a r e d u e t o t h e v e c t o r n e t w o r k a n a l y z e r m e a - s u r e m e n t . T h i s a s s u m e s , t h e r e f o r e , t h a t t h e t h i c k n e s s e s o f t h e m a t e r i a l s u n d e r t e s t . a r e k n o w n a b s o l u t e l y , a n d t h a t t h e r e a r e n o a i r g a p s p r e s e n t b e t w e e n t h e m e t a l l i c fl a n g e a n d t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . I n a d d i t i o n , t h e m a t e r i a l s a r e a s s u m e d t o b e h o m o g e n e o u s , l i n e a r , i s o t r o p i c , a n d p e r f e c t l y fl a t . T h i s a l s o a s s u m e s t h a t t h e o t h e r p o t e n t i a l e r r o r s c a t a l o g e d i n T a b l e 6 . 1 a r e n e g l i g i b l e . U s i n g t h e s e a s s u m p t i o n s , t h e e r r o r a n a l y s i s r e p r e s e n t s a b e s t c a s e s c e n a r i o f o r c o m p a r i n g t h e t w o m e t h o d s . T h e fi n a l c o n c e p t t o b e d i s c u s s e d b e f o r e t h e t e c h n i c a l d i s c u s s i o n o f t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s t h e p r o p a g a t i o n o f e r r o r s . I n t h e s e m e t h o d s , t h e m e a s u r e m e n t s t h a t a r e o b t a i n e d a r e t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t o f t h e m e a s u r e d m a t e r i a l . T h e s e a r e n o t , h o w e v e r , t h e d e s i r e d o u t p u t o f t h e m e t h o d i t s e l f . F o r e x a m p l e , i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , 3 3 6 6 ? ? ) a n d 3 3 % ; ? ) a r e t h e m e a s u r e m e n t s o b t a i n e d f r o m t h e fi r s t t h i c k n e s s a n d t h e s e c o n d t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l , r e s p e c t i v e l y . T h e o u t p u t o f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s , 6 a n d , u . T h e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s p r e s e n t i n [ 7 ] ? ? ? ) a n d [ 2 3 % ) l e a d t o a n u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T w o m e t h o d s w e r e c h o s e n t o i n v e s t i g a t e t h e u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m - e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r , a n d t h e r e s u l t s a r e i n c l u d e d i n t h i s c h a p t e r . 1 5 6 f t r ) = 1 e ‘ ( “ ‘ “ ) 2 / 2 " 2 ( 6 . 1 ) T h e fi r s t m e t h o d i s t h e s t a n d a r d p r o p a g a t i o n o f e r r o r s m e t h o d , w h i l e t h e s e c o n d i s a M o n t e C a r l o s i m u l a t i o n . [ E r r o r [ T w o T h i c k n e s s M e t h o d [ T w o L a y e r M e t h o d ] C o m p u t a t i o n a l E r r o r s N u m e r i c a l I n t e g r a t i o n x x m o d e s u s e d i n S i g n ] c a l c u l a t i o n > < P h y s i c a l I m p e r f e c t i o n s L o w e r l a y e r t h i c k n e s s x x U p p e r l a y e r t h i c k n e s s x M a t e r i a l d e f e c t s x x I m p e r f e c t i o n s i n fl a n g e p l a t e x x M a t e r i a l p r o p e r t i e s o f t o p l a y e r x M e a s u r e m e n t E r r o r s C l a m p p r e s s u r e / a i r g a p s x x I n t e r r o g a t i o n l o c a t i o n x x N e t w o r k a n a l y z e r e r r o r x x T a b l e 6 . 1 . P o t e n t i a l s o u r c e s o f e r r o r i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s 6 . 4 R a n d o m n o i s e p r o p a g a t i o n o f e r r o r s T h e u n d e r l y i n g a s s u m p t i o n i n t h i s e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s t h a t t h e m e a s u r e m e n t . e r r o r i s d u e t o r a n d o m n o i s e p r e s e n t i n t h e s y s t e m . I t i s c o m m o n t o c h a r a c t e r i z e r a n - d o m n o i s e p r e s e n t i n a s y s t e m a s h a v i n g a n o r m a l , o r G a u s s i a n p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n [ 5 4 ] , w h i c h i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 . A n o r m a l d i s t r i b u t i o n i s c h a r a c t e r i z e d b y t h e p r o b a b i l i t y d e n s i t y f u n c t i o n y = 1 1 X ) . ( 6 . 2 ) w h e r e t h e m e a n i s , u a n d t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n i s r e p r e s e n t e d b y a . I t i s h e l p f u l t o k n o w h o w t h e c h a n g e s o r u n c e r t a i n t y i n t h e i n p u t p a r a m e t e r s t o a n e q u a t i o n a f f e c t t h e u n c e r t a i n t y i n t h e o u t p u t p a r a m e t e r s . C o n s i d e r a f u n c t i o n w h e r e y , t h e o u t p u t , a n d x , t h e i n p u t , a r e v e c t o r q u a n t i t i e s . T h e u n c e r t a i n t y i n t h e o u t p u t m e a s u r e m e n t c a n b e e x p r e s s e d a s a m a t r i x e q u a t i o n w h e r e t h e u n c e r t a i n t y i n y , g i v e n b y ’ y , i s d u e t o t h e u n c e r t a i n t i e s i n x t h r o u g h t h e e q u a t i o n U = l J l l C l l J 1 T ( 6 3 ) y I - / y 1 ‘ . . H e r e , t h e m a t r i x J 3 ; i s t h e J a c o b i a n , d e fi n e d a s N 6 f : 8 1 : ” i = 1 1 J r . ( 6 - 4 ) w h e r e N i s t h e n u m b e r o f e l e m e n t s i n t h e v e c t o r x [ 5 4 ] . T h e m a t r i x C 3 } i s t h e c o v a r i a n c e m a t r i x d e s c r i b i n g t h e u n c e r t a i n t i e s i n t h e i n p u t v a r i a b l e s , u ( a : , j ) , a n d t h e c o r r e l a t i o n s o f t h e u n c e r t a i n t i e s b e t w e e n v a r i a b l e s , u ( ; r , ; , . 1 7 1 ) . I f N = 2 , t h e r e s u l t i n g c o v a r i a n c e m a t r i x i s 2 u : 1 : u : r , : r C y = ( 1 ) ( 1 2 ) . ( 6 . 5 ) 2 u ( : r 1 , : r 2 ) u ( : r 2 ) I f t h e r e i s n o c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e u n c e r t a i n t i e s i n t h e i n p u t p a r a m e t e r s x , s u c h t h a t u ( . r . , - , 1 7 ] ) = 0 , t h e r e s u l t i n g u n c e r t a i n t y i n t h e o u t p u t q u a n t i t y i s t h e r e f o r e [ 5 4 ] - 2 U , : : 2 1 4 % ) ? ( g — J L ) ( 6 . 6 ) I n t h e f o l l o w i n g a n a l y s i s , i t i s a s s u m e d t h a t t h e e r r o r i n a m e a s u r e m e n t t a k e n w i t h 1 5 8 N o r m a l D i s t r i b u t i o 1 . ‘ 1 0 . 0 4 [ - j 0 . 0 3 - 3 4 . 1 % 3 4 . 1 % 0 . 0 2 " t 0 . 0 1 - - 3 o - 2 c r - o u + 0 + 2 0 + 3 0 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l F i g u r e 6 . 1 . N o r m a l d i s t r i b u t i o n , w i t h m e a n a , a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 . t h e H P 8 5 1 0 n e t w o r k a n a l y z e r i s n o r m a l l y d i s t r i b u t e d a b o u t a m e a n v a l u e o f z e r o , w i t h a s t a n d a r d d e v i a t i o n o f 0 . T h e n , t h e u n c e r t a i n t y o n t h e m e a s u r e m e n t i s t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , . T h e v a r i a n c e i s t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s q u a r e d , o r 0 2 . 2 . I t i s a l s o a s s u m e d t h a t t h e e r r o r i n e a c h o f t h e m e a s u r e d q u a n t i t i e s i s i n d e p e n d e n t o f t h e e r r o r s i n t h e o t h e r m e a s u r e d q u a n t i t i e s . T h e s e a s s u m p t i o n s a l l o w t h e u s e o f t h e t h e o r e m o f s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n a s d e fi n e d b y D a h l q u i s t [ 5 6 ] : A s s u m e t h a t t h e e r r o r s A . r , - , i = 1 , 2 , . . . N a r e i n d e p e n d e n t r a n d o m v a r i a b l e s w i t h m e a n z e r o a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n s 0 , 7 . T h e n t h e s t a n d a r d e r r o r 0 y f o r y = 1 5 9 ) r a e n i L ( r o r r E e s a C t s r o W 1 1 S r o r r E e s a h P 1 1 8 . . . . . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - fl p fl p fl p fl p fl p - - - - - - - - - - - - - - . . . . . . . - - - - - - - - 1 6 0 [ 5 7 ] . t i o n s & P e r f o r m a n c e V e r i fi c a t i o n P r o g r a m ” . F i g u r e r e p r o d u c e d w i t h p e r m i s s i o n f r o m F i g u r e 6 . 2 . W o r s t c a s e e r r o r f o r m e a s u r e n ’ i e n t s o n H P 8 5 1 0 , f r o m “ H P 8 5 1 0 S p e c i f i c a - M e a s u r e 8 ] ] R e fl e c t i o n C o e f f i c i e n t 0 . 8 0 . 2 0 . 6 5 2 0 1 5 - - - - - - - - - - - L - - - - - - - - - - 1 0 - - - - - - - - - - J - - - - - - - - - C _ - - - - - - - - - - J - - - - - - - - - - . . 1 M e a s u r e 8 ] ] R e fl e c t i o n C o e f fi c i e n t D 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 D l 3 1 : M . 0 D 3 : . 3 3 1 : 1 0 ' ) 5 3 1 : ; C ’ C D _ . x - - - - - - - - - - - r - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 - - - - - - - - - - - p - - - - - - - - — - L - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - J - - - - - - - - - - - fi - - - - - - - - - - q . . . . . 8 1 1 W o r s t C a s e E r r o r W i t h S e t u p # 1 f ( . r 1 , a : 2 , . . . a t N ) i s g i v e n b y N a 2 0 y 2 2 0 1 - 2 ( a — T y — z ) . ( 6 . 7 ) i = 1 A s c a n b e s e e n f r o m ( 6 . 7 ) , t o o b t a i n a c o r r e c t e s t i m a t e o f t h e o u t p u t u n c e r t a i n t y , t r y , i t i s n e c e s s a r y t o k n o w t h e u n c e r t a i n t y , o i , o f t h e i n p u t q u a n t i t i e s , a n d t h e d e r i v a t i v e s , B y / a x i . U s i n g ( 6 . 7 ) , t h e u n c e r t a i n t i e s i n t h e f i n a l o u t p u t p a r a m e t e r s o f t h e e x t r a c t i o n a l - g o r 1 t h m 6 , . , . , 1 6 7 . , 1 , 1 1 4 1 , 1 4 ! ] , m a y b e e s t i m a t e d . T h e H P 8 5 1 0 N e t w o r k A n a l y z e r r e t u r n s m a g n i t u d e , [ 3 1 1 ] , a n d p h a s e , ( 1 ' ) , m e a s u r e m e n t s . T h e s e a r e t h e i n p u t p a r a m e t e r s , d e n o t e d b y 1 7 , ; i n ( 6 . 7 ) . T h e m a x i m u m e r r o r o f t h o s e m e a s u r e m e n t s f o r a s t a n d a r d m e a s u r e m e n t s e t u p , a s g i v e n b y t h e “ H P 8 5 1 0 S p e c i fi c a t i o n s & P e r f o r m a n c e V e r i f i c a - t i o n P r o g r a m ” [ 5 7 ] , i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 2 . F o r r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t s a b o v e m a g n i t u d e o f 0 . 2 , w h i c h c o n s i s t e n t l y o c c u r r e d i n t h e s e s i m u l a t i o n s , t h e e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e p h a s e e r r o r i s J a y 2 0 . 8 0 . T h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e m a g n i t u d e e r r o r i s a | 5 1 1 l = 0 . 0 0 4 . T h e d e r i v a t i v e s i n ( 6 . 7 ) , w h i c h a r e c a l c u l a t e d n u m e r i c a l l y , a r e d e s c r i b e d i n g r e a t e r d e t a i l i n s e c t i o n 6 . 4 . 1 . A n e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f e a c h o f t h e e x t r a c t e d q u a n t i t i e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s g i v e n b y t h e f o l l o w i n g e x p r e s s i o n s : 2 2 8 6 . , 8 6 . ] . = _ _ _ . . . r _ _ 6 . 8 0 6 4 ' 0 1 2 5 1 “ 1 T ) l < 5 l 5 1 1 ( 1 T ) l ) + 0 ' 1 T ( 5 ¢ 1 T ) ( ) 1 2 + 0 6 6 ; . + 0 2 8 6 ; . ) 2 2 0 ' 5 1 1 ( 2 T ) l 8 | 8 1 1 ( 2 T ) I ¢ 2 T 8 ¢ 2 T 1 6 1 2 ( 2 6 ’ ! 8 6 ] . , 2 = 2 7 2 7 ~ . 0 ‘ 3 " , 0 l 5 1 1 ( 1 T ) l ( 0 l 5 1 1 ( 1 T ) l ) + 0 9 6 ” ( 0 4 h r ) ( 6 ' 9 ) 1 2 + . 2 a d ! 1 . 2 ( a d ! ) 2 | 5 1 1 ( 2 T ) | 0 [ S l l ( 2 T ) [ ¢ 2 T ( 2 9 2 2 7 “ 2 2 a “ ; _ O M S “ 1 T ) | ( a l 5 1 1 ( 1 T ) l ) + 0 ” ” ( 0 0 1 T ) ( 6 . 1 0 ) 2 2 0 2 8 1 1 . , + 0 2 ( 8 , “ ; ) 2 + U | S I I ( 2 T ) | ( 2 ] 8 1 1 ( 2 T ) ] ” 5 2 7 ‘ 8 6 2 2 ] ” 2 a . , ” a ” 2 2 # r 2 ” 7 ‘ : _ _ . 1 1 0 1 4 ’ 0 l 5 1 1 ( 1 T ) l ( 0 | 5 1 1 ( 1 T ) | ) + 0 ¢ 1 T ( B a b — 7 T ) ( 6 ) 1 2 a l l ” 2 8 , 1 1 . ” 2 ‘ l ' O ' I S _ + 0 % 1 ‘ 1 1 ( 2 T l l 8 | 3 1 1 ( 2 T ) l 2 T 8 ¢ 2 T 6 . 4 . 1 C a l c u l a t i o n o f d e r i v a t i v e s T h e v a l u e s u s e d f o r 0 a n d o , a r e t h e r a n d o m m e a s u r e - l 5 1 1 9 ° 2 1 " ( 1 T ) l ’ U l S i 1 ( 2 T ) l ’ 0 2 1 T m e n t e r r o r s f o r a n H P 8 5 1 0 N e t w o r k a n a l y z e r s h o w n i n F i g u r e 6 . 2 . T h e o t h e r p a r a m e — t e r s n e e d e d t o e v a l u a t e t h e u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s a r e t h e d e r i v a t i v e s n ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) . N o t e t h a t t h e r e a r e f o u r d e r i v a t i v e s i n e a c h e q u a t i o n t h a t m u s t b e e v a l u a t e d . T h e d e r i v a t i v e s i n ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) a c t a s a m p l i f y i n g t e r m s o n t h e v a r i a n c e o f t h e n e t w o r k a n a l y z e r m e a s u r e m e n t . I t i s t h u s i m p o r t a n t t o a c c u r a t e l y c o m p u t e t h e d e r i v a t i v e s . I n a s t a n d a r d t w o - t e r m c e n t r a l d i f f e r e n c e m e t h o d , t h e d e r i v a t i v e i s 1 6 2 c a l c u l a t e d b y t h e f o r m u l a , g a m e t e — a w e . ( ' 3 3 : 2 6 ( 6 . 1 2 ) T h e e r r o r i n t h e c o m p u t a t i o n o f t h e d e r i v a t i v e i s o n t h e o r d e r o f 6 2 , t h e s q u a r e o f t h e s t e p s i z e . T o o b t a i n a n e s t i m a t e o f t h e d e r i v a t i v e w i t h l e s s e r r o r , t h e s e d e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g a f o u r t e r m c e n t r a l d i f f e r e n c e m e t h o d [ 5 8 ] , w h e r e t h e d e r i v a t i v e i s e s t i m a t e d b y o i “ , — f ( ; r + 2 6 ) + 8 f ( . r + 6 ) — 8 f ( ; r . — — 6 ) + f ( ; r — 2 6 ) 0 2 " “ 1 2 6 ' ( 6 . 1 3 ) T h e e r r o r s a s s o c i a t e d w i t h t h i s m e t h o d a r e o n t h e o r d e r o f 6 4 . A s e c o n d m e t h o d f o r c o m p u t i n g t h e d e r i v a t i v e s w a s a l s o e m p l o y e d . T h i s m e t h o d i m p l e m e n t e d a F O R T R A N r o u t i n e f r o m t h e N u m e r i c a l R e c i p e s c o l l e c t i o n , d fi d r f , w h i c h c o m p u t e s t h e d e r i v a t i v e u s i n g R i d d e r ’ s m e t h o d a n d g i v e s a n e s t i m a t e o f t h e e r r o r i n t h e c o m p u t a t i o n o f t h e d e r i v a t i v e [ 5 0 ] . T h i s m e t h o d r o u t i n e l y c o m p u t e d d e r i v a t i v e s w i t h a r e l a t i v e e r r o r o n t h e o r d e r o f 1 0 ‘ 4 . T h e f o u r - t e r m c e n t r a l d i f f e r e n c e m e t h o d c o m p u t e d d e r i v a t i v e s t h a t h a d a 0 . 1 % r e l a t i v e e r r o r w i t h r e s p e c t t o t h e v a l u e s c a l c u l a t e d b y t h e d fi d r . f r o u t i n e i n a p p r o x i m a t e l y 3 0 % l e s s t i m e . B o t h m e t h o d s w e r e u s e d i n t h e s e s i m u l a t i o n s , a n d t h e r e s u l t s a r e a p p r o p r i a t e l y n o t e d . T h e a l g o r i t h m f o r t h e c o m p u t a t i o n o f t h e d e r i v a t i v e s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d r e q u i r e s a t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i o n f o r e a c h f u n c t i o n e v a l u a t i o n i n ( 6 . 1 3 ) . T h e s e e x t r a c t i o n s a r e s i m i l a r t o t h e m e t h o d u s e d i n t h e m o d a l a n a l y s i s i n C h a p t e r - - . ‘ - e r r t r . e r r t r . . . 5 . T h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s 5 1 1 ( 1 T ) a n d S 1 1 9 7 ‘ ) a r e t h e s a m e v a l u e s ( . u s e d i n C h a p t e r 5 a n d a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 4 . T h e s e a r e u s e d a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e s i n t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m . I n a n e f f o r t t o o b t a i n a n a c c u r a t e e x t r a c t i o n , t h e . N ‘ . t h y t h y ‘ - , 1 ' , . e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s u s e d t o c a l c u l a t e 3 1 1 ( 1 T ) a n d 3 1 1 ( 2 7 ‘ ) u s i n g t h e T 3 1 1 1 2 0 1 6 3 m o d e . T h e p e r t u r b a t i o n , o r s t e p s i z e 6 , w a s c h o s e n t o b e 0 . 0 0 0 5 f o r t h e m a g n i t u d e , a n d 0 . 0 0 1 r a d i a n s f o r t h e p h a s e . T h e s e d e r i v a t i v e s w e r e t h e n u s e d i n ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) t o c o m p u t e t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o n e a c h e x t r a c t e d p a r a m e t e r . 6 . 4 . 2 C o n fi d e n c e I n t e r v a l I t i s c u s t o m a r y i n t h e l i t e r a t u r e t o u s e t h e c a l c u l a t e d s t a n d a r d d e v i a t i o n s t o e s t a b - l i s h a n u n c e r t a i n t y , o r c o n fi d e n c e i n t e r v a l , a s s o c i a t e d w i t h t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . T h e s e a r e c o m m o n l y r e p r e s e n t e d a s e r r o r b a r s o n t h e p l o t s . C o n s i d e r t h e p l o t o f t h e G a u s s i a n n o r m a l d i s t r i b u t i o n s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 . T h e a r e a u n d e r t h e c u r v e r e p r e s e n t e d b y t o o f t h e m e a n v a l u e i s 6 8 % o f t h e a r e a , a n d t h e r e g i o n : l : 2 o w i t h i n t h e m e a n c o n t a i n s 9 5 % o f t h e a r e a . T h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l i s o f t e n u s e d a s a m e a s u r e o f t h e c o n fi d e n c e o n e h a s i n t h e m e a s u r e m e n t q u a n t i t i e s o b t a i n e d . I n t h e f o l - l o w i n g fi g u r e s a n d a n a l y s i s , e r r o r b a r s a r e p l o t t e d a s t h e b o u n d s 3 : 2 0 o f t h e e x t r a c t e d v a l u e , i n d i c a t i n g t h a t 9 5 % o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s s h o u l d s t a t i s t i c a l l y l i e w i t h i n t h i s i n t e r v a l . 6 . 5 M o n t e C a r l o M e t h o d A s e c o n d m e t h o d w a s a l s o e x p l o r e d f o r t h i s u n c e r t a i n t y a n a l y s i s , k n o w n a s t h e M o n t e C a r l o m e t h o d [ 5 6 ] . I n o r d e r t o c o m p a r e t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s f r o m t h e t w o a p p r o a c h e s , t h e M o n t e C a r l o m e t h o d w a s i m p l e m e n t e d u s i n g t h e t w o t h i c k - n e s s m e t h o d . T h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S f ‘ fi t fi . ) a n d S f n g ) , a r e a l s o t h e s a m e v a l u e s u s e d i n C h a p t e r 5 a n d a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 4 . T h e s e v a l u e s w e r e u s e d a s t h e ’ m e a s u r e d ’ v a l u e s i n t h e e x t r a c - t i o n a l g o r i t h m . T w o s e t s o f n o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m v a r i a b l e s w i t h t h e s a m e s t a t i s t i c a l p r o p - e r t i e s a s t h o s e u s e d i n t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d w e r e g e n e r a t e d b y a p r o c e s s d e s c r i b e d i n s e c t i o n 6 . 5 . 1 . O n e s e t . s i m u l a t e s t h e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r p r e s e n t i n t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t , w h i l e t h e o t h e r 1 6 4 s i m u l a t e s t h e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r p r e s e n t i n t h e p h a s e m e a s u r e m e n t . T h e s e r a n d o m v a r i a b l e s w e r e t h e n a d d e d t o t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s . T h i s s i m u - l a t e s m e a s u r e m e n t e r r o r t h a t m a y b e p r e s e n t i n a n a c t u a l m e a s u r e m e n t . T h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n w a s t h e n p e r f o r m e d , a n d t h e e x t r a c t e d v a l u e s w e r e s a v e d . T h i s p r o c e s s w a s r e p e a t e d m u l t i p l e t i m e s , a n d a s t a t i s t i c a l a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d o n t h e d a t a c o l l e c t i o n o f e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r v a l u e s . T h e r e s u l t o f t h i s p r o c e s s i s a n e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , f o r t h e r e a l a n d i m a g i n a r y p a r t s o f t h e p e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y . T h e a d v a n t a g e o u s p r o p e r t y o f t h i s m e t h o d i s i t s s t r a i g h t f o r w a r d i m p l e m e n t a t i o n . R a n d o m n o i s e i s g e n e r a t e d a n d a d d e d t o t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s t o s i m u l a t e a n a c t u a l m e a s u r e m e n t . H o w e v e r , i n o r d e r t o o b t a i n a n a c c u r a t e s t a t i s t i c a l e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n , a l a r g e n u m b e r o f e x t r a c t i o n s a r e r e q u i r e d . 6 . 5 . 1 N o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n o i s e g e n e r a t i o n I n o r d e r t o o b t a i n r e s u l t s t h a t c o u l d b e c o m p a r e d t o t h o s e d e r i v e d f r o m t h e s t a n d a r d p r o p a g a t i o n o f e r r o r s , i t w a s n e c e s s a r y t o g e n e r a t e z e r o m e a n n o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n u m b e r s t h a t h a d t h e s a m e s t a n d a r d d e v i a t i o n a s t h o s e d e r i v e d f r o m F i g u r e 6 . 2 . T h e e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e p h a s e e r r o r i s O ' C b = 0 . 8 0 . T h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e m a g n i t u d e e r r o r i s 0 | 5 1 1 l = 0 . 0 0 4 . A c o l l e c t i o n o f n o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m v a r i a b l e s w i t h m e a n , u . a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n 0 c a n b e o b t a i n e d b y u s i n g t h e B o x - M u l l e r t r a n s f o r m a t i o n [ 5 6 ] . I f o n e h a s t w o i n d e p e n d e n t , r e c t a n g u l a r l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n u m b e r s , A 1 a n d A 2 , o n a n i n t e r v a l f r o m 0 t o 1 , t h e s e c a n b e u s e d t o o b t a i n t w o z e r o m e a n n o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n u m b e r s , 3 1 a n d B g . T h e n u m b e r s 8 1 a n d B Q h a v e a s t a n d a r d d e v i a t i o n o f 1 6 5 h i m p l e m e n t a t i o n o f ( 6 . 1 4 ) - 1 , a n d a r e o b t a i n e d b y 1 3 1 = ( — 2 l I l A 1 ) ? C O S ( 2 7 l ' . 4 2 ) ( 6 . 1 4 ) l B g = ( — 2 1 1 1 A 1 ) ? s i n ( 2 7 r A 2 ) . ( 6 . 1 5 ) W h e n t h i s p r o c e s s i s r e p e a t e d A I t i m e s , a c o l l e c t i o n o f 2 M n o r m a l l y d i s t r i b u t e d v a r i a b l e s w i t h m e a n , u . a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n 0 a r e t h e n o b t a i n e d a s R 2 m — 1 : I " + ” B l m ( 6 - 1 6 ) R 2 " , = 2 1 1 + 0 8 2 m , 7 7 1 = I , 2 , . . . 1 ’ l l , ( 6 . 1 7 ) w h e r e 8 1 m a n d B 2 " , a r e B 1 a n d B 2 g e n e r a t e d f o r t h e m t T o g e n e r a t e t h e s e r a n d o m n u m b e r s , a s e t o f 1 0 , 0 0 0 u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d r a n d o m n u m b e r s w e r e o b t a i n e d f r o m a r a n d o m n u m b e r t a b l e g e n e r a t e d f r o m a t m o s p h e r i c n o i s e [ 5 9 ] . T h e s e r a n d o m n u m b e r s w e r e t h e n u s e d i n ( 6 . 1 4 ) - ( 6 . 1 7 ) t o g e n e r a t e a r a n d o m n u m b e r s e t w i t h a s t a n d a r d d e v i a t i o n o f o = 0 . 0 0 4 a n d a r a n d o m n u m b e r s e t w i t h a s t a n d a r d d e v i a t i o n o f o = 0 . 8 * 7 7 / 1 8 0 . T h e s e c o r r e s p o n d t o t h e r a n d o m e r r o r e s t i m a t i o n s u s e d f o r t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e , r e s p e c t i v e l y , f o r 8 1 1 p a r a m e t e r s . [ N o m i n a l V a l u e s [ 1 1 M o n t e C a r l o [ a M o n t e C a r l o ] a S t a n d a r d E r r o r P r o p a g a t i o n ] , 1 : = 0 . 5 7 5 5 8 2 0 . 5 7 7 0 0 4 0 . 0 1 4 7 2 2 0 . 0 1 2 9 2 5 1 1 ; ! = 0 . 4 8 4 2 3 1 0 . 4 8 4 0 5 5 0 . 0 1 0 5 9 6 0 . 0 1 2 6 3 6 6 ; . = 7 . 3 1 9 6 6 9 7 . 3 3 9 5 4 8 0 . 1 2 6 2 0 3 0 . 1 4 0 5 0 3 e . ’ , . ’ = 0 . 0 4 6 4 0 8 0 . 0 4 5 8 4 8 0 . 1 3 1 7 4 9 0 . 1 0 7 7 5 0 T a b l e 6 . 2 . M e a n , 1 1 , a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , f o r t h e M o n t e C a r l o m e t h o d a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n , 0 , f o r t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d o f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . S i m u l a t i o n w a s f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 1 6 6 6 . 5 . 2 C o m p a r i s o n o f t h e M o n t e C a r l o m e t h o d a n d t h e s t a n d a r d p r o p a - g a t i o n o f e r r o r s T h e M o n t e C a r l o M e t h o d w a s s i m u l a t e d a t t h e m i d d l e o f t h e X — b a n d f r e q u e n c y r a n g e f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , a t 1 0 . 0 9 G H z . A t o t a l o f 6 0 t r i a l s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d b y a d d i n g t h e n o r m a l l y d i s t r i b u t e d r a n d o m v a r i a b l e s t o S f f ( f T ) a n d $ 3 3 7 . ) . A h i s t o g r a m o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 3 . N o t e t h a t t h e g e n e r a l s h a p e o f t h e h i s t o g r a m s i s a n o r m a l d i s t r i b u t i o n . H o w e v e r , d u e t o t h e l i m i t e d s a m p l e s i z e o f 6 0 , t h e s h a p e o f t h e c u r v e s i s n o t t h e f a m i l i a r b e l l c u r v e s h a p e f o r a l l o f t h e p a r a m e t e r s . E q u a t i o n s ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) w e r e t h e n i n ' i p l e m e n t e d t o e v a l u a t e t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t h m e t h o d s c a r r i e d o u t t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e u s i n g u p t o t h e T M I 2 0 m o d e a n d e x t r a p o l a t i n g . T h e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e M o n t e C a r l o m e t h o d a n d t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d i s s h o w n i n T a b l e 6 . 2 . N o t e t h a t t h e v a l u e s f o r t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s a r e o n t h e s a m e o r d e r f o r e a c h e x - t r a c t e d p a r a m e t e r . H o w e v e r , t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n v a l u e s o b t a i n e d w i t h t h e M o n t e C a r l o m e t h o d d o d e v i a t e f r o m t h e d e r i v a t i v e - b a s e d m e t h o d b y 1 0 - 2 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e d e r i v a t i v e - b a s e d m e t h o d . O n e p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e d i f f e r e n c e s i s r e l a t e d t o t h e n u m b e r o f s i m u l a t i o n s u s e d i n t h e M o n t e C a r l o m e t h o d . O n l y 6 0 e x t r a c - t i o n s w e r e r u n f o r t h e M o n t e C a r l o m e t h o d d u e t o t h e e x t r e m e l y l o n g s i m u l a t i o n r u n t i m e s . A l t h o u g h t h e s h a p e o f t h e h i s t o g r a m i n F i g u r e 6 . 3 r e s e m b l e s a n o r m a l d i s t r i - b u t i o n , m o r e t r i a l s w o u l d m o s t l i k e l y c a u s e t h e h i s t o g r a m t o h a v e a s h a p e t h a t m o r e c l o s e l y r e s e m b l e s t h e n o r m a l d i s t r i b u t i o n . I t w a s a l s o o b s e r v e d t h a t a s t h e n u m b e r o f e x t r a c t i o n s w a s i n c r e a s e d , t h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e M o n t e C a r l o m e t h o d r e s u l t s m o v e d c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s f o r t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s a n d t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e d e r i v a t i v e m e t h o d , r e s p e c t i v e l y . A n i n c r e a s e d n u m b e r 1 6 7 5 4 0 . 5 6 0 . 5 8 ‘ 0 . 6 0 . 6 2 0 . 4 4 0 . 4 6 0 . 4 8 0 . 5 0 . 5 2 0 . 5 4 “ T “ T F i g u r e 6 . 3 . A h i s t o g r a m o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s u s i n g t h e M o n t e C a r l o M e t h o d . M i s t h e n u m b e r i n e a c h b i n o u t o f t h e 6 0 s a m p l e s . 1 6 8 o f s i m u l a t i o n s w o u l d c o n s u m e a l a r g e a m o u n t o f c o m p u t a t i o n a l r e s o u r c e s t o o b t a i n r e s u l t s t h a t w e r e c o m p a r a b l e t o t h o s e o b t a i n e d v i a t h e d e r i v a t i v e b a s e d r e s u l t s . I t i s d e s i r a b l e t o u n d e r s t a n d h o w t h e e r r o r i n e a c h m e a s u r e d q u a n t i t y m a y a f f e c t t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r . I n a d d i t i o n , i t i s a l s o d e s i r a b l e t o o b t a i n t h e e r r o r s e n s i t i v i t y i n f o r m a t i o n i n t h e l e a s t a m o u n t o f c o m p u t a t i o n a l t i m e . D u e t o t h e s e t w o f a c t o r s , t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d i s t h e p r e f e r r e d m e t h o d o f s e n s i t i v i t y a n a l y s i s . I t w a s u s e d t o f u r t h e r a n a l y z e t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 6 . 6 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s f o r t h e T w o T h i c k n e s s M e t h o d a n d T w o L a y e r M e t h o d A n e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s i m p l e m e n t e d t o c o m p a r e t h e s e n s i t i v i t y o f t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r u s i n g ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) . T h e d e r i v a t i v e s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e s a m e v a l u e s f o r t h e ‘ m e a s u r e d ’ . 3 1 1 p a r a m e t e r s a s t h o s e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e s e v a l u e s o f S f ‘ f t f a r e f o u n d i n F i g u r e 5 . 1 4 . T h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r t h e k n o w n t o p l a y e r a r e t h e v a l u e s g i v e n i n T a b l e 5 . 1 . T h e s a m e s t e p s i z e s w e r e u s e d f o r t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e , a n d t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T 1 1 1 1 2 0 m o d e w a s u s e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d i n e a c h f u n c t i o n e v a l u a t i o n i n ( 6 . 1 3 ) . T h e d e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r b o t h m e t h o d s a n d t h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 . 4 - F i g u r e 6 . 7 . C o n s i d e r F i g u r e 6 . 4 , w h i c h c o n t a i n s t h e d e r i v a t i v e s f o u n d i n ( 6 . 8 ) u s e d t o c o m p u t e U f ’ r . N o t e t h a t t h e v a l u e s o f t h e d e r i v a t i v e s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e m u c h l a r g e r f o r a l l f o u r p a r a m e t e r s a t t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d w h e n c o m p a r e d t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . N e a r 1 1 . 5 G H z t h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o t h e m a g n i t u d e a r e n e a r i n v a l u e t o o n e a n o t h e r b e f o r e d i v e r g i n g f u r t h e r a t t h e h i g h e r f r e q u e n c i e s . T h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o p h a s e a r e a t l e a s t 1 0 t i m e s l a r g e r f o r m o s t o f t h e f r e q u e n c y b a n d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h u s , i t i s e x p e c t e d t h a t t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n , o f ; i s m u c h l a r g e r f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d t h a n t h e ' 7 ' 1 6 9 t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e r e s u l t s o f t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 . 8 f o r t w o t h i c k — n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s a t 2 1 f r e q u e n c y p o i n t s a c r o s s t h e r a n g e f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z . T h e e r r o r b a r s i n t h e p l o t s r e p r e s e n t t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l , o r t h e r e g i o n t h a t i s : l : 2 o , f o r e a c h o f t h e r e — s p e c t i v e m e t h o d s . C o n s i d e r t h e p l o t o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n , o f ] . A s e x p e c t e d f r o m t h e d e r i v a t i v e s , t h e u n c e r t a i n t i e s a s s o c i a t e d w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e s m a l l e r t h a n t h o s e f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . N o t e t h a t n e a r 1 1 . 5 G H z , t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s d o n o t m a k e a s i g n i fi c a n t d r o p i n v a l u e , e v e n t h o u g h ( 9 6 ; . / 3 | S i “ 1 ‘ [ [ ) l a n d 3 6 ; . / 8 | S ‘ 1 ’ 5 1 f ( ‘ 5 ) [ a r e n e a r z e r o f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . I t i s t h u s c l e a r t h a t t h e l a r g e s t a m p l i fi e r s i n ( 6 . 8 ) a r e t h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o t h e p h a s e . A s i m i l a r c o n c l u s i o n f o r 0 6 ; ! i s r e a c h e d b y e x a m i n i n g F i g u r e 6 . 5 . N o t e t h a t i n t h e s e p l o t s , t h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o t h e p h a s e a r e n e a r z e r o f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d n e a r 1 1 . 5 G H z , a n d a r e t h e s m a l l e s t a t t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . W h e n e x a m i n i n g F i g u r e 6 . 8 , n o t e t h a t t h e e r r o r b a r s o n t h e p l o t f o r 0 6 ; ! a r e s m a l l e s t f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a t t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . T h i s a l s o a g r e e s w i t h t h e o b s e r v a t i o n t h a t t h e l a r g e s t a m p l i fi e r s a r e t h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o t h e p h a s e . A n e x a m i n a t i o n o f F i g u r e 6 . 6 a n d F i g u r e 6 . 7 s h o w s s o m e s i m i l a r r e s u l t s . H o w e v e r , n o t e t h a t e v e n t h o u g h t h e d e r i v a t i v e s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e l a r g e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e y h a v e v a l u e s t h a t a r e m u c h l o w e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g d e r i v a t i v e s i n F i g u r e 6 . 4 - F i g u r e 6 . 5 . M o s t o f t h e d e r i v a t i v e s w i t h r e s p e c t t o t h e s i n g l e l a y e r m a g n i t u d e a n d p h a s e h a v e a v a l u e t h a t i s l e s s t h a n 1 0 , a n d t h e o t h e r t w o d e r i v a t i v e s h a v e a v a l u e l e s s t h a n 5 0 f o r m o s t o f t h e f r e q u e n c y b a n d . A s c a n b e s e e n i n F i g u r e 6 . 8 , t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r t h e p e r m e a b i l i t y a r e l a r g e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , b u t s m a l l e r t h a n t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s c o m p u t e d f o r e ] . a n d e ] ! i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . 1 7 0 C + 2 T M e t h o d - — - — 2 T M e t h o d 8 0 f — 2 L M e t h o d 4 0 0 ' _ — — 2 L M e t h o d " l ' 6 0 [ - . I " - 6 _ _ _ e _ _ , . 0 ? _ _ ( ‘ 3 _ _ e ’ , 2 0 0 - 0 S e z t r * e x t r . l 1 1 ( 1 ) ] : 0 ; 8 | S l l ( ' 0 2 ) | : o . 2 0 ’ — - 2 0 0 - ’ - I I l I I I I I I I l I I I I I I I I I I I . I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) . 1 0 0 _ 2 ° 1 ' + 2 T M e t h o d E — - — 2 1 M e t h o d 1 0 : _ — 2 L M e t h o d 5 0 ; ' — 2 1 . M e t h o d : = — : - - - - - - 0 5 W I o r - - — - - - : : : : = : : : : = : 1 ‘ - a I I 6 6 1 ' E 6 6 1 ' - 5 0 : - e z n t r - 1 o : - e m t r : 5 % ) 5 ” ( 2 ) 0 o : - - 2 0 : - E ’ - 1 5 0 : - - 3 0 E - E ; - 2 0 0 _ - - 4 0 ' 5 1 . 1 . 1 I L I . . . . | . . . . | . . - 2 5 0 ‘ J L . . | . 1 . 1 . . . . 1 . . . . | . 8 9 1 O 1 1 1 2 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 6 . 4 . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a t i o n o f 0 5 ’ . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 1 7 1 5 0 _ 3 _ _ 7 ‘ 1 _ — ' 8 r ' 0 - : _ T . _ - . : - - - _ E 8 1 4 - 0 8 6 2 2 5 0 0 0 0 0 0 0 0 L I _ 2 0 I I 8 I I _ . _ 2 T M e t h o d I I I I 9 F r I e I q _ u 1 _ O I e _ _ _ I I n c y — — _ ( - : = I I 1 4 I 1 G H z ) — _ 2 2 _ . I I , I T L M M e e . I t t I I I 9 M F I r e I q J 1 u 0 e I n I I c y ( I G I 1 1 z H I ) I I I - l I — d d I J . 1 h h I 1 I 2 o o . 2 0 _ e a _ [ _ 6 _ x 5 1 _ 1 e ( t , 2 ’ r ) , ] ’ 3 2 0 0 1 3 2 1 0 0 0 0 5 6 a I . x 2 I ) , e ( t r E . - - - Z - : h _ I - - : 8 E 8 0 0 0 0 0 0 o - + - H I 1 u I 0 e e q . 1 ) J 1 z . L I I L ( - G H — n c y — — I I I I I I 1 u 0 e e q n c y ( I G I 1 1 z H ) 2 2 2 I t h o d T M e . I I T L M M I e e I I I 1 h h 2 o o t t d d - . I I I I I J I 1 2 J r W I I I I I M 9 W L F r I I I I I I I 9 F 5 0 0 F i g u r e 6 . 5 . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a t i o n o f a n . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 1 7 2 1 0 . i — - — 2 T M e t h o d E — — - — — 2 T M e t h o d _ — — 2 L M e t h o d 2 0 : - — 2 L m e t h o d 5 — : I B u r : 6 ’ 1 7 . 1 0 e r t r - c ’ a l 5 1 1 ( 1 ) l 0 t 5 1 5 1 3 5 ) ] 0 1 . ‘ 1 0 5 . . ~ 2 0 _ - 3 0 _ 1 o r - I I I I I I I I I I I I I I I I I I _ L I I I I - _ I _ I I . I I I _ I I . I I _ I _ _ I I A I I I I _ L . I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) 1 0 4 0 . ; — - — — 2 T M e t h o d 3 0 : . — - — 2 T M e t h o d f — 2 L M e t h o d 5 — 2 L M e t h o d 5 : - 2 0 _ - I I E . 8 , 1 , 1 . _ a — L r 1 0 E e z t r e x t r 0 : . 8 ( 1 ) a d ’ m E - 1 0 : - ' 5 - 2 0 ' - - 3 0 _ - . 1 0 _ I I L I I I I I I I I I I I I l I I I I I I : I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 4 I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 6 . 6 . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a t i o n o f I . D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y r e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 1 7 3 2 0 : - — - — 2 T M e t h o d 6 0 ' _ — - — 2 T M e t h o d 1 5 : - — — 2 L M e t h o d ; — — 2 L m e t h o d I I , . a l l , ” 1 0 : - a fl r t 4 0 . . 0 5 6 r a S e a r t r 3 B l S , , ( 2 ) | l 1 1 ( 1 ) ] 5 : ' 2 0 0 _ - o - 5 : — f : - 2 0 L _ 1 0 P I I P L L L I M L L I I _ L I I I I I I I I I P I I I I L I I I I I I I I I I I I I I I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) 4 0 _ 4 ' _ — - — 2 T M e t h o d 3 0 _ _ — - — — 2 T M e t h o d F - — 2 L M e t h o d 5 — 2 L M e t h o d 2 ' - n = ' I I ' a ” ? 1 0 ’ - a t u ' r : a e x t r E W 0 F ( 2 ) o C - 1 0 : - - 2 I — 1 : - - 2 0 I - 4 1 — ' 3 0 : - J I I l I I I I I I L J _ I I I I I I I I L J : I I . L I I I I I I I I I I I I I l I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 6 . 7 . T h e d e r i v a t i v e s c a l c u l a t e d f r o m 8 . 2 — 1 2 . 4 G H z i n t h e c o m p u t a t i o n o f 0 1 / ” D e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o 1 ' l a y e r s / t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . 1 7 4 6 . 7 E r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s A g a i n c o n s i d e r t h e r e s u l t s o f t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 8 f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s a n d t w o l a y e r m e t h o d s . T h e s e v a l u e s w e r e c o m p u t e d a t 2 1 f r e q u e n c y p o i n t s a c r o s s t h e r a n g e f r o m 8 . 2 - — 1 2 . 4 G H z . N o t e t h a t t h e e r r o r b a r s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e m u c h l a r g e r t h a n t h o s e f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r a l l f o u r e x t r a c t e d p a r a m e t e r s , 6 ; , 6 . 1 . ] , 1 1 ] . , a n d 1 1 4 5 . I n f a c t , f o r 6 ; ! a n d a ; i n p a r t i c u l a r , s o m e o f t h e v a l u e s w i t h i n t h e b o u n d s o f t h e e r r o r b a r s a r e n e g a t i v e v a l u e s , w h i c h r e p r e s e n t n o n - p h y s i c a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s . E x t r a c t e d v a l u e s c o n s i s t e n t l y i n t h e n e g a t i v e r e g i o n w i l l r e n d e r t h e t e c h n i q u e u n u s a b l e i n p r a c t i c a l i m p l e m e n t a t i o n . T h i s o b s e r v a t i o n i s i n l i n e w i t h t h e c a l c u l a t e d d e r i v a t i v e s d i s p l a y e d i n F i g u r e 6 . 4 - F i g u r e 6 . 7 . T h i s t r e n d i s c o n s i s t e n t a c r o s s t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d , a l t h o u g h t h e r a t i o b e t w e e n t h e t w o m e t h o d s d o e s v a r y w i t h r e s p e c t t o f r e q u e n c y . T h e 9 5 % u n c e r t a i n t y l e v e l s a t t h e h i g h e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d s h o w a n i m p r o v e m e n t o f m o r e t h a n 5 0 % f o r 6 ; ! a n d a ; o v e r t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . H o w e v e r , e v e n a t t h e s e h i g h e r f r e q u e n c i e s , t h e e r r o r b a r s a r e m o r e t h a n 1 0 t i m e s a s l a r g e a s t h e e r r o r b a r s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . R e c a l l t h a t t h i s a n a l y s i s i s o n l y e x a m i n i n g t h e s e n s i t i v i t y t o r a n d o m n e t w o r k a n a l y z e r m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e i d e n t i c a l v a l u e s f o r S f f ” w e r e u s e d i n b o t h m e t h o d s a s t h e ’ m e a s u r e d ’ v a l u e s . F r o m t h e o b s e r v a t i o n s s h o w n h e r e , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d d e m o n s t r a t e s a m u c h m o r e r o b u s t r e s p o n s e t o t h i s m e a s u r e m e n t e r r o r t h a n t h e t w o l a y e r m e t h o d w h e n t h e m e a s u r e d m a t e r i a l i s E c c o s o r b F G M l 2 5 , a m a g n e t i c r a d a r a b s o r b i n g m a t e r i a l . S i n c e t h e v a l u e s f o r t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e m e a s u r e m e n t e r r o r w a s i d e n t i c a l f o r b o t h m e t h o d s , t h i s a n a l y s i s s u g g e s t s t h a t t h e e x t r a c t e d r e s u l t s f r o m t h e t w o l a y e r m e t h o d w o u l d d i s p l a y a l a r g e r s t a n d a r d d e v i a t i o n . T h i s a m o u n t o f u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s m a y n o t b e a c c e p t a b l e i n m a n y a p p l i c a t i o n s . 1 7 5 1 6 : — 2 0 2 - T h i c k n e s s M e t h o d 6 I : l " . ‘ 4 : ' - r 1 . 5 E - " T " r 1 2 5 " " 1 E 1 0 : - 1 . - : _ E 3 5 ‘ 0 . 5 : - 6 1 " E 4 E - [ [ [ 0 : - 2 E : _ _ _ _ _ _ _ . . - L ‘ ‘ - - 0 5 é ‘ L “ “ " 2 0 2 - L a y e r M e t h o d 0 ; I 1 2 0 2 - L a y e r l v l l e t h o d I I 2 0 2 - T h i c k n e s s M e t h o d ' 2 8 9 1 0 1 1 1 2 ' 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) _ 2 L 1 0 E - 1 T _ _ 2 o 2 - L a y e r M e t h o d e r " E o Z - T h i c k n e s s M e t h o d H r " . 1 ] v a r - ‘ — \ 1 . 5 T . - 5 L E I 1 _ - : E 0 . _ - “ - — 0 . 5 r : o i - - 5 _ - [ [ 2 - : C - - " - 2 0 2 - T h i c k n e s s M e t h o d . 0 5 E - - [ _ _ . . - r ; 2 0 2 - L a y e r M e t h o d - 1 0 T ‘ L I I J I I L I I I I M I I I I I I I L I I I - 1 I I I I I I I I L I I I I L J I I L I I I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 6 . 8 . S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s f o r t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . E r r o r b a r s s h o w t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l d u e t o n e t w o r k a n a l y z e r u n c e r t a i n t y f r o m a n H P 8 5 1 0 n e t w o r k a n a l y z e r . 1 7 6 9 1 . r ‘ ‘ : y , 2 , ’ Z ) ~ 0 . ” 7 A ~ ~ ~ G G 1 " . y / ( ‘ , 1 . " - " 1 k 1 . k 1 J I ’ , 2 : 2 1 2 Z ’ 1 Z 1 Z J 1 ‘ y y " l 6 2 ' z " ( k k 1 1 , ' = = : : ) ) — k I — — 1 . 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H o w e v e r , a s w a s n o t e d i n s e c t i o n 2 . 6 , s o m e s u b t l e d i f f e r e n c e s e x i s t b e t w e e n t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t h a t a r e r e l a t e d t o t h e a l g o r i t h m a n d t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n s u s e d i n t h e c a l c u l a t i o n o f S i q y . I s i s s h o w n i n A p p e n d i x C t h a t t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n w h e n b o t h m a t e r i a l s h a v e t h e s a m e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . W h e n b o t h m a t e r i a l s a r e n o t i d e n t i c a l , t w o a d d i t i o n a l o f f - d i a g o n a l e l e m e n t s m u s t b e e v a l u a t e d , a n d t h e d i a g o n a l e l e m e n t s a r e m u c h m o r e c o m p l i c a t e d t o e v a l u a t e . F r o m ( 4 . 1 7 ) - ( 4 . 2 0 ) a l l o f t h e r e l e v a n t e l e m e n t s a r e A p o s s i b l e e x p l a n a t i o n f o r t h e l a r g e d i f f e r e n c e s i n t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s i s r e l a t e d t o t h e a l g o r i t h m s a n d t h e o f f - d i a g o n a l e l e m e n t s . R e c a l l t h a t t h e t w o t h i c k n e s s 1 7 7 m e t h o d t r e a t s b o t h l a y e r 1 a n d l a y e r 2 a s i f t h e y a r e m a d e o f t h e s a m e m a t e r i a l . I n t h e c a l c u l a t i o n o f S l l f l l e ) a n d S l f f fi ) ’ o n l y ( 6 . 1 8 ) a n d ( 6 . 2 0 ) a r e u s e d , s i n c e ( 6 . 1 9 ) a n d ( 6 . 2 1 ) a r e z e r o w h e n 6 1 = 6 2 , a n d 1 1 1 = 1 1 2 . I n a d d i t i o n , t h e s a m e g u e s s e s f o r e a n d a a r e u s e d i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s f o r b o t h t h i c k n e s s e s o f t h e m a t e r i a l . I n t h e t w o l a y e r m e t h o d u s e d i n t h i s s i m u l a t i o n , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 2 , t h e u n k n o w n v a l u e s o f t h e b o t t o m l a y e r , 6 2 a n d 1 1 . 2 , a r e fi r s t g i v e n a n i n i t i a l g u e s s . T h e s e t h y 1 1 ( 1 T ) i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , w h e r e o n l y ( 6 . 1 8 ) a n d ( 6 . 2 0 ) a r e n e e d e d . W h e n t h e v a l u e s a r e t h e n u s e d t o c a l c u l a t e 5 1 1 1 / 1 L ) i n a m a n n e r i d e n t i c a l t o c a l c u l a t i n g 5 ' s e c o n d l a y e r i s a d d e d , t h e v a l u e s o f t h e t o p l a y e r , 6 1 , 1 1 1 , a r e a s s u m e d t o b e i d e n t i c a l t o t h e n o m i n a l v a l u e s u s e d t o g e n e r a t e $ 1 3 5 1 5 3 L ) ‘ T h e r e f o r e , t h e s e v a l u e s c o n t a i n e d n o e r r o r t o i n j e c t i n t o t h e s i m u l a t i o n . T h e s a m e u n k n o w n v a l u e s 6 2 a n d 1 1 2 u s e d t o c a l c u l a t e 8 1 , 1 2 1 1 L ) a r e t h e n u s e d t o c a l c u l a t e 5 1 , 1 ” ( 2 L ) ’ A s l o n g a s t h e i n i t i a l g u e s s i s n o t t h e n o m i n a l v a l u e s , t h e t w o l a y e r m e t h o d r e q u i r e s t h e c o m p u t a t i o n o f t h e o f f - d i a g o n a l e l e m e n t s s h o w n i n ( 6 . 1 9 ) a n d ( 6 . 2 1 ) , e v e n i f t h e g u e s s i s q u i t e c l o s e t o t h e o r i g i n a l . I t s h o u l d a l s o b e n o t e d t h a t t h e t e r m s T m , T 6 , a n d T m s a l s o i n v o l v e t h e r a t i o s o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e t w o l a y e r m e t h o d d o e s c o n t i n u e t o v a r y t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s 6 2 a n d 1 1 2 . T h i s r e q u i r e s t h e e v a l u a t i o n o f ( 6 . 1 9 ) a n d ( 6 . 2 1 ) u n t i l t h e e x t r a c t e d v a l u e s m a t c h t h e n o m i n a l v a l u e s t h a t w e r e o r i g i n a l l y u s e d t o g e n e r a t e t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . T h e t w o l a y e r m e t h o d t a k e s a p p r o x i m a t e l y 5 0 % l o n g e r t o e v a l u a t e t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 6 . 8 S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r a d d i t i o n a l m a t e r i a l s a s a t o p l a y e r F r o m t h e a n a l y s i s i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n , i t a p p e a r s t h a t w h e n t h e b o t t o m l a y e r i s E c c o s o r b F G M I 2 5 , E c c o s o r b F G M I 2 5 i s a p o o r c h o i c e f o r a t o p - l a y e r m a t e r i a l w h e n u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d . H o w e v e r , o t h e r m a t e r i a l s m a y p r o v e t o r e d u c e t h e n e t w o r k a n a l y z e r s e n s i t i v i t y t o a c c e p t a b l e l e v e l s f o r u s e i n p r a c t i c a l i n s i t u m e a - 1 7 8 s u r e m e n t s . T o i n v e s t i g a t e t h i s p o s s i b i l i t y , a d d i t i o n a l s i m u l a t i o n s w e r e u n d e r t a k e n t o e x a m i n e o t h e r m a t e r i a l s f o r u s e a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . R e c a l l t h a t t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t s f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l w e r e c a l c u l a t e d i n s e c t i o n 5 . 5 f o r p l e x i g l a s s , P V C , n y l o n , a n d E c c o s o r b F G M 4 0 a s t h e t o p l a y e r , r e s p e c t i v e l y , w i t h E c c o s o r b F G M l 2 5 a s t h e b o t t o m l a y e r . P l o t s o f t h e s e r e fl e c - t i o n c o e f fi c i e n t s a r e s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 6 - F i g u r e 5 . 1 9 . U s i n g t h e s e v a l u e s o f 3 3 8 1 1 ) i n t h e t w o l a y e r m e t h o d a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e s , t h e s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n m e t h o d w a s p e r f o r m e d t o o b t a i n t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s . T h e d e r i v a t i v e s f o r e a c h o f t h e s e l a y e r c o n f i g u r a t i o n s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e f o u r - t e r m c e n t r a l d i f f e r e n c e m e t h o d , a n d t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n f o r e a c h w a s c o m p u t e d u s i n g ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) i n t h e m i d d l e o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a t 1 0 . 0 9 G H z . A c o m p a r i s o n o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r d i f f e r e n t t o p l a y e r s u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 9 . E a c h p l o t i s n o r m a l i z e d t o t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r t h a t p a r a m e t e r . I n F i g u r e 6 . 9 , n o t e t h a t a t o p l a y e r o f F G M 4 0 h a s a l a r g e r s t a n d a r d d e v i a t i o n i n a l l f o u r p l o t s t h a n F G M 1 2 5 , i n d i c a t i n g t h a t t h e p a r a m e t e r s e x t r a c t e d u s i n g t h i s a s a k n o w n l a y e r a r e e v e n m o r e s e n s i t i v e t o n e t w o r k a n a l y z e r m e a s u r e m e n t e r r o r s . A l s o n o t i c e t h a t t h e p l a s t i c m a t e r i a l s , p l e x i g l a s s , n y l o n , P V C , a n d a fi c t i o n a l h i g h l o s s d i e l e c t r i c w i t h 6 ; . v a l u e s t h e s a m e a s p l e x i g l a s s , r e f e r r e d t o h e r e a s a l o s s y f o r m o f p l e x i g l a s s , p r o d u c e s t a n d a r d d e v i a t i o n s t h a t a r e m u c h l o w e r t h a n w h e n t h e t o p l a y e r i s c o m p o s e d o f F G M 1 2 5 . T h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s o n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s f o r t h e s e m a t e r i a l s a r e r o u g h l y 3 t o 5 t i m e s a s l a r g e a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . N o t e t h a t t h e h i g h l o s s v e r s i o n o f p l e x i g l a s s h a s s t a n d a r d d e v i a t i o n s t h a t a r e g r e a t e r t h a n p l e x i g l a s s . T h u s a l t h o u g h t h e s e m a t e r i a l s w i t h a l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t a p p e a r t o b e n o t a s r o b u s t a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e y d e m o n s t r a t e a n u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s t h a t m a y b e a c c e p t a b l e f o r s o m e a p p l i c a t i o n s . T h e s e m a t e r i a l s a r e i n v e s t i g a t e d i n C h a p t e r 9 a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d e x p e r i m e n t a l 1 7 9 3 5 _ E 5 0 — 3 0 : 8 : 3 . . - . C . 5 w k : 3 5 ‘ J _ ' a ) . . J b 2 5 7 2 N ' w h - 4 0 7 2 N : m b l - ( D . 8 2 0 L g . . I : 3 ; ' O : g . J . 8 ; g l 5 5 ‘ . . . J N 3 9 2 : 1 3 ° 7 ‘ 6 g , _ , N . 2 1 : f 6 " U ) a ) . _ : ' - Q ) E ‘ 5 F 1 5 ‘ f x ’ . “ ’ 1 ’ 3 ; 3 1 ’ . 1 a 7 3 4 5 { 3 , ° ‘ i t : a t . 1 a \ - Z N « - g 9 r : N > E 2 0 T N " ' 3 9 ’ C N g 1 0 . . . L o 2 2 > 3 2 0 g 5 r m 2 E { a 2 O E . 9 1 ( 5 < 5 — — > > o O r N ( D ( D . . g > o . u . u . C L 2 o . . J 2 ~ _ " 0 . C L . 4 : 5 1 o 2 5 “ ” I I l | “ 3 0 : ' 0 I I l J T w o L a y e r M e t h o d - T o p L a y e r T w o L a y e r M e t h o d - T o p L a y e r C 5 a : { g = 1 2 2 _ 4 0 _ - 1 ‘ 3 b i . - : g 7 5 ‘ ] b 1 0 g r c 2 ‘ 3 ' 5 { 5 3 0 - - Y - a s c u ° - — J 3 : - 9 _ , 3 ‘ . ’ 6 2 . E 8 i 5 3 ’ . N . E - 1 5 N - - ‘ m 3 ‘ 7 6 N m a — - t o N ( I ) _ _ l 9 . 6 m N . 9 - g 2 0 : 3 a g 5 5 , o n 8 ' . n - E N : 2 : 9 . F X L . . 5 ! E 2 ' 5 2 E o i f g 4 2 o 9 ‘ 2 3 1 0 ' _ § ( 5 ( D . 9 2 > > o ( 5 0 - . ( 5 u . u . a . Z O . . . J 2 L L - L L T w o L a y e r M e t h o d - T o p L a y e r T w o L a y e r M e t h o d - T o p L a y e r F i g u r e 6 . 9 . N o r m a l i z e d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t l a y e r s f o r t h e t o p l a y e r . T h e f o l l o w i n g t h i c k n e s s e s a r e u s e d f o r t h e t o p l a y e r : F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 5 ” , F G M 4 0 = . 0 4 0 ” , P l e x i g l a s s = 0 . 1 2 5 ” , N y l o n = 0 . 1 2 5 ” , P V C = 0 . 1 1 9 ” . B o t t o m l a y e r i s E c c o s o r b F C M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . E a c h p l o t i s n o r m a l i z e d t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r c o m p a r i s o n . 1 8 0 1 . 4 E - 1 . 4 I - 1 . 2 : — 1 . 2 E - 1 . 0 I — o — — o — — — — — " * / — ° 1 . 0 I M P — ” ’ 5 ' ; \ 0 6 ’ 0 . 8 : - 0 ’ I I 0 . 8 _ L ‘ 7 ‘ E 6 7 . : 0 . 6 _ — 0 . 6 r 0 . 4 : - 0 . 4 E - 0 . 2 : - 0 . 2 : - 0 0 : l l j l l l l l l l L k l l l L l ' l l l l l 0 0 : ] I I L J J I J _ L L L 1 1 I l l 4 ' 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 0 . 2 2 0 . 2 4 d / A d / A 0 . 1 4 E - 0 . 1 4 E - 0 . 1 2 : - 0 . 1 2 : - 0 . 1 0 : — . . + _ ~ _ _ 4 , 0 . 1 0 I - M . . M i - : fi : r v U p ’ - 0 ' I I ‘ r 0 0 8 : - H T . 0 . 0 8 _ - 0 . 0 6 E - 0 . 0 6 : - 0 . 0 4 : - 0 . 0 4 : — 0 . 0 2 E - 0 . 0 2 E - 0 . 0 0 I - l l l l l l l l l l l L l l l L l l l l l l l 0 . 0 0 I - I I I I J I I I L I L I J L J L I — l l l l l l 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 0 . 2 2 , 0 . 2 4 d / A d / A F i g u r e 6 . 1 0 . S t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s f o r a t o p l a y e r o f P l e x i g l a s s a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s s i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . r e s u l t s . 6 . 9 V a r i a t i o n s i n t h i c k n e s s e s T h e s i m u l a t i o n s i n s e c t i o n 6 . 8 r e v e a l t h a t t h e c h o i c e o f l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e — r i a l s f o r t h e t o p l a y e r r e s u l t e d i n t h e l o w e s t s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e t h i c k n e s s c h o s e n f o r t h o s e s i m u l a t i o n s w a s 0 . 1 2 5 ” , p r i m a r i l y b e c a u s e i t i s a s t a n d a r d t h i c k n e s s a v a i l a b l e f r o m p l a s t i c m a n u f a c t u r e r s . H o w e v e r , i t i s p o s s i b l e t h a t d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f t h e s a m e m a t e r i a l m a y p r o v i d e l e s s s e n s i t i v i t y t o n o i s e . A n a d d i t i o n a l i n v e s t i g a t i o n w a s u n d e r t a k e n t o e x a m i n e t h e e r r o r s e n s i t i v i t y o f 1 8 1 1 . 4 E - 1 . 4 1 . 2 E - 1 . 2 E - 1 . 0 E ' W 1 . 0 5 ' W 0 . 8 : — 0 . 8 : - 0 6 ; ; 0 . 6 4 . , : 0 . 6 : - 0 . 6 : - 0 . 4 E - 0 . 4 C - 0 . 2 1 ' - 0 . 2 E - y . J l l l l l l l l l l l I l l 4 l l l L l l L l l l J l l l l l l l l l l J 0 0 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 0 ' 0 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 d / A d / A 0 . 1 4 : - 0 . 1 4 : - 0 . 1 2 : - o . 1 2 : - 0 ' 1 0 : - W 0 . 1 0 : - M 0 . 0 8 : - 0 . 0 8 = - 0 ’ I E 0 ’ n : ” 1 . 0 . 0 6 E - “ ? 0 , 0 6 : — 0 . 0 4 : - 0 . 0 4 I - 0 . 0 2 : - 0 . 0 2 : - 0 0 0 : l l l l l l l l l L l l l l l l l l O O O : I 4 L l l l l l l i l l l l l l l l l ' 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 ' 0 . 1 5 0 . 2 0 0 . 2 5 0 . 3 0 d / A d / A F i g u r e 6 . 1 1 . S t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s f o r a t o p l a y e r o f R e x o l i t e a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s s i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . 1 8 2 1 . 4 : - 1 . 4 I - 1 . 2 : - 1 . 2 : - - r - " ‘ 0 . 8 r ' 7 ‘ 0 . 8 : — 0 . 6 : - 0 . 6 E - 0 . 4 E - 0 . 4 : - 0 . 2 L 0 . 2 i 0 l I l I l I l l I I l I l I l I I O t I _ I _ l I l l I l I I I I 4 ” 0 . 1 0 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 1 0 . 1 0 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 d / A d / A 0 . 1 4 : — ' 0 . 1 4 E - 0 . 1 2 : — 0 . 1 2 E - 0 1 0 E / / \ ‘ 0 . 1 0 E - 0 “ ; 0 . 0 8 : - U p ' r ’ O D B : - 0 . 0 6 _ - 0 . 0 6 : - 0 . 0 4 : — 0 . 0 4 : - 0 . 0 2 E - 0 . 0 2 : - D L l I l I I l l I I J I I I l I I l I I I I I l I 1 4 4 L J L 1 I 0 . 0 0 , . 0 . 1 0 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 0 % . 1 0 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 d / A d / A F i g u r e 6 . 1 2 . S t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s f o r a t o p l a y e r o f M a t e r i a l 1 . 5 a t 1 0 . 0 9 G H z . T h e b o t t o m l a y e r w a s s i m u l a t e d a s 0 . 1 2 5 ” o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . 1 8 3 t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g v a r y i n g t h i c k n e s s e s o f d i f f e r e n t m a t e r i a l s f o r t h e t o p t h e y 1 1 ( 1 L ) ’ f o r o n e l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , w a s g e n e r a t e d u s i n g o n l y t h e f i r s t l a y e r . T o s a v e c o m p u t a t i o n a l t i m e , t h e t h e o r e t i c a l r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t , S f o u r m o d e s , i n s t e a d o f t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . T h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l , 3 3 2 % “ , w a s a l s o g e n e r a t e d u s i n g t h e fi r s t f o u r m o d e s f o r t h r e e d i f f e r e n t m a t e r i a l s . S i m u l a t i o n s s h o w e d t h a t t h e c a l c u l a t i o n o f t h e d e r i v a t i v e s u s e d i n ( 6 . 8 ) — ( 6 . 1 1 ) u s i n g o n l y t h e fi r s t f o u r m o d e s w e r e w i t h i n 1 % o f t h e d e r i v a t i v e v a l u e s c a l c u l a t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . T h e s e d e r i v a t i v e s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e F O R T R A N r o u t i n e d f i r d r . f f o r t h i s a n a l y s i s . S i n c e t h e e r r o r s e n s i t i v i t y s h o w n i n F i g u r e 6 . 9 i n d i c a t e s t h a t m a t e r i a l s w i t h t h e l o w e r d i e l e c t r i c c o n s t a n t s h o w t h e l e a s t s e n s i t i v i t y t o e r r o r , t h r e e d i f f e r e n t l o w d i e l e c - t r i c m a t e r i a l s w e r e e x a m i n e d f o r t h e i r s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h i s a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d f o r d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f t h e m a t e r i a l a t 1 0 . 0 9 G H z , a n d t h e s e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 0 - F i g u r e 6 . 1 2 . T h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s e d t o g e n e r a t e t h e s e r e s u l t s a r e s h o w n i n A p p e n d i x F . N o t e t h a t i n e a c h f i g u r e , t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n f o r e a c h o f t h e e x t r a c t e d p a r a m - e t e r s i s d i s p l a y e d a s a f u n c t i o n o f t h e e l e c t r i c a l t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l . T h e e r r o r s e n s i t i v i t y o f p l e x i g l a s s , d i s p l a y e d i n F i g u r e 6 . 1 0 , d o e s n o t c h a n g e a p p r e c i a b l y w i t h r e s p e c t t o t h e e l e c t r i c a l t h i c k n e s s . T h i s i s t r u e f o r a l l f o u r s u b p l o t s s h o w n i n t h e f i g u r e . T h e e r r o r s e n s i t i v i t y o f R e x o l i t e , s h o w n i n F i g u r e 6 . 1 1 , s h o w s s o m e s l i g h t . v a r i a t i o n s i n t h e r e s u l t s . T h e v a l u e s f o r a l l ; a n d 0 6 ; ! s h o w a s l i g h t i m p r o v e m e n t w h e n t h e t o p l a y e r i s t h i c k e r , w h i l e t h e v a l u e s f o r O M ! a n d o f ; s h o w s l i g h t l y b e t t e r r e s u l t s w h e n t h e l a y e r i s t h i n n e r . H o w e v e r , t h e r e i s n o t a v e r y l a r g e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d i f f e r e n t t h i c k n e s s o f R e x o l i t e f o r t h i s a n a l y s i s . T h e t h i r d m a t e r i a l e x a m i n e d i n t h i s s e t o f s i m u l a t i o n s i s f o r a f i c t i o n a l l o w l o s s m a t e r i a l , n a m e d M a t e r i a l 1 . 5 f o r t h e s e s i m u l a t i o n s . A s s e e n i n A p p e n d i x F , t h e m a t e r i a l w a s s i m u l a t e d a s h a v i n g a d i e l e c t r i c c o n s t a n t o f 6 ; . = 1 . 5 a c r o s s t h e f r e q u e n c y 1 8 4 b a n d , w i t h a s m a l l v a r y i n g a m o u n t o f l o s s . T h e g e n e r a l t r e n d o f a l l f o u r s u b p l o t s f o u n d i n F i g u r e 6 . 1 2 i s t h a t t h e s m a l l e r t h i c k n e s s e s o f t h e m a t e r i a l a p p e a r e d t o h a v e l e s s s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e v a l u e s f o r 0 5 ; . s h o w a n i n c r e a s e o f a b o u t 1 0 0 % w h e n t h e t h i c k n e s s i s i n c r e a s e d f r o m a p p r o x i m a t e l y 0 . 1 0 ) 1 t o 0 . 1 8 A . I n p r a c t i c e , h o w e v e r , s m a l l t h i c k n e s s e s o f s u c h a m a t e r i a l m i g h t b e i m p r a ( ' : t i c a l f o r u s e , a n d t h e m a t e r i a l m u s t b e t h i c k e n o u g h f o r t h e s i n g l e l a y e r a n d t w o l a y e r m e a s u r e m e n t s t o b e i n d e p e n d e n t . 6 . 1 0 E r r o r S e n s i t i v i t y C o n c l u s i o n s T h i s e r r o r a n a l y s i s h a s e x a m i n e d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d f o r t h e i r s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a p p e a r s t o b e a r a t h e r r o b u s t m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d , w i t h l o w s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s w h e n t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t i s E c c o s o r b F G M l 2 5 . W h e n t h e e x t r a c t i o n i s p e r f o r m e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d o n t h e s a m e t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , a m u c h h i g h e r s e n s i t i v i t y t o r a n d o m n o i s e i s o b s e r v e d i n t h e s i m u l a t i o n s . H o w e v e r , w h e n a l o w l o s s d i e l e c t r i c p l a s t i c m a t e r i a l w a s u s e d a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s i s c l o s e r t o t h e v a l u e s o b s e r v e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A n e x a m i n a t i o n o f d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f l o w l o s s , l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l s p r o v i d e d n o c l e a r i n s i g h t r e g a r d i n g a n o p t i m a l t h i c k n e s s o f t h e t o p l a y e r m a t e r i a l . T h e s e s i m u l a t i o n s s u g g e s t t h a t a n e x p e r i m e n t t h a t e m p l o y s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 s h o u l d p r o v i d e a n e s t i m a t e o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s t h a t i s l e a s t s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s . T h e t w o l a y e r m e t h o d i s m o r e s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . I f a l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l i s u s e d a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , s u c h a s P V C o r p l e x i g l a s s , e x p e r i m e n t a l d a t a s h o u l d b e 3 — 6 t i m e s m o r e s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a - s u r e m e n t e r r o r t h a n f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h i s m a y b e a n a c c e p t a b l e e r r o r 1 8 5 c r i t e r i o n f o r s o m e a p p l i c a t i o n s . T h e s e o b s e r v a t i o n s a r e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n f o r t h e d e s i g n a n d e x e c u t i o n o f t h e p r o o f o f c o n c e p t e x p e r i m e n t e x a m i n e d i n C h a p t e r 9 . 1 8 6 C H A P T E R 7 T W O I R I S M E T H O D 7 . 1 I n t r o d u c t i o n R e c a l l f r o m t h e d i s c u s s i o n o f t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i n C h a p t e r 2 t h a t t w o c o m p l e x m e a s u r e m e n t s a r e r e q u i r e d t o s o l v e f o r t h e c o m p l e x p e r m i t t i v i t y e , a n d p e r m e a b i l i t y , p , o f t h e m a t e r i a l . B o t h o f t h o s e m e t h o d s u t i l i z e t w o d i f f e r e n t r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t m e a s u r e m e n t s w i t h a n o p e n - e n d e d fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e . I n t h i s c h a p t e r , t h e t h e o r e t i c a l b a c k g r o u n d i s l a i d f o r a t e c h n i q u e w h i c h u s e s t w o i n d e p e n d e n t m e a s u r e m e n t s o b t a i n e d w i t h t w o d i f f e r e n t a p e r t u r e s , o r i r i s e s , a t t h e e n d o f a f l a n g e d X - b a n d w a v e g u i d e . T h i s t e c h n i q u e i s d e s c r i b e d h e r e a s t h e t w o i r i s m e t h o d . 7 . 2 T w o I r i s A l g o r i t h m T h e a l g o r i t h m u s e d i n t h e t w o i r i s m e t h o d i s s i m i l a r t o t h a t u s e d i n t h e g e n e r a l a p p r o a c h t a k e n i n f o r m u l a t i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d i n m e a s ( 2 I ) C h a p t e r 2 . I n t h e t w o i r i s m e t h o d , o n e c o m p l e x m e a s u r e m e n t , 5 1 1 ( 1 ) , o f a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l i s o b t a i n e d u s i n g a fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e w i t h a n a p e r t u r e o f m e a s ( 2 [ ) s e t d i m e n s i o n s , A p e r t u r e 1 . A s e c o n d m e a s u r e m e n t , 8 1 1 ( 2 ) , i s o b t a i n e d u s i n g a s e c o n d p r o b e w i t h a d i f f e r e n t a p e r t u r e , A p e r t u r e 2 . T h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s f o r A p e r t u r e 1 , S u z i / ( 2 1 ) , a n d A p e r t u r e 2 , 1 1 ( 1 ) S 1 , 1 2 % ) ? ” , a r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e f o r m u l a t i o n d e s c r i b e d i n s e c t i o n 7 . 3 . T w o f u n c t i o n s a r e t h e n c o n s t r u c t e d , o n e f o r e a c h a p e r t u r e , n e 3 ( 2 1 ) t h ( 2 1 ) m e 2 1 h r 2 1 g A p 2 ( € 1 7 # 1 ) Z 3 1 1 : 2 f ( ) — S I I E ” Z ( ) ) ( 7 . 1 ) 1 8 7 T h e s e f u n c t i o n s a r e t h e n m i n i m i z e d s i m u l t a n e o u s l y u s i n g a r o o t s e a r c h m e t h o d s i m i l a r t o t h a t e m p l o y e d i n ( 2 . 7 ) . I n t h i s c h a p t e r , t h e f o r m u l a t i o n f o r t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s p r e - s e n t e d , a s w e l l a s c o m p u t a t i o n a l c o n s i d e r a t i o n s a s s o c i a t e d w i t h t h e c o m p u t a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . 7 . 3 P r o b l e m F o r m u l a t i o n C o n s i d e r t h e g e o m e t r y s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 . A s i n g l e l a y e r o f c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e - r i a l , w i t h p e r m i t t i v i t y 6 1 a n d p e r m a b i l i t y , u . 1 , i s i n t e r r o g a t e d b y a s i n g l e o p e n - e n d e d fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e . T h e m a t e r i a l i s a s s u m e d t o b e o f a k n o w n t h i c k n e s s , l i n e a r , i s o t r o p i c , h o m o g e n e o u s , a n d i n fi n i t e i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s . T h e p r o b e h a s a r e d u c e d a p e r t u r e a t t h e e n d o f t h e w a v e g u i d e , w h i c h i s o f w i d t h A m i n t h e x - d i r e c t i o n a n d h e i g h t / 1 y i n t h e y — d i r e c t i o n . T h e a p e r t u r e h a s a t h i c k n e s s o f ( 1 2 i n t h e a x i a l d i r e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e . T h e t o p v i e w o f t h e w a v e g u i d e w i t h t h e r e d u c e d a p e r t u r e o p e n i n g , f l a p , i s s h o w n i n F i g u r e 7 . 2 . T h e fl a n g e a n d c o n d u c t o r a r e a s s u m e d t o b e P E C s u r f a c e s , i n fi n i t e i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s . 7 . 3 . 1 W a v e g u i d e a n d A p e r t u r e F i e l d s I t i s a s s u m e d t h a t t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e i s t h e o n l y p r o p a g a t i n g m o d e w h i c h i n t e r r o g a t e s t h e w a v e g u i d e d i s c o n t i n u i t y c a u s e d b y t h e r e d u c e d a p e r t u r e . T h e i n c i d e n t e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e a r e g i v e n b y a . 1 , ’ . 9 ' 1 1 1 / l g _ a f fi r m = ( 1 . 3 a f ' 9 ( m e 3 " 2 1 ‘ 2 ‘ 1 2 ) ( 7 . 2 ) — o y , - — o , ' ‘ u y g _ _ 1 0 9 m = — a i h r g < a e fl r z l ( Z d 2 ) , ( 7 3 ) w h e r e a 3 i s t h e c o m p l e x a m p l i t u d e o f t h e i n c i d e n t w a v e , d 2 i s t h e t h i c k n e s s o f t h e a p e r t u r e i n t h e a x i a l d i r e c t i o n . T h e t e r m 1 0 2 0 , ? i s t h e a x i a l w a v e n u m b e r f o r p r o p a g a t i o n i n t h e w a v e g u i d e , a n d i s g i v e n b y ( 2 . 3 ) . T h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e f u n c t i o n s f o r t h e 1 8 8 a ; i W a v e g u i d e 1 . 1 R e g i o n A p e r t u r e { R e g i o n a 2 1 - 2 P a r a l l e l P l a t e 6 1 ’ “ 1 R e g i o n 2 = - h v P E C F i g u r e 7 . 1 . S i d e v i e w f o r a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l i n t e r r o g a t e d b y a r e d u c e d a p e r t u r e w a v e g u i d e p r o b e . n t h m o d e a r e d e n o t e d b y 5 3 9 ( 0 ) a n d 5 5 9 ( 5 ) , a n d a r e f o u n d i n ( A . 1 ) - ( A . 2 ) a n d ( A 7 ) - ( A . 8 ) . I n ( 7 . 2 ) , n = 1 , w h i c h c o r r e s p o n d s t o t h e i n c i d e n t T E 1 0 m o d e . A s t h e i n c i d e n t w a v e e n t e r s t h e a p e r t u r e r e g i o n , a n i n fi n i t e n u m b e r o f m o d e s a r e e x c i t e d a t t h e w a v e g u i d e d i s c o n t i n u i t y a t z 2 d 2 , a n d p r O p a g a t e t o w a r d t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . A s t h e s e m o d e s i n t e r r o g a t e t h e m a t e r i a l , a n d r e fl e c t b a c k i n t o t h e w a v e g u i d e r e g i o n , m u l t i p l e w a v e g u i d e m o d e s a r e e x c i t e d i n t h e a p e r t u r e r e g i o n a n d t h e w a v e g u i d e . T h e s c a t t e r e d w a v e g u i d e m o d e s a r e d e n o t e d b y t h e a m p l i t u d e s ( i i i n F i g u r e 7 . 1 . T h e t r a n s v e r s e s c a t t e r e d e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n a r e a p p r o x i m a t e d u s i n g N m o d e s . U s i n g t h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e f u n c t i o n 1 8 9 ' g ( = 7 : w g ( _ _ _ _ 7 : ¢ ‘ ) ) n Z l a g é Z a n h fl n ’ ’ g ( m e “ g ( 4 ) 6 — s s z n q ( z z n ( z Z — _ d d 2 2 ) ) , , 0 0 S S 2 2 ; ; S S d d 2 2 , , 5 [ 6 7 6 C C S S . ( 7 ( 7 . . 4 5 ) ) r e p r e s e n t a t i o n , t h e e x p r e s s i o n f o r t h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e w a v e g u i d e i s T h u s , i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n , : 5 > d 2 , t h e t o t a l t r a n s v e r s e fi e l d s a r e d e s c r i b e d a s . ‘ w g E l m / ( fl — _ a 1 8 7 1 q ( p ~ ) e fl t ~ l ( z — d 2 ) + Z 0 1 7 1 6 7 . ? ! l e m e — s z n ( F l — ( 1 2 ) , n = 1 0 _ < _ z § d 2 , 0 6 0 3 ( 7 . 6 ) _ , , , q . n w g H Z L Q W = — a 2 1 h 1 1 1 ) g ( m € ] k 2 1 ( z - d 2 ) + Z a s 5 7 1 ; ) 9 0 3 3 6 - - j k ~ ; ' , q — ( z d 2 ) O S z S d g , 5 6 0 5 ' . ( 7 . 7 ) T h e s e a r e v a l i d f o r t h e c r o s s s e c t i o n a l s u r f a c e o f t h e w a v e g u i d e , C S , i n t h e r e g i o n 0 § z £ 0 , 0 _ < _ y g b . T h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e a p e r t u r e r e g i o n m a y a l s o b e a p p r o x i m a t e d b y u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f m o d e s , d e n o t e d h e r e a s M . T h e n u m b e r M d o e s n o t h a v e t o b e t h e s a m e a s t h e n u m b e r o f m o d e s i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n , N . U s i n g a r e p r e s e n t a t i o n s i m i l a r t o t h e w a v e g u i d e r e g i o n r e p r e s e n t a t i o n f o r t h e t o t a l e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e a p e r t u r e r e g i o n y i e l d s M k a p z _ . . 7 1 9 z - ' _ . E t a p ( 4 , _ n g e g m m e p + n g e g p r m e ‘ j 1 . 3 , , 0 s z s 0 3 2 , p e f l a p ( 7 8 ) p 2 1 1 9 0 d W H _ 7 Y - ‘ “ ) = - M p = 1 _ i d h S , k a ‘ p 3 ’ 7 ” + fi p l fi l e j - h ' é . l S i p o fi e _ , p z , . J . 3 a ” , M Z P = 1 0 S 3 3 ‘ 1 2 » 5 E 9 0 1 ) 4 * P E C f l a n g e b y t i i ‘ " " " A , f l a p A n y ; ‘ Y - - - - - - . . W R 9 0 w a i / e g u i d e : 1 : i a : X 1 H 1 4 x x i F i g u r e 7 . 2 . T o p v i e w f o r a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l i n t e r r o g a t e d b y a r e d u c e d a p e r t u r e w a v e g u i d e p r o b e . ( 7 . 9 ) H e r e , 3 ; , a n d 5 ; , a r e t h e c o m p l e x a m p l i t u d e s f o r t h e d o w n w a r d a n d u p w a r d t r a v e l i n g w a v e s , r e s p e c t i v e l y , i n t h e a p e r t u r e r e g i o n . T h e c r o s s s e c t i o n a l s u r f a c e o f t h e a p e r t u r e i s d e fi n e d i n t h e r e g i o n g a p E { 5 1 3 1 3 9 3 S 3 3 1 ‘ , 3 1 1 3 y 3 y t } ( 7 - 1 0 ) N o t e t h a t E S Q / 7 ) , fi g p fi é ‘ ) , a n d k g ; a r e t h e t r a n s v e r s e fi e l d d i s t r i b u t i o n f u n c t i o n s a n d a x i a l w a v e n u m b e r f o r t h e p t h m o d e , r e s p e c t i v e l y , i n t h e a p e r t u r e r e g i o n . T h e a x i a l 1 9 1 w a v e n u m b e r i n t h e a p e r t u r e r e g i o n f o r t h e p t h m o d e i s d e n o t e d b y 2 k Z P _ — \ / k 0 _ k A $ p _ k A y p ( 7 ' 1 1 ) w h e r e k A m = : 3 3 : — a n d k m ” ) : 3 1 5 — . T h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a r e g i v e n i n ( E l ) , ( 1 3 . 2 ) , ( E 6 ) , a n d ( E 7 ) T h e v a r i a b l e s u p a n d " u p c o r r e s p o n d t o t h e i n d i c e s ( 1 1 , 1 1 ) f o r a T E U - U w a v e i n t h e a p e r t u r e r e g i o n i f t h e p m m o d e i s T E Z , o r a T M U U w a v e i n t h e a p e r t u r e r e g i o n i f t h e p t ' h ' r n o d e l S T A I . 7 . 4 P a r a l l e l P l a t e F i e l d s I n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n , L o v e ’ s e q u i v a l e n c e p r i n c i p l e i s u s e d t o c r e a t e a n e q u i v a l e n t p r o b l e m w h e r e t h e fi e l d i n t h e a p e r t u r e o p e n i n g i s r e p l a c e d b y a n e q u i v a l e n t m a g n e t i c c u r r e n t a g a i n s t a P E C p a r a l l e l p l a t e . B y a p r o c e d u r e s i m i l a r t o t h a t s h o w n i n c h a p t e r 2 , t h e m a g n e t i c fi e l d i s e x p r e s s e d i n t e r m s o f m a g n e t i c H e r t z i a n p o t e n t i a l s . T h e m a g n e t i c fi e l d i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n i s g i v e n b y H t p W ( 2 I ) ( z 2 0 : ) ( k 1 + V t V - ) / C W G p p ( p ' l p ; z | , z = 0 ) ( 7 . 1 2 ) ~ — ( : x E , “ P ( p * ’ , z ’ = 0 ) ) d s ' T h i s i s s i m i l a r t o t h e e x p r e s s i o n f o r t h e m a g n e t i c fi e l d i n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n f o u n d i n ( 2 . 3 1 ) . H o w e v e r , n o t e t h a t t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n e m p l o y e d i n ( 7 . 1 2 ) i s t h e s i n g l e - l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n , w h o s e e l e m e n t s a r e g i v e n b y ( O H ) . 7 . 5 M a t c h i n g B o u n d a r y C o n d i t i o n s T h e d e s i r e d r e s u l t o f t h i s f o r m u l a t i o n i s t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r a g i v e n a p e r t u r e , , . ; a ? “ 1 1 9 2 N o t e t h a t t h r e e s e t s o f u n k n o w n a m p l i t u d e c o e f fi c i e n t s , ( 1 % , 3 3 , , a n d 3 ; . a r e f o u n d i n ( 7 . 6 ) - ( 7 . 9 ) . T o s o l v e f o r t h e s e c o n s t a n t s , t h r e e s e t s o f c o u p l e d e q u a t i o n s a r e e m p l o y e d . A t t h e b o u n d a r y 2 = d 2 , a m o d e m a t c h i n g a p p r o a c h i s t a k e n f o r t h e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s . A t 2 = O , a M F I E i s e s t a b l i s h e d b y m a t c h i n g t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d s f r o m t h e a p e r t u r e r e g i o n a n d t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . T h e M F I E i s s i m i l a r t o t h e M F I E f o r m u l a t e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 7 . 5 . 1 M a t c h i n g T a n g e n t i a l E l e c t r i c F i e l d s a t 2 : = d 2 T h e fi r s t e q u a t i o n t o b e e s t a b l i s h e d i s d e r i v e d f r o m t h e c o n t i n u i t y o f t a n g e n t i a l e l e c t r i c fi e l d a t t h e b o u n d a r y 2 2 d 2 . U s i n g t h e e x p r e s s i o n s f o r t h e t a n g e n t i a l e l e c t r i c fi e l d s f o u n d i n ( 7 . 6 ) a n d ( 7 . 8 ) a n d s e t t i n g t h e m e q u a l t o e a c h o t h e r a t t h e b o u n d a r y 2 = ( 1 2 , y i e l d s N a i é ‘ f ‘ W m Z a g g g v g m = 1 1 2 1 N N . — p . 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I t i s d e s i r a b l e t o u s e t h i s b o u n d a r y c o n d i t i o n e q u a t i o n w i t h t h e o t h e r b o u n d - a r y c o n d i t i o n s t o e s t a b l i s h a m a t r i x e q u a t i o n w h i c h m a y b e s o l v e d f o r t h e u n k n o w n 1 9 3 a l l / ( 1 5 5 7 7 1 5 7 4 ) € 1 1 1 g ( / 7 ) d . 9 + Z / C N 1 2 7 ] : 1 fl a p . 1 8 3 — - 6 ! ' 7 U 1 " 1 9 0 7 ) S ' a ; , € , — e o i a z l p ( / 3 l ‘ , ) , f g k ‘ € J ( p a 3 l ) 7 5 l 1 , : ‘ 9 ( - ‘ ) d 5 . _ _ ( 2 d 8 + ( 7 . 1 5 ) . . u g ( a m p l i t u d e s . A p p l y i n g t h e t e s t i n g o p e r a t o r J C S e m ( [ 7 ) - { } d s t o ( 7 . 1 4 ) y i e l d s A I N s - o u ' g ~ 0 1 ) — j k ( . ' 1 7 ’ ( 1 2 2 8 7 1 6 7 7 1 . ( : 5 ) ' e n ( 5 ) 8 2 n . d 8 - n : ” u p T h e o r t h o g o n a l i t y p r o p e r t i e s o f t h e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a r e s h o w n i n ( 2 . 1 0 ) . W h e n t h e s e o r t h o g o n a l i t y p r o p e r t i e s a r e u t i l i z e d , ( 7 . 1 5 ) b e c o m e s _ N N 0 : 3 5 , , 1 + Z a f fl n m = Z [ 8 ' 3 “ A ? ” + 8 e j k m d d I W W ( . ‘ Z ‘ p t a d s . ( 7 . 1 6 ) n = 1 7 1 . : 1 Q a p w h e r e , 1 , m = n 6 1 7 m = - ( 7 . 1 7 ) 0 , m ¢ 7 1 T h i s e q u a t i o n i s u s e d w i t h t h e t w o o t h e r e q u a t i o n s t o e s t a b l i s h a m a t r i x s o l u t i o n f o r t h e c o u p l e d m o d e m a t c h i n g a n d M F I E e q u a t i o n s . 7 . 5 . 2 M a t c h i n g T a n g e n t i a l M a g n e t i c F i e l d s a t z 2 d 2 T h e c o n t i n u i t y o f t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d i s a l s o e n f o r c e d a t t h e b o u n d a r y 2 = ( 1 2 : H , ‘ " ’ ( p , z — _ _ d 2 ) : E f f - a w , z = ( 1 2 ) . 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T h e d e t a i l s o f t h i s e v a l u a t i o n a r e a d d r e s s e d i n s e c t i o n 7 . 6 . 7 . 5 . 3 M a t c h i n g T a n g e n t i a l M a g n e t i c F i e l d s a t z = 0 T h e t h i r d e q u a t i o n i s o b t a i n e d b y f o r m i n g a n M F I E a t t h e b o u n d a r y b e t w e e n t h e a p e r t u r e r e g i o n a n d t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . T h e d e t a i l s o f t h i s e q u a t i o n a r e q u i t e s i m i l a r t o t h e e s t a b l i s h m e n t o f t h e M F I E g i v e n i n s e c t i o n 2 . 5 , a n d t h i s s e c t i o n f o l l o w s a s i m i l a r p r o c e d u r e . I n t h e t w o i r i s m e t h o d , t h e t a n g e n t i a l m a g n e t i c fi e l d s a r e s e t e q u a l t o e a c h o t h e r . A p p l y i n g H t a p ( , 5 ' , z = 0 ) = H , ” ) ( p , z = 0 ) f r o m ( 7 . 9 ) a n d ( 7 . 1 2 ) y i e l d s N N - ) 3 W W + Z 3 ; ) . n g n 2 1 n = 1 2 ( k ? + V A N / Q 5 f § ( 3 1 3 ; z l z ' = 0 ) - ( 2 x E , “ " ’ ( 3 ’ , z ’ = 0 ) ) ( 1 5 ' G P T h e e x p r e s s i o n f o r t h e t a n g e n t i a l e l e c t r i c fi e l d i n t h e a p e r t u r e g i v e n i n ( 7 . 8 ) c a n b e e v a l u a t e d a t z = O , w h i c h y i e l d s E , “ P ( , 3 , 0 ) = _ — § N : [ 5 3 , + 3 3 " ] a ? ” ( 3 ) . ( 7 . 2 4 ) 7 1 2 1 1 9 6 f o a l , 5 3 1 2 ] ) ( 5 ) ‘ { } d s t o ( 7 . 2 5 ) 7 1 ) ( fl p Z I Z —- 0 , 6 u 1 p y ) i - e l d s ( [ 8 2 , , + 9 ) , ] h , a p ( p ) ) ( 1 3 , ] ( 1 3 . 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T - a k y ) : — Z a p W ( T A 1 ) k A $ - n k A y n k y n ( 7 . 7 9 ) m g — k 3 . . , . > < e — k 3 . . . > N g g v n f y 7 1 ( k r v k y ) - Z W k A y n / ‘ A y n k x ' [ e j k l ’ x T c o s m n 7 r ) — e j k x x l ] [ e ‘ j k y y t c o s w n fl — e ‘ j k ' y y l ] ( 7 . 8 0 ) ” ( k _ k A y n ) ( k 2 _ k A a m ) T h e f u n c t i o n s 9 . 3 - ( M i c a 1 : 3 1 , ) a n d g y m ( k . r , k . ) y ) a r e t h e s a m e a s s h o w n i n ( 7 . 7 1 ) a n d ( 7 . 7 2 ) S i n c e t h e y a r e f o r T E z m o d e s . I n s e r t i n g t h e e x p r e s s i o n s f o u n d i n ( 7 . 7 9 ) , ( 7 . 8 0 ) , ( 7 . 7 1 ) , a n d ( 7 . 7 2 ) i n t o ( 7 . 6 8 ) p r o d u c e s ( 1 p p 1 N u g v n K u m v m m k 2 8 7 7 2 . 7 1 , — j w n 1 4 7 r 2 2 Z a p ( T E ) O O — k A y m / _ : L 2 ( k ; ) { / O O M l ( k q , , k y ) d k y } d k f ] . ( 7 . 8 1 ) — 0 0 1 k A a r n k A y n ' N o t e t h a t b e c a u s e t h e s e i n v o l v e t h e T M 2 ; m o d e s , u n + v n > 1 . 7 . 6 . 4 . 4 c a s e 3 , T A / I u m ’ U ’ f n ‘ T E u n p m I n t h e t h i r d p o s s i b l e s e t o f c o m b i n a t i o n s , t h e f u n c t i o n s g fi g fi k x , I c y ) a n d g S ’ fi fi k I , k g ) t a k e o n d i f f e r e n t v a l u e s t h a n C a s e 1 o r 2 , s i n c e t h e y d e p e n d o n t h e m o d e f u n c t i o n s 2 1 2 f i t - 5 . 8 8 1 6 3 1 ) , g fi fi k b k y ) , a n d 9 5 % ( k x a k y ) h a v e a l r e a d y b e e n s h o w n f o r t h e T M A f o r T M ; m o d e s . T h e s e f u n c t i o n s a r e s h o w n i n A p p e n d i x E , a n d a r e g i v e n b y N o . 1 ) ( 1 ) ( 1 7 7 1 7 ’ 7 7 7 . g i f n U i r . k g ) — W k r l r m k / l y m k m [ e j A I I r C O S ( U - n z fl ' ) _ 8 3 1 3 1 3 1 3 1 ] [ e j k y t h 0 3 ( U 1 n 7 l - ) _ e j k y y l ] ( 7 . 8 2 ) j ( k ‘ . 2 _ k A y - r n ) ( k ' 2 — k A . L ‘ m ) _ f o f n m 9 3 5 1 0 9 1 1 3 , k g ) : a p ( T E ) _ _ _ — k A y m k / l x n z k fi v Z m [ e j k fl r c o s m m fl _ e j k g y x l ] [ e j k y y t c o s w m fl _ _ e j k y y z ] ( 7 . 8 3 ) ' 2 ] ( k 2 _ k A y m x k g _ k A I m ) T h e f u n c t i o n s f fl fl k x , I v y ) a n d f g f fl k k r , y ) h a v e t h e s a m e v a l u e s a s i n C a s e 1 , a n d a r e g i v e n i n ( 7 . 6 9 ) a n d ( 7 . 7 0 ) . T h u s , u s i n g ( 7 . 8 2 ) , ( 7 . 8 3 ) , ( 7 . 6 9 ) , a n d ( 7 . 7 0 ) i n ( 7 . 6 8 ) p r o d u c e s u p u p p p 1 K a n 1 m N u m u m 1 6 2 8 7 1 m j w l u 1 4 7 r 2 Z a p ( T A I ) O O [ k i x n / L 1 ( k $ ) { / 0 0 M 2 0 6 1 3 , k y ) d k y } d k a y - o o — o o k A y n / _ : L 2 ( k r ) { L : A 1 1 ( k x a k y l d k y } d k ~ r ] . ( 7 . 8 4 ) l k A x m k A y m N o t e t h a t b e c a u s e t h e s e i n v o l v e t h e T M 2 m o d e s , u m + v m > 1 . 7 . 6 . 4 . 5 c a s e 4 , T A I U T T I . v m ' T A / I u n v n T h e f o u r t h c a s e i s a c o m b i n a t i o n o f t w o T N I Z m o d e s . T h e f u n c t i o n s fi g fl k g r , k y ) , 2 1 3 m o d e s . U s i n g ( 7 . 7 9 ) , ( 7 . 8 0 ) . ( 7 . 8 2 ) , a n d ( 7 . 8 3 ) i n ( 7 . 6 8 ) p r o d u c e s p p 2 1 N 1 1 1 1 v a n t l T I f z e m k 2 k k ‘ k k . 8 7 7 1 . 7 2 . j w u 1 4 7 7 2 Z ? , { ) ( T A 1 ) ' 1 A r m ' A y m A m ' A y n + 0 0 + 0 0 / L 2 ( k a ; ) / M , ( k , . , k y ) d k y ( 1 1 ; , — o o — 0 0 + 0 0 + 0 0 + / L 1 0 . . . ) / A 7 2 ( i : , , k y ) d k y d k x . ( 7 . 8 . 5 ) — 0 0 — o o N o t e t h a t s i n c e b o t h m o d e s a r e T M 3 m o d e s , u m + " U m > 1 a n d a n , + ' 0 7 ) . > 1 . \ N i t h t h e s e e q u a t i o n s , t h e e x p r e s s i o n s f o r t h e c a l c u l a t i o n o f t h e i n d i v i d u a l m a t r i x e l e m e n t s f o r a l l n i n e m a t r i c e s h a v e b e e n d e r i v e d . T h e f o l l o w i n g s e c t i o n i s a d i s c u s s i o n o f t h e c o m p u t a t i o n a l c o n s i d e r a t i o n s u s e d i n t h e n u m e r i c a l c o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s . 7 . 7 N u m e r i c a l C o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s n g T h e n u m e r i c a l c o m p u t a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s o f m a t r i c e s D 1 t h r o u g h D 7 a r e r a t h e r s t r a i g h t f o r w a r d . H o w e v e r , d u e t o t h e n a t u r e o f t h e M F I E f o r m u l a t i o n a t t h e a p e r t u r e / m a t e r i a l b o u n d a r y , i t i s n e c e s s a r y t o c a l c u l a t e t h e m a t r i x e l e m e n t s o f D 8 a n d D 9 b y e v a l u a t i n g t h e i n t e g r a l s i n ( 7 . 7 4 ) , ( 7 . 8 1 ) , ( 7 . 8 4 ) , a n d ( 7 . 8 5 ) . A s m e n t i o n e d i n s e c t i o n 4 . 5 , t h e s e i n t e g r a l s c o u l d b e e v a l u a t e d b y c o m p l e x p l a n e a n a l y s i s o r b y n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n . S i n c e t h e a u t h o r h a d a l r e a d y u n d e r t a k e n t h i s t y p e o f a n a l y s i s w i t h t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , i t w a s r a t h e r s t r a i g h t - f o r w a r d t o i m p l e m e n t t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n p r o c e d u r e f o r u s e w i t h t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e d i s a d v a n t a g e o f t h i s t e c h n i q u e i s t h a t t w o d i m e n s i o n a l i n t e g r a t i o n i s a c o m p u t a t i o n a l l y i n t e n s i v e p r o c e s s . A d e fi n i t e i n c r e a s e i n s p e e d c o u l d b e a c h i e v e d b y c o n v e r t i n g o n e o f t h e i n t e g r a l s t o a p o l e s e r i e s u s i n g C a u c h y ’ s r e s i d u e t h e o r e m [ 3 6 ] . H o w e v e r o n e p u r p o s e o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o fi r s t i n v e s t i g a t e t h e v i a b i l i t y o f t h e t w o 2 1 4 i r i s m e t h o d a s a m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d . I n t h e e v a l u a t i o n o f t h e i n t e g r a l s i n ( 7 . 7 4 ) , ( 7 . 8 1 ) , ( 7 . 8 4 ) , a n d ( 7 . 8 5 ) , n o t e t h a t t h e f o u r f u n c t i o n s [ $ 1 1 0 9 1 3 k y ) , A 1 2 ( k 1 ; , I c y ) , L 1 ( k $ ) , a n d L 2 ( k r r ) a r e p r e s e n t i n a l l f o u r c a s e s . T h u s , t h e d e t a i l s o f t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n a r e e x a m i n e d f o r t h e s e f o u r f u n c t i o n s r a t h e r t h a n f o r t h e s p e c i fi c c a s e s . O n e w a y i n w h i c h t h e n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n i s d i f f e r e n t i n t h e t w o i r i s m e t h o d t h a n f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d i s t h e t y p e s o f m o d e s w h i c h a r e i n c i d e n t o n t o t h e a p e r t u r e r e g i o n / p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . I n t h e t w o l a y e r m e t h o d , o n l y t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e i s i n c i d e n t o n t h e p a r a l l e l p l a t e r e g i o n . B e c a u s e o f t h e s y m m e t r y o f t h e w a v e g u i d e , t h e T E 1 0 m o d e o n l y c o u p l e s w i t h t h o s e m o d e s w h i c h a r e T E o d d w m a n d T A I O d d , . , . € n i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h i s d o e s s i m p l i f y t h e n u m b e r o f p o s s i b l e m o d e s w h i c h c a n b e u s e d i n t h e t w o l a y e r s o l u t i o n . I n t h e t w o i r i s m e t h o d , a n i n f i n i t e n u m b e r o f m o d e s a r e e x c i t e d a t t h e w a v e g u i d e d i s c o n t i n u i t y a t z 2 d 2 . A l t h o u g h m o s t o f t h e m o d e s e v a n e s c e a s t h e y t r a v e r s e t h e a p e r t u r e r e g i o n , s o m e m a y s t i l l h a v e a s i g n i f i c a n t a m p l i t u d e i f t h e a p e r t u r e r e g i o n i s t h i n e n o u g h . T h e s e m o d e s a r e t h e n i n c i d e n t o n t h e a p e r t u r e / m a t e r i a l b o u n d a r y a t z = 0 . I t i s p o s s i b l e t h a t s o m e o f t h e s e m o d e s c o u p l e w i t h o t h e r m o d e s a t t h e m a t e r i a l b o u n d a r y w h i c h a r e n o t p r e s e n t i n t h e t w o l a y e r m e t h o d f o r m u l a t i o n . T h u s , i f t h e a p e r t u r e i s o f a g e n e r a l r e c t a n g u l a r s h a p e , a l l t h e T E a n d T M m o d e s m u s t b e c o n s i d e r e d i n t h e i n t e g r a l e q u a t i o n . A s a r e s u l t , t h e i n t e g r a t i o n o f M l ( k a . , k g ) . M g ( k x , k y ) , L 1 ( k $ ) , a n d L 2 ( k ; , ; ) m u s t c o n s i d e r a l l o f t h e p o s s i b l e m o d e i n d i c e s , u m , 7 1 7 1 , U m , a n d U n - 7 . 7 . 1 R e d u c t i o n t o o n e - s i d e d i n t e g r a l s W h e n c o n s i d e r i n g t h e i n t e g r a l s f o r e a c h o f t h e f o u r c a s e s , i t i s c l e a r t h a t a l l o f t h e i n t e g r a l s i n C a s e 1 a r e p r e s e n t i n t h e o t h e r t h r e e c a s e s . T h e s e i n t e g r a l s a r e a n a l y z e d 2 1 5 a s + 0 0 + 0 0 1 1 2 : / L 1 ( k . , ) / A « 1 2 ( 1 . ~ A , , A : y ) d k y d i g , ( 7 . 8 6 ) - - 0 0 — 0 0 + 0 0 + 0 0 7 2 2 : / L 2 ( L ~ A ) / 1 1 1 2 ( k r , k y ) d k y ( 1 1 ; , ( 7 . 8 7 ) — 0 0 — 0 0 + 0 0 + 0 0 - - 0 0 — 0 0 T o r e d u c e c o m p u t a t i o n a l t i m e a n d t o s i m p l i f y a n a l y s i s , i t i s d e s i r a b l e t o r e d u c e t h e l i m i t s o f i n t e g r a t i o n a l o n g t h e r e a l a x i s t o o n e s i d e o f t h e r e a l a x i s , i . e . f r o m 0 t o + 0 0 . T h i s m a y b e a c c o m p l i s h e d i f t h e i n t e g r a n d i s a n e v e n f u n c t i o n w i t h r e s p e c t t o t h e i n t e g r a t i o n v a r i a b l e . C o n s i d e r t h e e x p r e s s i o n f o r 1 1 1 1 ( k r , k y ) , w h i c h i s g i v e n b y c o s h p l h ( e — J k y y t c o s 1 2 7 , 7 7 — e - J k y y l ) ( e J k y - W c o s 2 2 , 7 1 7 7 — e J A ' y l / l ) ' . 2 2 a . 2 A 1 1 ( k m , k y ) : ( 7 . 8 9 ) N o t e t h a t 1 1 1 1 ( k 3 , I c y ) i s e v e n w i t h r e s p e c t t o t h e v a r i a b l e k m , s i n c e o n l y p 1 i n c l u d e s t h e v a r i a b l e k m , w h e r e p 1 = \ / k 3 + k g — k g . T h e f u n c t i o n A 1 2 ( k ' £ , k y ) i s a l s o e v e n w i t h r e s p e c t t o t h e v a r i a b l e 1 9 1 ; . T o d e t e r m i n e t h e e v e n o r o d d p r o p e r t i e s o f 1 1 1 1 ( k r , k y ) w i t h r e s p e c t t o k y , t h e p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s o f t h e i n d i c e s u , z a n d 1 . 2 m m u s t b e c o n s i d e r e d . T h e e x p r e s s i o n f o u n d i n ( 7 . 8 9 ) c a n b e r e w r i t t e n a s A I M / € 1 7 , k g ) = A 1 1 € ( k l ’ a k y ) “ [ 1 v ( k y ) fi ( 7 - 9 0 ) 2 1 6 1 1 1 1 1 4 1 . ) , k y ) = p 1 s i n h p l h ( A 3 — k i y n ) ( A 7 3 — ' k i t / m ) * w h e r e t h e e v e n p o r t i o n i s 1 h h . C 0 5 m ( 7 . 9 1 ) a n d t h e e x p r e s s i o n w h i c h m u s t b e e v a l u a t e d f u r t h e r i s A 1 1 0 ( k y ) = ( e _ j k y y t c o s v n 7 r — e _ j k y y l ) ( 6 3 . 1 “ n y c o s 1 1 , 7 1 7 7 — e j l ' y y l ) . ( 7 . 9 2 ) U p o n e v a l u a t i o n o f t h e p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s o f t h e i n d i c e s 1 2 , , a n d v m , i t i s f o u n d t h a t , w i t h r e s p e c t t o k g , 2 + 2 C O S [ C y / 4 y , ( E V E N i n k y ) ' U n : - O d d , U 7 7 1 : O d d — 2 j s i n h I c y / 4 y , ( O D D i n k g ) v n = o d d , U m . = e v e n M m . . . ) = ( 7 . 9 3 ) 2 j s i n h I c y / 1 y , ( O D D i n k g ) 1 1 , , 2 e v e n , v , ” 2 o d d 2 — 2 c o s I c y / 1 y , ( E V E N i n k y ) v n 2 e v e n , v - m . = e v e n T h i s u n d e r s t a n d i n g o f t h e b e h a v i o r o f M 1 0 ( k y ) a l l o w s f o r t h e e v a l u a t i o n o f M 1 ( k _ ) ~ , , k y ) . S i n c e t h e p r o d u c t o f a n e v e n f u n c t i o n a n d a n e v e n f u n c t i o n i s a n e v e n f u n c t i o n , a n d t h e p r o d u c t o f a n o d d f u n c t i o n a n d a n e v e n f u n c t i o n i s a n o d d f u n c t i o n [ 6 2 ] , t h e r e s u l t i n g f u n c t i o n b e h a v i o r o f M 1 0 8 3 3 , k g ) w i t h r e s p e c t t o I c y i s E V E N i n I c y 1 ) , , 2 o d d , v m 2 o d d O D D i n k g v n 2 o d d , v m 2 e v e n 1 1 1 1 ( 1 1 1 1 3 , I c y ) 2 2 > " ( 7 . 9 4 ) O D D i n k g 1 ) , , 2 e v e n , v m 2 o d d E V E N i n I c y v n 2 e v e n , v m 2 e v e n A s a r e s u l t o f t h e e v e n a n d o d d b e h a v i o r o f t h i s f u n c t i o n , t h e r e a l a x i s i n t e g r a l o f 2 1 7 L 1 0 9 = ) . I ( k 3 : _ 1 1 3 / 2 4 1 % ) ( k 3 ? — k i r m ) . ( 7 . 9 7 ) t h e f u n c t i o n o v e r t h e v a r i a b l e k y c a n b e r e w r i t t e n a s + 0 0 2 / A l l < k r , k y ) d k l / v n : O d d , U 7 7 1 : O d d 0 + 0 0 0 v n 2 o d d , v m 2 e v e n / I l / I l ( k , p , k y ) d k y = ( _ O C 0 v n 2 e v e n , v m 2 o d d + 0 0 2 / A l fi k x , k y ) d l s : y v n = e v e n , ' v m 2 e v e n ( 0 ( 7 . 9 5 ) S i n c e t h e f u n c t i o n M g ( k $ , I c y ) = k g M fi k x , I c y ) i s a p r o d u c t o f a n e v e n f u n c t i o n m u l - t i p l i e d b y M 1 ( k x , k y ) , i t e x h i b i t s a s i m i l a r b e h a v i o r , + 0 0 2 / 1 1 1 2 0 8 2 3 , k ' y ) d k y v n = o d d , v m 2 o d d 0 + 0 0 0 v n , 2 o d d , v m 2 e v e n . / A { 2 ( k , r , k y ) d k y = ( _ O O 0 v n 2 e v e n , v m = o d d + 0 0 2 / M g ( k . $ , k y ) d k y v n = e v e n , v m = e v e n L 0 ( 7 . 9 6 ) N o w c o n s i d e r t h e e v e n a n d o d d b e h a v i o r o f t h e f u n c t i o n L 1 ( k r ) w i t h r e s p e c t t o t h e v a r i a b l e k 1 . N o t e t h a t t h e f u n c t i o n i s w r i t t e n a s ( e — j k m ‘ ” c o s u n v r — e ‘ J k fl l ) ( e j k fl r c o s u m ” - 6 3 / 1 3 1 1 ) S i m i l a r t o t h e b e h a v i o r o f A / 1 1 ( k x , k y ) , t h e r e a r e f o u r p o s s i b l e c a s e s f o r t h e c o m b i n a t i o n o f t h e i n d i c e s 1 1 , , a n d u m . W h e n t h e f o u r p o s s i b l e c a s e s o f t h e i n d i c e s 1 1 , , a n d u m a r e 2 1 8 e x a m i n e d , i t i s f o u n d t h a t ’ 2 + 2 c o s [ c m / l g ; , ( E V E N ) ( k g — 1 6 3 1 2 1 . 7 2 ) . ( 5 5 1 2 , ; _ A k i x m ) — . 7 5 1 1 ] 1 ; 3 ; , O D D ( k g — k 2 w a g — k 2 ) ( ) L u l a ) — — — 4 A m A m 2 ] s m h i j A x ( O D D ) ( k 3 : _ Q k fi l fi n ) ( 1 2 % ; ; k i x m ) — C O S a ; : 1 ; , ( E V E N ) L ( k g _ I c a h n ) ( k g _ k i x m ) T h e f u n c t i o n L 2 ( k r ) e x h i b i t s a s i m i l a r b e h a v i o r . a n 2 o d d , u m 2 o d d a n 2 o d d , u m = e v e n " ( i n 2 e v e n , u m = o d d a n 2 e v e n , u m = e v e n ( 7 . 9 8 ) R e c a l l t h a t N 1 1 ( k $ , k y ) a n d M 2 ( k g ; , k y ) a r e e v e n f u n c t i o n s w i t h r e s p e c t t o t h e v a r i a b l e k m . T h u s , m a k i n g u s e o f t h e i n f o r m a t i o n i n ( 7 . 9 8 ) , t h e i n t e g r a l T 1 2 b e c o m e s f + 0 0 + 3 0 0 0 ~ 0 , 1 1 2 = i 0 , + 0 0 + 0 0 2 / L 1 ( k g : ) 2 / M 2 ( k x , k y ) d k y d k x , ( 0 0 a n 2 o d d , u m 2 o d d u n = o d d , u m 2 e v e n a n 2 e v e n , u m 2 o d d u r n : e v e n , I l l / 7 n : 6 1 . 7 6 7 7 , ( 7 . 9 9 ) N o t i c e t h a t t h e v a l u e s f o r u n a n d u m m u s t b e b o t h e i t h e r o d d o r e v e n f o r t h e v a l u e o f T 1 2 t o b e n o n - z e r o . A l s o r e c a l l f r o m ( 7 . 9 6 ) t h a t t h e n o n - z e r o a n s w e r i s a l s o d e p e n d e n t o n t h e o d d o r e v e n v a l u e s o f v n a n d v m . T h u s , i f t w o a d d i t i o n a l f u n c t i o n s a r e d e fi n e d 2 1 9 h a b / g y 1 2 ( k l v k y ) m d , k y - d d k k r l ; ‘ ’ 1 1 ] , 2 2 = 2 4 4 0 m m , O K u Q ‘ v ( k $ ) ( k ‘ £ ) L L 1 2 + 0 0 + + 0 0 0 0 / / 0 O 0 A 9 + + + 0 0 0 0 0 0 / / 0 0 0 a s 1 , a n 2 o d d , u m = o d d 0 , ” ( L n = o d d , u m = e v e n a ' u : 0 , u n = e v e n , u m 2 o d d 1 , a n 2 e v e n , u m 2 e v e n 1 , v n = o d d , v m = o d d 0 , v n 2 o d d , v m 2 e v e n a v = 0 , v n = e v e n , v m = o d d 1 , v n = e v e n , v m 2 e v e n t h e n t h e i n t e g r a l s f r o m ( 7 . 8 6 ) - ( 7 . 8 8 ) m a y b e r e w r i t t e n a s 7 . 7 . 2 E x a m i n a t i o n o f p o l e s o n t h e r e a l k m a n d I c y a x e s . ( 7 . 1 0 0 ) ( 7 . 1 0 1 ) ( 7 . 1 0 2 ) ( 7 . 1 0 3 ) ( 7 . 1 0 4 ) T h e i n t e g r a l s i n ( 7 . 1 0 2 ) - ( 7 . 1 0 4 ) m a y b e c o m p u t e d n u m e r i c a l l y f o r t h e c a s e s s h o w n . H o w e v e r , t h e i n t e g r a n d s m u s t a l s o b e e x a m i n e d t o d e t e r m i n e i f p o l e s e x i s t a l o n g t h e r e a l a x e s . T h e s e p o l e s w o u l d c a u s e t h e i n t e g r a n d t o b e u n d e fi n e d a t t h e i r l o c a t i o n s . 2 2 0 7 . 7 . 2 . 1 E v a l u a t i o n o f p o l e s o n t h e r e a l k g a x i s F i r s t , c o n s i d e r t h e f u n c t i o n A 1 1 ( k x , k y ) f r o m ( 7 . 8 9 ) . R e c a l l t h a t t h i s f u n c t i o n i s o n l y e v a l u a t e d w h e n v n a n d v m a r e b o t h o d d n u m b e r s o r b o t h e v e n n u m b e r s . I n e i t h e r c a s e , t h e p o l e s o f t h e f u n c t i o n a r e s h o w n i n F i g u r e 7 . 3 f o r t h e c a s e o f a l o s s y m a t e r i a l . N o t e t h a t t h e p o l e s d u e t o t h e p a r a l l e l p l a t e t e r m s a r e i n t h e f o u r t h q u a d r a n t , a n d t h e b r a n c h p o i n t a n d b r a n c h c u t a r e a l s o i n t h e s a m e q u a d r a n t . T h e b r a n c h c u t d o e s n o t c r o s s t h e r e a l a x i s . T h e p o l e s w h i c h a r e o n t h e r e a l a x i s m u s t b e e x a m i n e d t o d e t e r m i n e i f t h e y a r e r e m o v a b l e . I f n o t , i n t e g r a t i o n i n t h e c o m p l e x p l a n e a r o u n d t h o s e p o l e s m u s t b e u n d e r t a k e n . I f t h e m a t e r i a l i s l o s s l e s s , t h e p o l e d u e t o t h e t e r m p a n d t h e p a r a l l e l p l a t e p o l e s w i l l b e o n t h e p o s i t i v e r e a l a x i s a n d t h e n e g a t i v e i m a g i n a r y a x i s , d e p e n d i n g o n t h e o r d e r o f t h e p o l e s a n d t h e v a l u e o f k m . I f t h e p o l e s a r e o n t h e r e a l a x i s , t h e y m u s t b e e v a l u a t e d t o d e t e r m i n e i f t h e y a r e r e m o v a b l e , o r i n t e g r a t i o n i n t h e c o m p l e x p l a n e a r o u n d t h o s e p o l e s c a n b e u s e d . I n t h i s a n a l y s i s , i t i s a s s u m e d t h a t t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l c o n t a i n l o s s . T h u s , t h i s a n a l y s i s w i l l f o c u s o n t h e p o l e s o n t h e r e a l a x i s a t k g = k A y m a n d k g = k A y n t o d e t e r m i n e i f t h e y a r e r e m o v a b l e . I n t h e t w o l a y e r m e t h o d , a s i m i l a r a n a l y s i s w a s u n d e r t a k e n o n t h e f u n c t i o n s P ( k y ) a n d Q ( k y ) i n s e c t i o n 4 . 5 . I n t h a t a n a l y s i s , i t w a s d e t e r m i n e d t h a t t h e p o l e s o f b o t h P ( k y ) a n d Q ( k y ) a r e r e m o v a b l e p o l e s . W r i t e M 1 ( k m , k y ) a s ( e ’ J k y y t c o s v n 7 r — e _ 3 k y y l ) ( e j k y y t c o s v m 7 r — H A Y / 3 ’ 1 ) h h l e m k y ) : 0 : 1 5 1 h 2 2 2 2 ’ p 1 p 1 ( k 3 ! _ k A y n ) ( k ? ! — [ C A L I / m ) ( 7 . 1 0 5 ) a n d l e t t h e f r a c t i o n o n t h e r i g h t h a n d s i d e o f ( 7 . 1 0 5 ) b e d e fi n e d a s ( e — j k y y t C O S ” U n n - _ e _ j k y y l ) ( e j k y I / t € 0 8 1 , 7 7 1 , ” - _ _ e j l t y l / l ) P 2 1 ( k ' y ) = ( 7 . 1 0 6 ) . 2 2 . 2 . 2 ( k g _ [ C A R / n ) ( k y _ A A y ' m ) 2 2 1 A k : A y m . k A y n P 1 ® 6 9 P a r a l l e l p l a t e p o l e s 6 9 v , L E F i g u r e 7 . 3 . T h e p o l e s o f A 1 1 ( k r , k y ) i n t h e c o m p l e x k y p l a n e . 2 2 2 c 1 0 o s s i h n p h n t h e : o l 1 r k ; ( e — j 2 y k ( e _ j k ' t y h h 1 0 h i k g y h t y t h C a O n S d U s i d e R ” _ O i e S U ( s w r k n i F 2 g t — j k y y _ _ . _ n t l e ) k 8 a ( e y z _ j 2 A y k n ‘ y ) s j k y y t ( c , v m s v r _ _ j k e j k e _ y ' . . y 2 A 1 t c M o ) 2 y I c ( ( o s v m 7 T - e j k y I / l ) . y l . . y 7 7 1 1 0 1 9 0 ) ) I f t h e k f r a a y c t ) i o n = W h e n v n a n d v m a r e e v e n , P 2 1 0 9 3 1 ) b e c o m e s ( 2 — 2 c o s I c y / 1 y ) , 2 _ . 2 . 2 _ . 2 " A y k A ' y - n . ) ( A l l l b I ‘ l l / 7 n ) P 2 1 0 1 » = < ( 7 . 1 0 7 ) w h i c h i s a l m o s t i d e n t i c a l t o t h e e x p r e s s i o n f o r P ( k y ) g i v e n i n ( 4 . 9 7 ) . T h e o n l y d i f - f e r e n c e i s t h e v a l u e s g i v e n f o r t h e l o c a t i o n s o f t h e p o l e s i n ( 7 . 1 0 7 ) , w h i c h a r e a t k y : 2 k A y m a n d k g = k A y n i n ( 7 . 1 0 7 ) i n s t e a d o f k y = k y m a n d I c y 2 k m i n ( 4 . 9 7 ) . B y t h e a r g u m e n t s p r e s e n t e d i n s e c t i o n 4 . 5 , w h e n v n a n d v m a r e e v e n t h e p o l e s o f P 2 1 ( k y ) a r e f o u n d t o b e r e m o v a b l e . U s i n g t h e r e s u l t s f r o m s e c t i o n 4 . 5 , w h e n v n a n d v m a r e e v e n , 2 c o s h p l [ 2 A g ‘ ‘ 2 1 g m . y n 1 1 1 1 ( k , . , . , 1 ~ , , ) | * 1 ; = p 1 8 1 1 0 t h M A W ( 7 . 1 0 8 ) : k ‘ A y m 0 . » k A y m ‘ 7 é k A y n W h e n v " = 0 o r v m = 0 , k A y m = 0 a n d k A y n = 0 . T h i s s p e c i a l c a s e d o e s n o t n e e d t o b e c o n s i d e r e d , b e c a u s e w h e n k A y m = 0 o r k A y n = 0 , t h e i n t e g r a l T 2 1 i s n o t e v a l u a t e d . I n a s i m i l a r m a n n e r , t h e f u n c t i o n M g ( k r , I c y ) m a y b e r e w r i t t e n a s ( 1 2 % - ' 9 3 : . . . ) ( k 3 - ' 2 . . . ) 2 2 3 k A g m 2 A ( k y m — k 2 A y n ) ( k 2 A y m _ k 2 A y m ) O I O t h e n w h e n v n , a n d v m a r e e v e n Q 2 1 ( k y ) b e c o m e s k g ( 2 — 2 c o s k y A y ) 1 : 3 — 1 9 3 , 3 1 ” ) ( 2 . ; — 1 . 3 m m ) 6 2 2 1 0 1 ; ) = ( ( 7 . 1 1 1 ) N o t e t h a t t h i s f u n c t i o n i s t h e s a m e a s t h e f u n c t i o n Q ( k y ) f o u n d i n ( 4 . 1 1 0 ) w i t h a c h a n g e o f v a r i a b l e s . B y t h e a r g u m e n t s p r e s e n t e d i n s e c t i o n 4 . 5 , w h e n v n a n d v m a r e e v e n t h e p o l e s o f Q 2 1 ( k y ) a r e r e m o v a b l e . T h u s , w h e n v ” a n d v m a r e e v e n , u s i n g t h e r e s u l t s f r o m s e c t i o n 4 . 5 p r o d u c e s c o s h p 1 h 2 _ , k - = k . , z 0 p 1 s i n h p l h y A y m A y n . c o s h p l h A 3 2 , 1 9 1 s i n h p l h . T , 0 , k A y m . 7 é k A y n 0 1 1 2 0 6 1 7 , k y ) | k y : k . 4 y 7 n = : k A y - m : k A y n 7 g 0 ( 7 . 1 1 2 ) W h a t r e m a i n s i s t o d e t e r m i n e i f t h e p o l e s o f M fi k x , k y ) a n d 0 1 2 ( k x , k y ) a r e r e - m o v a b l e w h e n v n a n d v m a r e o d d . W h e n v n a n d v m a r e o d d , t h e f u n c t i o n P 2 1 ( A ' y ) b e c o m e s ( 2 + 2 c o s I c y / 4 y ) l 3 - k 2 . . . ) ( k 5 - 1 7 3 0 . . . ) ' F ( _ ) l l o w i n g t h e p r o c e d u r e o u t l i n e d i n ( 4 . 9 5 ) - ( 4 . 1 0 0 ) , a l l o f c o e f f i c i e n t s o f t h e p r i n c i p a l P 2 1 ( k y ) = ( ( 7 . 1 1 3 ) p a r t o f P 2 1 0 9 3 1 ) a r e z e r o , s h o w i n g t h a t k = k A y m a n d k = k A y n a r e r e m o v a b l e p o l e s . W h a t r e m a i n s i s t o e v a l u a t e P 2 1 ( k y ) a t t h e p o l e s . W h e n k g : k A y . , , , 3 A k A y n t h e e v a l u a t i o n o f P 2 1 0 0 3 1 ) i s ( 2 + 2 c o s v 7 r ) , ( 7 . 1 1 4 ) 2 2 4 w h i c h i s i n d e t e r m i n a t e . U s i n g L ’ H o p i t a l ’ s r u l e , a 2 2 ‘ k . A l l . 1 . = 3 7 3 , ; ( + 0 0 5 y y ) ‘ y = ‘ A y m a ( ( 2 _ 2 ) ( . 2 _ . 2 ) ) m t g k y k A y n I v y k A y ' m A , ” = k A y m . — 0 . ( 7 . 1 1 5 ) I t t h u s f o l l o w s t h a t i f k = k A y m 7 5 k A y n t h e n M 1 ( k l ~ , I c y ) = 0 . W h e n v n a n d v m a r e o d d a n d k A y m = k A y n , e v a l u a t i n g P 2 1 ( k ? y ) a t k y = I s t A y m = k ' A y n r e s u l t s i n t h e i n d e t e r m i n a t e q u a n t i t y 0 / 0 . U s i n g L ’ H o p i t a l ' s r u l e , t h e f i r s t , d e r i v a t i v e i s a l s o u n d e fi n e d . E v a l u a t i o n t h e n p r o g r e s s e s t o t h e s e c o n d d e r i v a t i v e , w h i c h y i e l d s 8 2 m ( 2 + 2 C 0 5 U 7 n 7 T ) P 2 I ( k ) l = y y k l = k A - y m ( ‘ 3 2 ( ( k ‘ 2 _ _ k 2 ) ( k 2 _ k 2 ) ) 5 2 3 ‘ y A y n y A y - m A l ‘ s / : k A y m _ 1 2 2 2 — 2 k 2 + k 2 y ( A y n A y m ) k y z k / l y m A 2 = 2 3 ’ . ( 7 . 1 1 6 ) 4 k t A , g / I r z T h u s , u s i n g t h e r e s u l t s f r o m ( 7 . 1 1 5 ) a n d ( 7 . 1 1 6 ) , t h e v a l u e o f t h e f u n c t i o n 0 1 1 ( k g n k y ) a t t h e p o l e s w h e n v n a n d v m a r e o d d i s A ; c o s h p l h . 1 [ C A m : k A - z n 4 k 2 _ p 1 s m h p l h y J 9 1 1 0 9 1 3 1 k g ) i k y z k A y m = A y m k y : k A y m 0 1 k A y m 7 " : k A y n ( 7 . 1 1 7 ) 2 2 5 9 y | ) k y = k A y m 2 ( % ( 1 9 ( 1 5 1 2 1 < 2 + 2 c k A y n ) 0 ( 8 k 7 1 2 , — 1 k 5 % )1 A y m » k y : k A y m W h e n e n , a n d v m a r e o d d , t h e f u n c t i o n Q 2 1 ( k y ) b e c o m e s k 2 ( 2 + 2 c o s k y A y ) ( k g — 1 1 A M ) ( 1 1 2 — k w ” ) A n a n a l y s i s o f Q 2 1 ( k ' y ) a l s o s h o w s t h a t t h e p o l e s a t I c y = k A y ' m . a n d I c y = k A y n a r e C 2 2 1 0 3 1 ; ) = ( 7 . 1 1 8 ) r e m o v a b l e p o l e s . W h e n I c y = k A y n z 7 Q k A y n v t h e f u n c t i o n Q 2 1 ( k y ) b e c o m e s k 2 2 + 2 c o s v . 7 7 0 Q 2 1 0 8 y ) l 1 y _ 1 . A y m = 2 ( m ) 2 = 6 ’ ( 7 . 1 1 9 ) ( k A y f m y k A y n ) ( k A y m — k A y m ) w h i c h i s u n d e fi n e d . U s i n g L ’ H o p i t a l ’ s r u l e p r o d u c e s = 0 . ( 7 . 1 2 0 ) Q 2 1 0 9 T h e r e f o r e , i f I c y = k A y m # k A y n , M 2 0 2 1 , I c y ) = 0 . I f I c y = k A y m = k A y n a e v a l u a t i n g Q 2 1 ( k y ) a t l e g 2 k A y n = k t A y m r e s u l t s i n t h e i n d e t e r m i n a t e q u a n t i t y 0 / 0 . U s i n g L ’ H o p i t a l ’ s r u l e , t h e fi r s t d e r i v a t i v e s a r e a l s o u n d e fi n e d . E v a l u a t i o n t h e n p r o g r e s s e s t o t h e s e c o n d d e r i v a t i v e , w h i c h y i e l d s 2 Q ( k ) l 6 8 k g ( k 5 ( 2 + 2 c o s k y A y ) ) 2 1 y k Y J Z k A y m Z 3 2 ( y — 1 9 2 — k _ _ 2 6 1 , , ( k A E / n ) ( k 3 A W » k k a A y m A 2 _ _ 3 / — 4 . ( 7 . 1 2 1 ) T h e r e f o r e , u s i n g t h e r e s u l t s f r o m ( 7 . 1 2 0 ) a n d ( 7 . 1 2 1 ) , t h e v a l u e o f t h e f u n c t i o n 2 2 6 1 1 1 2 0 0 1 , l a y ) a t t h e r e m o v a b l e p o l e s w h e n v n a n d v m a r e o d d i s A 2 c h h . 7 4 £ 1 7 5 3 1 : 1 1 9 1 h ’ [ C A I / m Z k A z / n 0 , k A y m ¢ k A y ' n T h e r e s u l t o f t h i s e x a m i n a t i o n i s t h a t t h e p o l e s o f t h e f u n c t i o n s M 1 ( 1 1 1 1 . k g ) a n d 1 1 1 2 0 9 1 7 , I c y ) a r e r e m o v a b l e w h e n v n a n d v m a r e b o t h o d d o r b o t h e v e n . T h e v a l u e s o f 0 1 1 ( k , r , k ? y ) a n d M g ( k 1 , k y ) a t t h o s e p o l e s a r e g i v e n b y ( 7 . 1 0 8 ) , ( 7 . 1 1 2 ) ( 7 . 1 1 7 ) a n d ( 7 . 1 2 2 ) , r e s p e c t i v e l y . A s a r e s u l t , t h e i n t e g r a l s i n ( 7 . 1 0 2 ) a n d ( 7 . 1 0 4 ) m a y b e c o m p u t e d b y n u m e r i c a l i n t e g r a t i o n r o u t i n e s w i t h o u t t h e n e e d t o d e t o u r a r o u n d t h e p o l e s . 7 . 7 . 2 . 2 E v a l u a t i o n o f p o l e s o n t h e r e a l k 1 ; a x i s T h e f u n c t i o n s L 1 ( k l - _ ) a n d L 2 ( k x ) m u s t a l s o b e e x a m i n e d a t t h e p o l e s t o d e t e r m i n e i f t h e y a r e a l s o r e m o v a b l e . R e c a l l t h a t t h e s e a r e o n l y e v a l u a t e d w h e n u m a n d 1 1 , , a r e e i t h e r b o t h e v e n o r b o t h o d d . W h e n u m a n d u n a r e b o t h e v e n , t h e f u n c t i o n L 1 ( k l ~ ) b e c o m e s 2 — 2 c o s k m A m L 1 ( k ) = - $ ( k 3 ‘ — k i m ) ( ’ 9 2 : - A i m ) ( 7 . 1 2 3 ) N o t e t h a t t h i s t a k e s t h e s a m e f o r m a s P 2 1 ( k y ) i n ( 7 . 1 0 6 ) . E m p l o y i n g t h e s a m e r e s u l t s i n t h i s c a s e y i e l d s A ? 4 k 2 r ’ k A z r m = k A z r n L 1 ( k ; p ) 2 A r m ( 7 . 1 2 4 ) 0 » k A r r n . 7 é k A J r n W h e n a n = 0 o r u m = 0 , t h e i n t e g r a l 1 2 1 i s n o t e v a l u a t e d . I n a s i m i l a r m a n n e r , w h e n a n a n d u m a r e b o t h e v e n , t h e f u n c t i o n L 2 ( k J - ) t a k e s 2 2 7 — 4 P 1 S i n h p l h v k 7 r . m . A = 1 1 : A y n t h e f o r m k g . ( 2 — 2 c o s k T A x ) . _ . . = ’ ‘ . 7 . 1 2 5 ' W 9 2 — 1 2 . . . ) ( 1 . 2 - 1 . 2 ‘ ) 1 4 2 ( k 2 2 ) ) A x m T h i s t a k e s t h e s a m e f o r m a s 6 2 2 1 0 9 3 , ) i n ( 7 . 1 1 1 ) . U s i n g t h o s e r e s u l t s , w h e n a n a n d u m a r e b o t h e v e n , t h e f u n c t i o n L 2 ( k r ) i s A 3 3 , k A x m : k A x n : 0 A 2 L 2 ( k 2 ) l 1 , . = k A , , , , = 7 ‘ ” , k 1 , " , = 1 9 1 , . ” 7 e 0 ( 7 . 1 2 6 ) 0 : k A a f m 7 é k A r r n W h e n u m a n d u n a r e b o t h o d d , t h e f u n c t i o n s L 1 ( k 1 ¢ ) a n d L 2 ( k 1 ) a g a i n t a k e t h e f o r m o f t h e f u n c t i o n s P 2 1 ( k y ) , a s f o u n d i n ( 7 . 1 1 3 ) , a n d Q 2 1 ( k y ) , a s f o u n d i n ( 7 . 1 1 8 ) , r e s p e c t i v e l y . F o l l o w i n g t h e s a m e a r g u m e n t s , w h e n t h e s e f u n c t i o n s a r e e v a l u a t e d a t t h e r e m o v a b l e p o l e s w h e n u m a n d u n a r e b o t h o d d , t h e r e s u l t i s A 3 . c o s h p l h k A : k 4 4 k ? s i n h h a 2 7 m ‘ , x n L 1 ( k $ ) | k $ = k A x m = A x m p 1 p 1 k x z k A m m ( 7 . 1 2 7 ) 0 : k A x m 7 é k A I n . A 3 , c o s h p l ) 1 k m : k A : 1 : 7 n ( 7 ' 1 2 8 ) 0 1 k A x m 7 é k A I n _ — . — U s i n g t h e s e e x p r e s s i o n s , t h e r e m o v a b l e p o l e s o n t h e r e a l k m a n d I c y a x e s m a y b e e v a l u a t e d . T h e s e a l l o w t h e i n t e g r a l s I 1 2 , 7 2 2 , a n d T 2 1 t o b e c o m p u t e d n u m e r i c a l l y s o t h a t t h e m a t r i x e l e m e n t s f o r t h e m a t r i c e s D g a n d D g m a y b e c a l c u l a t e d . T h e n u m e r i c a l s o l u t i o n t o t h e c o u p l e d m o d e m a t c h i n g a n d M F I E e q u a t i o n s m a t h e n b e c o m p u t e d . 2 2 8 7 . 8 I m p l e m e n t a t i o n T o s o l v e f o r t h e a m p l i t u d e c o n s t a n t o f t h e s c a t t e r e d d o m i n a n t m o d e i n t h e w a v e g u i d e , ( i f , i t i s n e c e s s a r y t o s o l v e t h e m a t r i x e q u a t i o n g i v e n i n ( 7 . 3 0 ) . R e a l a x i s i n t e g r a t i o n i s u s e d t o o b t a i n a v a l u e f o r t h e t h r e e e q u a t i o n s g i v e n i n ( 7 . 3 9 ) - ( 7 . 4 1 ) . T h e i d e n t i c a l G a u s s - K r o n r o d i n t e g r a t i o n r o u t i n e u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d i s e m p l o y e d i n t h e t w o i r i s m e t h o d t o c a l c u l a t e t h e e l e m e n t s o f t h e m a t r i x D . T h e s t o p p i n g c r i t e r i a f o r t h e i n t e g r a t i o n r o u t i n e w a s c h o s e n t o b e w h e n a r e l a t i v e e r r o r o f 1 0 — 1 0 i s a c h i e v e d . T h e i n t e g r a t i o n p e r f o r m e d i n t h e k g ; d o m a i n w a s f r o m 0 t o 3 0 , 0 0 0 m ‘ l , w h i l e t h e k g d o m a i n w a s i n t e g r a t e d o v e r t h e r a n g e f r o m 0 t o 5 0 , 0 0 0 — 1 m I n c r e a s i n g t h e r a n g e o f i n t e g r a t i o n f u r t h e r o n l y m a d e a c h a n g e i n t h e s i x t h s i g n i f i c a n t d i g i t w h i l e g r e a t l y i n c r e a s i n g t h e c o m p u t a t i o n a l t i m e . T h e s e v a l u e s o f 1 1 : 1 . a n d k y a r e u s e d t h r o u g h o u t t h e s i m u l a t i o n s , s e n s i t i v i t y a n a l y s i s , a n d t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n c a r r i e d o u t u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e a c c u r a t e c o m p u t a t i o n o f e a c h m a t r i x e l e m e n t i s n e c e s s a r y t o o b t a i n a n a c c u - r a t e e s t i m a t e o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i n t h e t w o i r i s m e t h o d . I t i s a l s o n e c e s s a r y t o e x a m i n e t h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d t o e s t i m a t e t h e r e fl e c — t i o n c o e f fi c i e n t a n d t h e e f f e c t o f r a n d o m m e a s u r e m e n t n o i s e p r e s e n t i n t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t m e a s u r e m e n t . T h e s e i s s u e s a r e a d d r e s s e d i n t h e n e x t c h a p t e r . 2 2 9 . x : . 1 u . i 1 5 , . i 9 t u p 0 : . I : v 5 } 7 . : a t ! W . ‘ a n r I . I — f O w . a : D t n . ‘ O } . J 2 : 3 ‘ . . . . , e h , . . r J l u . s a n 3 . . 5 ” . . . . . 1 . . - » p . . % 1 . 5 . . . _ : . . . ” . . a _ . . a “ g . . . u a v 1 a . . n i 7 3 l . . . 5 t . 4 . . . . , . “ A : i t I } 1 . : u . . 3 t x i . . ‘ ‘ . . 3 : l t ( . : \ ! . v § ) u l . . I } I , t > . \ } 5 I . . . t : : . 1 . $ i I I 0 . 3 : t - t 3 . & ! I $ . l l b . l b v . . o . | ‘ . . 1 I “ ‘ 2 f : l s h l l t l . v $ 9 i - I 1 . 3 “ 3 . . . . h . . } r - . ; m u a m n . | 3 " 1 . N V $ I . . : u u a 3 A 1 1 ‘ . . . , . . . . 1 . . . a . L W { v L $ M g . H r 1 H . o . 3 w . : . B “ w a n . V . . 3 1 m $ ‘ r 5 . . . . . . i f : . w i t ? s . . 1 } . . . t ‘ a l . ” o n t ‘ l ‘ t . d ‘ l . . “ ‘ ) ‘ § ‘ d z ‘ l l i i ] ; ( : 1 : A : $ 3 . 3 : . 1 A : N . I . . . . ¢ . . . I l fl d . . . g u y , . o 5 . . : 7 . 1 . 3 . 5 ( i t : I | \ . I . o l l ( I : # 1 5 : ! ‘ “ . _ « fl a n . . . D 5 ‘ . - 3 5 . . . . - ‘ E E ‘ I . . I . ‘ I t ! - 3 3 . . . . . . . . . . . . . . . I . . . 1 5 1 5 ) , ! ! ! c : ‘ 1 9 . } . . . K . 5 2 1 : I 5 . . . ‘ 1 . v a [ 7 | ‘ 1 ‘ ) . . . I i i r x . . . . § . . 4 . ’ " c w M — i c “ U L I B h n i i g v a e R n r A s R S i Y t t a y t e P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e t h i s c h e c k o u t f r o m y o u r r e c o r d . T O A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . M A Y B E R E C A L L E D w i t h e a r l i e r d u e d a t e i f r e q u e s t e d . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E 5 / 0 8 K : I P r o j / A o c & P r e s / C l R C / D a t e o u e . i n d d E L E C T R O M A G N E T I C M A T E R I A L C H A R A C T E R I Z A T I O N O F A C O N D U C T O R - B A C K E D M A T E R I A L U S I N G T H E T W O L A Y E R , T W O T H I C K N E S S , A N D T W O I R I S W A V E G U I D E P R O B E M E T H O D S : E R R O R A N A L Y S I S , S I M U L A T I O N , A N D E X P E R I M E N T A L R E S U L T S V O L U M E I I B y G a r y D e a n D e s t e r A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 2 0 0 8 C H A P T E R 8 T W O A P E R T U R E M O D A L A N A L Y S I S A N D E R R O R S E N S I T I V I T Y A N A L Y S I S 8 . 1 I n t r o d u c t i o n C h a p t e r s 5 a n d 6 o f t h i s d i s s e r t a t i o n e x a m i n e t h e e f f e c t o f t w o p o t e n t i a l s o u r c e s o f e r r o r o n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . C h a p t e r 5 e x a m i n e s t h e e f f e c t t h a t t h e n u m b e r o f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s h a s o n t h e fi n a l s o l u t i o n . A n e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e i s u t i l i z e d t o o b t a i n a n e s t i m a t e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o a l a r g e n u m b e r o f m o d e s i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . C h a p t e r 6 e x a m i n e s t h e e f f e c t o f r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r o n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s f o r b o t h e x t r a c t i o n m e t h o d s . I n t h i s c h a p t e r , b o t h t h e m o d a l a n a l y s i s a n d t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s a r e p r e s e n t e d f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . P o t e n t i a l g e o m e t r i e s f o r t h e r e d u c e d a p e r t u r e a r e c o n s i d e r e d , a n d a n e x t r a p o l a t i o n m e t h o d f o r t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t f r o m t h o s e a p e r t u r e s i s e x a m i n e d . T h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s u s e d t o i d e n t i f y t h e a p e r t u r e g e o m e t r y t h a t i s t h e l e a s t s e n s i t i v e t o m e a s u r e m e n t e r r o r s o t h a t t h e b e s t . c a n d i d a t e f o r t h e a p e r t u r e , o r i r i s , m a y b e c h o s e n . 8 . 2 R e fl e c t i o n C o e f fi c i e n t A n a l y s i s R e c a l l f r o m t h e t w o i r i s p r o b l e m f o r m u l a t i o n i n C h a p t e r 7 t h a t t h e m a t r i x e q u a t i o n w h i c h i s e s t a b l i s h e d t o o b t a i n t h e s c a t t e r e d d o m i n a n t m o d e a m p l i t u d e i n v o l v e s a 3 N x 3 N m a t r i x . I n t h i s m e t h o d , N i s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d t o a p p r o x i m a t e t h e fi e l d s i n b o t h t h e a p e r t u r e a n d w a v e g u i d e r e g i o n s . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e fi e l d s t r u c t u r e i n t h e w a v e g u i d e i s d i f f e r e n t f r o m t h e fi e l d s t r u c t u r e i n t h e a p e r t u r e , a n d t h e d i m e n s i o n s o f t h e a p e r t u r e m a y c a u s e d i f f e r e n t m o d e s t o m a k e a m o r e s i g n i f i c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e m a t r i x s o l u t i o n . 2 3 0 T h e g o a l o f t h e s i m u l a t i o n s i n t h i s c h a p t e r i s t o d e t e r m i n e a n a p e r t u r e g e o m e t r y t h a t w i l l b e b u i l t f o r t h e e x p e r i m e n t a l e v a l u a t i o n o f t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e f i r s t s t e p i s t o a n a l y z e h o w d i f f e r e n t m o d e s c o n t r i b u t e t o t h e c a l c u l a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . S i m i l a r t o t h e t w o l a y e r m e t h o d , i t i s d e s i r a b l e t o a c c u r a t e l y e s t i m a t e t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t b y u s i n g t h e l e a s t n u m b e r o f m o d e s . 8 . 2 . 1 A p e r t u r e G e o m e t r i e s A n i n fi n i t e n u m b e r o f p o s s i b l e a p e r t u r e g e o m e t r i e s a r e a v a i l a b l e a s c a n d i d a t e s f o r u s e i n t h e t w o i r i s m e t h o d . F o r s i m p l i c i t y o f f o r m u l a t i o n a n d a n a l y s i s , a r e c t a n g u l a r i r i s , o r a p e r t u r e , i s t h e d e s i g n u s e d i n t h i s i n v e s t i g a t i o n , a s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 . T h e d i m e n s i o n s o f t h e i r i s i n t h e t r a n s v e r s e d i r e c t i o n , A m , a n d A g , a s w e l l a s t h e t h i c k n e s s o f t h e a p e r t u r e , d 2 , m a y b e v a r i e d i n t h e a n a l y s i s . I n a d d i t i o n , t h e p l a c e m e n t o f t h e a p e r t u r e w i t h i n t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n , g o v e r n e d b y t h e c o o r d i n a t e s o f t h e c o r n e r o f t h e i r i s , : 1 3 ; a n d y l , m a y a l s o b e s h i f t e d . A n i n i t i a l g r o u p o f 8 p o s s i b l e c a n d i d a t e s f o r t h e a p e r t u r e s i s s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 a n d F i g u r e 8 . 2 . T h e s e r e c t a n g u l a r a p e r t u r e s w e r e c h o s e n b e c a u s e t h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a n d a p e r t u r e m o d e f u n c t i o n s t h a t w e r e u t i l i z e d i n t h e f o r m u l a t i o n o f t h e p r o b l e m i n C h a p t e r 7 a r e w e l l k n o w n . N o t i c e t h a t s e v e r a l p o s s i b l e o r i e n t a t i o n s a r e c o n s i d e r e d . A l l o f t h e i r i s e s , w i t h t h e e x c e p t i o n o f A p e r t u r e s B a n d E , s h a r e a t l e a s t o n e a p e r t u r e w a l l w i t h a w a v e g u i d e w a l l . A p e r t u r e s B , F , G , a n d H a r e c e n t e r e d i n t h e x - d i r e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n . A p e r t u r e s A , B , C , F , G , a n d H a r e c e n t e r e d i n t h e y - d i r e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n . A n a d d i t i o n a l i r i s , A p e r t u r e E , i s n e i t h e r fl u s h w i t h a w a v e g u i d e w a l l n o r c e n t e r e d i n t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n . T h e fi r s t 1 5 0 m o d e s w e r e u s e d t o g e n e r a t e t h e m a t r i x e l e m e n t s o f D , w h e n t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t i s a s a m p l e o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e n o m i n a l v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 , s h o w n i n T a b l e 5 . 1 , w e r e u s e d t o g e n e r a t e t h e s e m a t r i x e l e m e n t s . A l l p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s o f T E a n d T M m o d e s w e r e c o n s i d e r e d , a n d n o 2 3 1 0 . 6 0 0 ” 0 . 4 0 0 ’ 0 . 6 0 0 " 0 . 3 0 0 I o o o i — X F l g u r e 8 1 A p e r t u r e s A — D f o r t h e t w o 1 r 1 s m e t h o d 7 F 0 . 6 0 0 ” 0 . 4 0 0 ’ X Y G H 0 . 9 0 0 ” 0 . 9 0 0 " 0 2 0 0 " 0 1 5 0 " _ y ] : . 1 0 " 3 / 1 : . 1 2 5 " X X F i g u r e 8 . 2 . A p e r t u r e s E - H f o r t h e t w o i r i s m e t h o d 2 3 2 m o d e s w e r e e l i m i n a t e d f r o m c o n s i d e r a t i o n d u e t o s y m m e t r y a r g u m e n t s . T h u s , a l l T E u v m o d e s , w h e r e u = 0 , 1 , 2 , . . . , 2 2 = 0 , 1 , 2 , . . . , a n d u + v > O , a n d a l l T M u v m o d e s , w h e r e u = 1 , 2 , 3 , . . . , v = 1 , 2 , 3 , . . . , w e r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . E s t i m a t e s o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t , S a t / ( 2 1 ) w e r e c o m p u t e d f o r d i f f e r e n t v a l u e s o f N i n t h e X — b a n d f r e q u e n c y r a n g e . N o t e t h a t t h e t o t a l s i z e o f t h e m a t r i x i s 4 5 0 x 4 5 0 . ( 2 1 ) f o r A p e r t u r e s A - D i n F i g u r e 8 . 3 C o n s i d e r t h e p l o t o f t h e m a g n i t u d e s o f S i ’ l l y f o r 8 . 2 0 G H z . E a c h o f t h e l i n e s d i s p l a y t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f m o d e s f o r e a c h a p e r t u r e . N o t e t h a t a l a r g e n u m b e r o f m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e o f A p e r t u r e s A a n d B . A p e r t u r e B d o e s n o t h a v e a n y a p e r t u r e w a l l s i n c o m m o n w i t h t h e w a v e g u i d e w a l l s , b u t i s c e n t e r e d i n t h e w a v e g u i d e o p e n i n g . A p e r t u r e A , o n t h e o t h e r h a n d , d o e s s h a r e a n e n t i r e w a l l w i t h t h e w a v e g u i d e , a n d c o v e r s p a r t o f t h e t o p a n d l o w e r w a l l s . I n c o n t r a s t , A p e r t u r e s C a n d D h a v e a c o m m o n a p e r t u r e w a l l w i t h t h e w a v e g u i d e a t a : = 0 , b u t t h e e n t i r e w a l l i s n o t s h a r e d w i t h t h e w a v e g u i d e . A p e r t u r e C i s c e n t e r e d i n t h e y - d i r e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n , b u t A p e r t u r e D i s n o t c e n t e r e d i n e i t h e r d i r e c t i o n . T h e p l o t s o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t m a g n i t u d e f o r A p e r t u r e s C a n d D s h o w a m o r e e r r a t i c p a t t e r n t h a n a p e r t u r e s A a n d B , a n d a l a r g e n u m b e r o f m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e . T h e p l o t s f o r A p e r t u r e C a n d D a r e v e r y s i m i l a r a n d d i s p l a y a s i m i l a r b e h a v i o r a s m o r e m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n . T h i s i s n o t s u r p r i s i n g , s i n c e t h e d i m e n s i o n s o f b o t h a p e r t u r e s a r e i d e n t i c a l . T h e d i s c r e t e d r o p s i n t h e m a g n i t u d e o c c u r a t m a n y o f t h e s a m e m o d e s , i n d i c a t i n g t h a t m a n y o f t h e s a m e m o d e s h a v e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n f o r b o t h a p e r t u r e s . A l s o n o t e t h a t A p e r t u r e B , w h i c h h a s t h e s a m e d i m e n s i o n s A m a n d A g a s A p e r t u r e s C a n d D , d o e s s h a r e s o m e s i m i l a r i t i e s t o t h e p a t t e r n o b s e r v e d f o r t h o s e t w o a p e r t u r e s . H o w e v e r , A p e r t u r e B i s p o s i t i o n e d i n t h e c e n t e r o f t h e w a v e g u i d e a n d h a s a l e s s j a g g e d p r o fi l e . I t i s c o n j e c t u r e d t h a t t h e s y m m e t r i c a l p o s i t i o n i n g , e s p e c i a l l y i n t h e x - d i r e c t i o n , r e d u c e s t h e n u m b e r o f m o d e s w h i c h a r e e x c i t e d a t t h e w a v e g u i d e / a p e r t u r e 2 3 3 d i s c o n t i n u i t y . T h i s c o n j e c t u r e i s c o n s i d e r e d w i t h t h e o t h e r a p e r t u r e s . A p e r t u r e B a l s o h a s t h e l o w e s t o v e r a l l m a g n i t u d e o f t h e f o u r a p e r t u r e s i n t h i s fi g u r e . D u e t o t h e s y m m e t r y , m o r e e n e r g y f r o m t h e i n c i d e n t T E 1 0 m o d e i s a b l e t o i n t e r r o g a t e t h e m a t e r i a l . A p e r t u r e s C a n d D , o n t h e o t h e r h a n d , a r e n o t c e n t e r e d i n t h e w a v e g u i d e . T h u s , m o r e l e s s c o u p l i n g a n d m o r e r e fl e c t i o n o c c u r s , r e s u l t i n g i n a h i g h e r m a g n i t u d e f o r t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . T h e p l o t o f t h e p h a s e , d i s p l a y e d i n F i g u r e 8 . 4 a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f m o d e s , s h o w s s i m i l a r b e h a v i o r . N o t e t h a t t h e p l o t o f t h e p h a s e f o r A p e r t u r e s C a n d D a r e a l m o s t i d e n t i c a l . T h e p h a s e p l o t o f A p e r t u r e A a n d B a l s o s h o w s s i m i l a r b e h a v i o r . T h e m a g n i t u d e s o f S i g m a “ f o r A p e r t u r e s E — H a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 5 . T h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r A p e r t u r e E i s t h e h i g h e s t , n e a r a v a l u e n e a r 0 . 9 2 f o r m o s t o f t h e g r a p h . N o t e t h a t t h e d i m e n s i o n s o f A p e r t u r e E a r e s m a l l e r t h a n a n y o f t h e o t h e r a p e r t u r e s , w i t h A x = 0 . 2 5 ” , a n d A 3 , = 0 . 4 5 ” . T h e l o w e s t c u t o f f f r e q u e n c y f o r t h i s a p e r t u r e i s f c = 1 3 . 1 1 4 G H z f o r t h e T E 1 0 m o d e , a n d t h u s a l l m o d e s i n X - b a n d a r e e v a n e s c e n t i n t h i s a p e r t u r e . S i n c e t h e t h i c k n e s s o f t h e a p e r t u r e i n t h e a x i a l d i r e c t i o n , ( 1 2 , i s o n l y 0 . 1 2 5 ” , s o m e o f t h e e n e r g y f r o m t h e l o w e r o r d e r m o d e s s t i l l i n t e r a c t s w i t h t h e m a t e r i a l . M o s t o f t h e e n e r g y , h o w e v e r , i s r e fl e c t e d . A p e r t u r e E i s a l s o n o t c e n t e r e d i n e i t h e r d i r e c t i o n i n t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n , s i m i l a r t o A p e r t u r e D . N o t e a l s o t h a t a l a r g e n u m b e r o f m o d e s m a k e s a c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , s i m i l a r t o A p e r t u r e C a n d D . C o n s i d e r t h e p l o t f o r A p e r t u r e F , i n F i g u r e 8 . 5 , w h i c h s h a r e s a p e r t u r e w a l l s w i t h t h e w a v e g u i d e a t y = 0 a n d y = 0 . 4 0 0 ” . T h i s a p e r t u r e i s a l s o c e n t e r e d i n t h e w a v e g - u i d e c r o s s s e c t i o n i n b o t h d i m e n s i o n s . T h e m a g n i t u d e o f o f 3 3 3 / 9 1 ) f o r A p e r t u r e F i s t h e l o w e s t f o r t h e 8 a p e r t u r e s e x a m i n e d i n t h i s s t a g e o f a n a l y s i s . A l t h o u g h s e v e r a l m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , f e w e r s i g n i fi c a n t m o d e s a r e o b s e r v e d i n t h e p l o t f o r A p e r t u r e F t h a n A p e r t u r e s A - E . 2 3 4 N o t e t h a t t h e p l o t s f o r A p e r t u r e s G a n d H s h o w n i n F i g u r e 8 . 5 h a v e a s i m i l a r s t r u c t u r e . T h e a p e r t u r e w a l l s a t : 1 : = 0 a n d a : = a a r e fl u s h w i t h t h e w a v e g u i d e w a l l s f o r t h e s e t w o a p e r t u r e s , a n d t h e y a r e c e n t e r e d i n t h e y - d i r e c t i o n o f t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n . I n a d d i t i o n , t h e s e t w o a p e r t u r e s h a v e t h e l e a s t d i s c r e t e c h a n g e s o c c u r r i n g o v e r t h e 1 5 0 m o d e s o b s e r v e d . I t i s o b s e r v e d t h a t t h e o v e r a l l p a t t e r n f o r t h e s e t w o a p e r t u r e s s h a r e s s o m e s i m i l a r i t i e s t o t h e p l o t s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 , w h i c h i s t h e f u l l W R - 9 0 w a v e g u i d e o p e n i n g p l a c e d a g a i n s t a l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . R e c a l l t h a t t h e c h a n g e s a t t h e h i g h e r o r d e r m o d e s i n F i g u r e 5 . 1 o c c u r r e d a t t h e T i l / 1 1 m m , m o d e s . T h e c o r r e s p o n d i n g m o d e s a t w h i c h t h e s i g n i fi c a n t c h a n g e s i n m a g n i t u d e o c c u r f o r b o t h A p e r t u r e s G a n d H a r e a l s o t h e T M 1 e v e n m o d e s f o r t h e a p e r t u r e r e g i o n . I t i s n o t e d t h a t t h e i n c i d e n t w a v e w h i c h i n t e r a c t s w i t h t h e a p e r t u r e a t z 2 ( 1 2 i s t h e T E l O w a v e g u i d e m o d e . S i n c e t h e w a v e g u i d e w a l l s a r e fl u s h w i t h t h e A p e r t u r e s G a n d H , t h e s t r u c t u r e o f t h e t r a n s v e r s e e l e c t r i c a n d m a g n e t i c fi e l d s i n t h e a p e r t u r e c o u p l e s w e l l w i t h t h e T E 1 0 m o d e a n d t h e T M l e v e n m o d e s . I n a d d i t i o n , n o t e t h a t | S fi l y < 2 h | i s l a r g e r f o r A p e r t u r e H t h a n f o r A p e r t u r e G . T h i s i s a l s o c o n s i s t e n t w i t h t h e g e o m e t r y o f t h e t w o a p e r t u r e s , w h e r e t h e o p e n i n g o f A p e r t u r e H i s s m a l l e r t h a n t h a t o f A p e r t u r e G . t h y ( 2 1 ) T h e p h a s e o f S n f o r A p e r t u r e s E — H i s p l o t t e d i n F i g u r e 8 . 6 a s a f u n c t i o n o f t h e n u m b e r o f m o d e s . A p e r t u r e s G a n d H a l s o d i s p l a y t h e p r i m a r y c o n t r i b u t i o n s t o t h e p h a s e a t t h e T M 1 e v e n m o d e s . T h e p h a s e p l o t s f o r A p e r t u r e s E a n d F s h o w t h a t a l a r g e n u m b e r o f m o d e s c o n t r i b u t e t o t h e p h a s e , a s w i t h t h e m a g n i t u d e p l o t s . I t i s a l s o d e s i r a b l e t o e x a m i n e t h e b e h a v i o r o f t h e s e d i f f e r e n t a p e r t u r e s a t o t h e r f r e q u e n c i e s i n t h e b a n d o f i n t e r e s t . S i m i l a r p l o t s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e a t 1 0 . 0 9 G H z , n e a r t h e m i d d l e o f t h e X - b a n d , a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 7 f o r a p e r t u r e s A a n d B . T h e p l o t s a t t h i s f r e q u e n c y a r e p l o t t e d o n a n e x p a n d e d m a g n i t u d e s c a l e t o r e v e a l m o r e o f t h e d e t a i l s o f t h e m a g n i t u d e p l o t , a n d t h e o b s e r v a t i o n s a r e s i m i l a r t o t h o s e s h o w n a t 8 . 2 G H z . A s i s m a r k e d i n t h e fi g u r e , t h e T i l / 1 1 m m " , m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t 2 3 5 T h e p l o t s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f 5 1 / 1 1 3 1 9 1 ) c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e . I t i s m o r e c l e a r i n t h i s fi g u r e t h a t a l a r g e n u m b e r o f m o d e s m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e f o r A p e r t u r e s A a n d B . W h e n N = 1 5 0 m o d e s , t h e m a g n i t u d e f o r e i t h e r a p e r t u r e h a s n o t c o n v e r g e d t o a c l e a r s o l u t i o n . U p o n e x a m i n a t i o n o f t h e fi g u r e , i t i s n o t c l e a r i f a n y s p e c i fi c p a t t e r n o f T A ! o r T E m o d e s c a u s e t h e d i s c r e t e c h a n g e s i n t h e m a g n i t u d e . T h e p h a s e f o r t h e s e t w o a p e r t u r e s i s s h o w n i n F i g u r e 8 . 8 . f o r A p e r t u r e s C a n d D a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 9 a n d F i g u r e 8 . 1 0 , r e s p e c t i v e l y . S e v e r a l o f t h e fi r s t 1 5 m o d e s m a k e a c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e s o f b o t h a p e r t u r e s . A l s o , s i m i l a r t o t h e r e s u l t s f o r t h e s e a p e r t u r e s a t 8 . 2 G H z , s i g n i fi c a n t d e c r e a s e s i n m a g n i t u d e o c c u r a t t h e m o d e s w h i c h c o r r e s p o n d t o t h e T 1 1 1 1 e v e n m o d e s i n t h e a p e r t u r e r e g i o n . S i m i l a r o b s e r v a t i o n s a r e m a d e f o r t h e p h a s e p l o t i n F i g u r e 8 . 1 0 . T h e m a g n i t u d e p l o t s f o r A p e r t u r e s E a n d H a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 1 a t 1 0 . 0 9 G H z . W i t h t h e e x p a n d e d s c a l e , i t i s c l e a r t h a t A p e r t u r e H h a s o n l y a f e w m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e t o t h e s o l u t i o n . T h e i n c r e a s e a n d d e c r e a s e i n t h e p l o t a t m o d e s 1 5 a n d 1 6 c o r r e s p o n d t o t h e T E 1 2 a n d T i l / [ 1 2 w a v e g u i d e m o d e s , r e s p e c t i v e l y . I n a d d i t i o n , t h e d i s c o n t i n u i t i e s a t m o d e s 5 6 , 5 7 , 1 2 6 , a n d 1 2 7 c o r r e s p o n d t o t h e T E 1 4 , T M 1 4 T E 1 6 a n d T M 1 6 w a v e g u i d e m o d e s . A s i s l a b e l e d i n t h e g r a p h , t h e o t h e r d r o p s i n t h e m a g n i t u d e o c c u r a t t h e T M 1 e v e n a p e r t u r e m o d e s . A d d i t i o n a l i n v e s t i - g a t i o n c o n fi r m e d t h a t t h e s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n s t o t h e m a g n i t u d e f o r A p e r t u r e H o c c u r a t t h e w a v e g u i d e T E 1 e v e n a n d T M 1 e v e n w a v e g u i d e m o d e s a n d a t t h e T 1 1 1 1 m . . . ” a p e r t u r e m o d e s . C o m p a r e t h e p l o t f o r A p e r t u r e H t o t h e p l o t s h o w n f o r A p e r t u r e E . F o r A p e r t u r e E , a l a r g e n u m b e r o f t h e fi r s t 1 5 0 m o d e s m a k e a c o n t r i b u t i o n t o t h e m a g n i t u d e . T h i s i n d i c a t e s t h a t a l a r g e n u m b e r o f m o d e s a r e e x c i t e d a t z = ( 1 2 , a n d t h e s e m o d e s c o n t r i b u t e a s i g n i fi c a n t a m o u n t t o t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . T h e p h a s e p l o t i n F i g u r e 8 . 1 2 a l s o d i s p l a y s a s i m i l a r s t r u c t u r e . I n F i g u r e 8 . 1 3 a n d F i g u r e 8 . 1 4 , t h e p l o t s f o r A p e r t u r e F a n d A p e r t u r e G a r e 2 3 6 s h o w n . A p e r t u r e G s h o w s a s i m i l a r b e h a v i o r t o A p e r t u r e H , w h e r e t h e m o d e s t h a t h a v e t h e m o s t s i g n i fi c a n t e f f e c t a r e t h e T i l / 1 1 m m ” m o d e s i n t h e a p e r t u r e r e g i o n . I n a d d i t i o n , c o n t r i b u t i o n s a r e a l s o o b s e r v e d f r o m t h e w a v e g u i d e T E 1 g u m a n d T M I n . 9 , , m o d e s . T h e o n l y d i f f e r e n c e i n t h e g e o m e t r y f o r A p e r t u r e s G a n d H i s t h e w i d t h o f t h e a p e r t u r e . A p e r t u r e F , i n c o n t r a s t , s h o w s m o r e m o d e s w h i c h c o n t r i b u t e t o t h e s o l u t i o n , b u t n o t a s m a n y a s a r e f o u n d f o r A p e r t u r e s A - E . N o t e t h a t A p e r t u r e F h a s s y m m e t r y i n t h e y - d i r e c t i o n , w h i c h a f f e c t s t h e n u m b e r o f p o s s i b l e m o d e c o m b i n a t i o n s a t t h e d i s c o n t i n u i t y a t z 2 d 2 . C o n s i d e r t h e d i s c o n t i n u i t i e s i n S i g m a ) f o r A p e r t u r e F o v e r t h e fi r s t 5 1 m o d e s . C o n t r i b u t i o n s t o t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t a r e o c c u r a t t h e T E o d d O a p e r t u r e m o d e s , m o d e s 1 , 9 , 2 8 , a n d 5 1 ; t h e T E 1 ( n . 0 , , a p e r t u r e m o d e s , m o d e s 1 0 a n d 4 0 ; a n d t h e 7 1 1 1 1 1 9 0 8 7 , a p e r t u r e m o d e s , m o d e s 1 1 a n d 4 1 . A d d i t i o n a l c o n t r i b u t i o n s c o r r e s p o n d t o t h e T E o d d O w a v e g u i d e m o d e s , m o d e s 6 a n d 1 9 . W h e n c o n s i d e r i n g t h e b e s t c a n d i d a t e s f o r u s e i n t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d , o n e k e y c r i t e r i o n i s a n a p e r t u r e w h i c h w i l l t a k e t h e l e a s t a m o u n t o f t i m e t o fi l l t h e m a t r i x . A s w a s n o t e d i n t h e o b s e r v a t i o n s o f A p e r t u r e s A - H , s e v e r a l a p e r t u r e s r e q u i r e a . l a r g e n u m b e r o f m o d e s t o c a p t u r e t h e s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n s o f t h e m o d e s u n d e r c o n s i d - e r a t i o n . U s i n g t h i s c r i t e r i a , A p e r t u r e s B a n d E a r e e l i m i n a t e d f r o m c o n s i d e r a t i o n . T h e u s e o f t h e s e a p e r t u r e s r e q u i r e s a l a r g e n u m b e r o f m o d e s t o a c c u r a t e l y e s t i m a t e t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , a n d w o u l d t h u s r e q u i r e m o r e c o m p u t a t i o n a l t i m e . I n a d d i - t i o n , a l a r g e n u m b e r o f m o d e s c o n t r i b u t e t o t h e m a g n i t u d e o f A p e r t u r e s A , C a n d D . T h u s , t h e n e x t s t e p o f t h e a n a l y s i s f o c u s e s o n A p e r t u r e s F , G , a n d H . 8 . 3 E x t r a p o l a t i o n p r o c e d u r e A n e x a m i n a t i o n o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i n F i g u r e 8 . 3 - F i g u r e 8 . 1 4 r e v e a l s t h a t t h e S i g m a ” v a l u e s f o r t h o s e a p e r t u r e s h a v e n o t c o n v e r g e d , e v e n a f t e r u s i n g t h e fi r s t 1 5 0 m o d e s . A r e a s o n a b l e c o n j e c t u r e f o r t h e t w o i r i s m e t h o d i s 2 3 7 8 2 G H z f A 0 . 8 _ _ J p e r t u r e D fl A p e r t u r e C 0 . 7 8 - r W A p e r t u r e A $ 3 0 . 7 6 - S 2 0 . 7 4 - A p e r t u r e B \ A v 0 . 7 2 - 0 . 7 ” : 1 . . 1 . . . l . . . l . . . l . . . l . . . l . . . l . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 3 . P l o t o f W i l l a / ( N M a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A , B , C a n d D a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 3 8 ) s n a i d a r ( e s a h p 8 2 G H z 3 2 . 8 8 - 2 . 8 6 A p e r t u r e D W — A p e r t u r e C 2 . 8 4 ' - N o n t o I N o n I l I A p e r t u r e B a m e fl a m ; : A p e r t u r e A 2 . 7 4 - W n J , — _ 2 . 7 2 L L L M I l l l l l 1 l l l I l I l l l l I l l l l l l l L L 0 2 0 4 O 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) . t h y ( 2 I ) . F i g u r e 8 . 4 . P l o t o f t h e p h a s e o f S 1 1 a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A , B , C a n d D a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 3 9 | 1 1 S | . A p e r t u r e E 0 ' 9 _ _ 8 . 2 G H z 0 . 8 5 ' h — 4 \ _ _ _ \ A p e r t u r e H 0 , 7 5 - — / \ - — \ A p e r t u r e G 0 . 7 - ‘ A p e r t u r e F J ‘ I 0 . 6 5 - I . . . J L . . I . . . I . . . 1 . 1 . l . . . l . . . l . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 5 . P l o t o f | S i l l z y ( 2 1 ) | a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E , F , G , a n d H a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 0 — — J — — J A e r t u r e H - p 8 . 2 G H z 3 _ _ \ , — — J A p e r t u r e G ' ‘ A p e r t u r e E 2 . 9 - 1 3 C . 9 D S 0 ) ( D c o . 2 c ” - 2 . 8 - 2 . 7 - . w _ A p e r t u r e F _ 2 - 6 I . . . L . . . l . . i l . . . l r . . l . T . L . . . l . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 6 . P l o t o f t h e p h a s e o f 5 3 3 1 9 1 ) a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E , F , G , a n d H a t 8 . 2 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 1 1 1 0 . 9 G H Z A p e r t u r e A 0 . 6 8 - 7 ‘ r r — \ i l T . / T M 1 6 0 . 6 6 _ E A p e r t u r e B 9 ' \ — — « _ . _ . . — 0 . 6 4 - T " " 1 2 T M 1 4 T M 1 6 1 ' 0 . 6 2 P = 1 . . . I . . . r . . . | n . . 1 m . . i . . . | . . . | . . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 7 . P l o t o f I S fi z y Q I M a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A a n d B a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 2 T M 1 2 1 0 . 9 G H Z 2 . 6 ' H r \ i \ 7 ‘ A p e r t u r e B - T M m 1 4 1 6 2 1 5 8 r - . ] l A 2 5 6 - ( I ) . 8 ' 0 9 7 3 ' _ E “ 2 . 5 4 - m w 7 \ A p e r t u r e A f \ T M 7 1 T M 1 6 1 8 T M 1 4 2 . 5 2 - U T M 1 2 2 . 5 - 1 - . . I . . . r . . . i . . . i . . . | . . - r . . . 1 . . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) . t h y ( 2 1 ) . F i g u r e 8 . 8 . P l o t o f t h e p h a s e o f S n a s a f u n c t l o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s A a n d B a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 3 ! 1 1 3 1 A D \ 0 - 7 5 " 1 0 . 9 G H z 0 . 7 4 - M l M A p e r t u r e C 0 . 7 3 - 2 A p e r t u r e D 7 ‘ 0 ' 7 T " " 1 4 T M 1 6 T M 1 2 0 . 7 1 - 0 . 7 L l . . . 1 . . . l . . . l . . . l . . . l . . . l . . . l . . 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 9 . P l o t o f | S fi y < 2 0 | a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s C a n d D a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 " . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 4 1 0 . 9 G H z 2 . 7 4 " ' 2 . 7 3 " ' l . A 2 7 2 — g . . . ‘ 2 l . ' C ‘ 3 7 5 c " 3 2 7 1 - ‘ 3 ' A p e r t u r e C l ! . I r \ 7 ‘ A p e r t u r e D 2 . 7 ' - ’ T M 1 6 - T M 1 4 , I - T M 2 . 6 9 - ‘ 2 , I = 1 . . . 1 . . . 4 . . . 1 . . . 1 . . . | . . . 1 . . . 1 . . 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 1 0 . P l o t o f t h e p h a s e o f 5 3 3 1 ( 3 ) a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s C a n d D a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 5 0 . 8 0 0 . . 8 8 € 2 3 0 . 0 . 0 8 6 4 2 8 8 8 . 7 - - h ’ - - - - - 0 ' 7 6 [ 0 4 1 . 1 0 2 n 1 L . . I 4 0 1 0 . 9 G H z W T T M 1 2 T M 1 4 A p e r t u r e E T M 1 6 T M \ / T M 2 1 . A p e r t u r e H . . . l 6 0 1 L . J 8 0 . . I 1 0 . 0 l 1 . 0 2 A n _ “ r — l 1 4 . \ 0 4 1 / _ . N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 1 1 . P l o t o f l S i l n y I ) | a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E a n d H a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 ; ; = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 6 2 ' 9 8 . _ 1 0 . 9 G H Z [ — A p e r t u r e H [ l T " " 1 4 T M 1 2 2 . 9 6 - 2 . 9 4 - 1 } ? L C . ‘ E ' o 9 $ 2 . 9 2 - U ) t o . C o . 2 . 9 - T M _ T M 1 2 T M 1 4 1 6 2 . 8 8 - \ Z J j ' A p e r t u r e E t 2 . 8 6 | . . . I . . . | . . . I . . . I . . . 1 . . . 1 . . . r . . O 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) . . t h y ( 2 I ) . F i g u r e 8 . 1 2 . P l o t o f t h e p h a s e o f 8 1 1 a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s E a n d H a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M l 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 7 1 0 . 9 G H Z 0 . 6 8 ' 7 \ \ — « _ . _ _ . _ f A p e r t u r e G T M 1 2 T M 1 4 0 . 6 6 — 0 . 6 4 - | S 1 1 | o ' 0 5 m I T I l T 7 \ A p e r t u r e F 7 \ 0 . 5 8 " ' T M 7 ‘ T M 1 4 1 6 T M 1 8 T " " 1 2 0 . 5 4 h J l I I I l L I M l I I 1 4 I I J l L J J l I J I l I I I l I I 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 1 3 . P l o t o f [ S i l t / ( 2 1 M a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s F a n d G a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M I 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 8 i / \ T A p e r t u r e G - W 1 4 1 0 . 9 G H z m , 4 2 . 8 - 2 . 7 - ’ a ? C . 9 ‘ O g z e ~ o n U ) m i - . C D . 2 . 5 - F 2 . 4 - A p e r t u r e F \ T M f \ T M 1 2 T M 1 4 T M 1 6 1 8 l . . . L . . . J n i . l . . . l . . . l 4 . a l . . . l . 1 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 N u m b e r o f m o d e s ( N ) F i g u r e 8 . 1 4 . P l o t o f t h e p h a s e o f S i g m a ” a s a f u n c t i o n o f n u m b e r o f m o d e s f o r A p e r t u r e s F a n d G a t 1 0 . 0 9 G H z . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . M a t e r i a l u n d e r t e s t : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h = 0 . 1 2 5 ” . A l l p o s s i b l e m o d e s a r e c o n s i d e r e d . 2 4 9 t h a t a n e x t r a p o l a t i o n p r o c e d u r e s i m i l a r t o w h a t i s e m p l o y e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d m i g h t b e u s e d t o o b t a i n a b e t t e r e s t i m a t e o f t h e c o n t r i b u t i o n o f a l a r g e n u m b e r o f m o d e s . T h e m a j o r c o n t r i b u t i o n s t o t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t o c c u r a t t h e a p e r t u r e r e g i o n T M ] e v e n m o d e s f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h i s i s s i m i l a r t o t h e o b s e r v a t i o n s m a d e f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . H o w e v e r , f o r A p e r t u r e F , t h e T E 1 e v e n a n d T E o d d O a p e r t u r e m o d e s a l s o c o n t r i b u t e . I n a d d i t i o n , t h e T E 1 e v e n a n d T M 1 e v e n w a v e g u i d e m o d e s a l s o m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n . T h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t , S 3 3 1 ( 2 1 ) , w e r e c a l c u l a t e d b y p i c k i n g t h e h i g h e r o r d e r a p e r t u r e m o d e s a n d w a v e g u i d e m o d e s t h a t m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . T o i n v e s t i g a t e t h e p o s s i b i l i t y o f u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d f r o m C h a p t e r 5 , t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S i g n / ( 2 1 ) a t e a c h T M 1 v m o d e w e r e p l o t t e d v s 1 / v , w h e r e v i s t h e s e c o n d i n d e x o f t h e m o d e . T h e m a g n i t u d e a n d p h a s e f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H a r e p l o t t e d i n F i g u r e 8 . 1 5 — F i g u r e 8 . 1 7 . N o t e t h a t f o r A p e r t u r e s G a n d H , t h e s e p l o t s e x h i b i t a l i n e a r n a t u r e w h e n p l o t t e d i n t h i s m a n n e r f o r b o t h t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e . T h e v a l u e s f o r A p e r t u r e F a p p e a r t o b e n e a r i n g a c o n v e r g i n g l i n e a r n a t u r e o n t h e l e f t h a n d s i d e o f t h e fi g u r e , a s l / v d e c r e a s e s . T h u s i t i s r e a s o n a b l e t o c o n c l u d e t h a t t h e l i n e a r e x t r a p o l a t i o n s c h e m e t h a t w a s e m p l o y e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d m a y a l s o b e e m p l o y e d f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e e x t r a p o l a t e d v a l u e s a r e a b e t t e r a p p r o x i m a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t t h a n u s i n g 1 0 o f t h e l o w e r o r d e r m o d e s , a s h a s b e e n a t t e m p t e d b y o t h e r s [ 3 5 ] , [ 3 9 ] . T h e r e s u l t o f u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s a r e d u c t i o n o f t h e e r r o r i n t h e c a l c u l a - t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . T h e e x t r a p o l a t e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s l a b e l e d i n ( 2 1 ) e m t r s u b s e q u e n t r e f e r e n c e s a n d g r a p h s a s S 1 1 . P l o t s o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e e x t r a p o l a t e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S fi l k fl r , f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 8 a n d F i g u r e 8 . 1 9 , r e s p e c t i v e l y . T h e t h i c k n e s s o f t h e a p e r t u r e f o r t h e s e s i m u l a t i o n s i s d 2 = 0 . 1 2 5 ” . 2 5 0 ) s n a i d a r ( e s a l h p i l l l ‘ I . 2 . 3 7 5 : 2 . 3 7 0 1 2 . 3 6 5 : 2 . 3 6 0 2 . 3 5 5 0 . 5 8 2 ; _ _ - . - — - - — — — - — - — — - — — — — - — - ~ A - ~ - — — — - E 2 . 3 5 0 F i g u r e 8 . 1 5 . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e F . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M M m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . l / v . — ° — — | S 1 1 | — — * — — p h a s e 0 . 6 8 0 , 2 . 8 8 3 - 2 2 . 8 8 2 0 . 6 7 8 . 2 . 8 8 1 , . . - - U ) 0 6 7 6 : 5 _ - _ , 2 . 8 8 0 ~ 1 3 5 - e 9 3 . j I ; 0 . 6 7 4 2 2 . 8 7 9 g - . . . C . - Q . _ , _ 2 . 8 7 8 0 . 6 7 2 { - ’ — — J l : ' l 1 2 . 8 7 7 | . 0 . 6 7 0 . . ' ' . ' ' . l ' . ' ' ' . - ' ‘ 2 . 8 7 6 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 1 / v F i g u r e 8 . 1 6 . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e G . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T M “ , m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( l g 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / 0 . 2 5 2 t E 1 j Z : L " I . E _ f j E 1 . U ‘ 0 0 : ) 0 0 0 0 0 0 . . . 7 7 . 7 7 7 7 6 6 7 6 6 6 5 5 4 3 2 9 8 1 0 . 7 5 7 0 - — 2 — — — — - — — — ~ — - - - - — I - — — - - — — - - — l — - - - — ~ — 2 2 - — I — 2 — l - — 2 — , . 0 — . 1 l l 0 . W 5 — . 2 1 I W - _ I . 2 . - . A , , i i - 1 l i 1 i W 1 _ _ ~ ~ _ l _ - ~ . _ . i I 1 _ 1 0 i . . _ I I a I - . _ . _ ' . . _ _ _ 1 _ _ _ _ ~ _ - _ ‘ ' _ 6 . 0 m g , i . l I 1 L 1 5 6 0 A , v 8 g C S § : 1 ‘ - . , . . 1 _ - i 0 8 8 8 7 6 4 2 0 8 2 2 . . 9 9 2 . 9 8 . . 9 9 2 2 2 . _ _ . F i g u r e 8 . 1 7 . M a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c - c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 1 0 . 0 9 G H z , u s i n g o n l y t h e m o d e s t h a t c o n t r i b u t e s i g n i fi c a n t l y t o t h e s o l u t i o n f o r A p e r t u r e H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s c o m p u t e d b y i n c l u d i n g t h e m o d e s u p t o t h e T 1 1 1 1 ” m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 1 2 5 ” . T h e s e v a l u e s a r e p l o t t e d v s . 1 / v . 2 5 3 m \ 0 . 8 P l 4 _ + - _ . l l _ , , , , W 2 1 0 . 7 ' - A p e r t u r e G E 0 . 6 - — — — Q J | l 1 0 . 5 - — “ — 2 2 2 < 2 0 - 4 " a p e r t u r e t h i c k n e s s : d 2 = 0 . 1 2 5 " ‘ 7 " ' 2 2 " - ' * 2 2 ~ , , - I l l L i l l l I l 1 L J l l l # J 6 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 1 8 . M a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k f o r A p e r t u r e s F , G , H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S fi n e ' fl r , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 = 0 . 1 2 5 ” . 2 5 4 ) s n a i d a r ( e s a h p 3 . 0 0 - — — — — - - - l A p e r t u r e G 2 1 2 . 8 0 - ~ ~ 2 ~ 2 . 4 0 - — — — . a p e r t u r e t h i c k n e s s : d 2 = 0 . 1 2 5 " 2 . 2 0 2 2 — L — L — — o — L N 8 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 1 9 . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k f o r A p e r t u r e s F , G , H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S fi l k x t r , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 0 . 1 2 5 ” . T h e o p e n i n g o f A p e r t u r e H i s s m a l l e r t h a n t h e o p e n i n g f o r A p e r t u r e G . T h u s , i t w o u l d b e e x p e c t e d t h a t m o r e e n e r g y w o u l d b e r e fl e c t e d b a c k t o w a r d s t h e s o u r c e f o r A p e r t u r e H , w h i c h i s w h a t i s o b s e r v e d i n F i g u r e 8 . 1 8 . A l s o n o t e t h a t t h e p l o t o f l e ‘ f " i s s i m i l a r f o r A p e r t u r e s G a n d H a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d , w i t h t h e m a g n i t u d e o f A p e r t u r e H l a r g e r t h a n A p e r t u r e G . T h e g e o m e t r i c a l s t r u c t u r e o f A p e r t u r e F i s l a r g e r t h a n G a n d H i n t h e y - d i r e c t i o n , y e t i t h a s b e e n r e d u c e d i n t h e x - d i r e c t i o n . N o t e t h a t t h e p l o t o f t h e m a g n i t u d e f o r A p e r t u r e F i s h i g h e r a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d , i n d i c a t i n g t h a t m o r e o f t h e i n c i d e n t e n e r g y f r o m t h e i n c i d e n t T E 1 0 m o d e i s r e fl e c t e d t h a n i s r e fl e c t e d f o r A p e r t u r e s G a n d H . S i m i l a r r e s u l t s a r e s e e n f o r t h e p l o t o f t h e p h a s e i n F i g u r e 8 . 1 9 . F o r a l l t h r e e a p e r t u r e s , t h e T E 1 0 m o d e i s t h e o n l y p r o p a g a t i n g m o d e i n t h e a p e r - t u r e . T h e c u t o f f f r e q u e n c y f o r t h e T E 1 0 m o d e i s 6 . 5 5 7 G H z f o r A p e r t u r e s G a n d H , a n d 9 . 8 3 6 G H z f o r A p e r t u r e F . A l l o t h e r m o d e s a r e e v a n e s c e n t . T h e c u t o f f f r e q u e n c y o f t h e n e x t h i g h e r o r d e r a p e r t u r e m o d e t h a t c o n t r i b u t e s t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , t h e T M 1 2 m o d e , i s f 6 = 5 9 . 3 7 7 G H z , f o r A p e r t u r e s G a n d H . T h e n e x t h i g h e r o r d e r a p e r t u r e m o d e t h a t c o n t r i b u t e s t o t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r A p e r t u r e F , t h e T E 3 0 m o d e , h a s a c u t o f f f r e q u e n c y o f f C = 2 9 . 5 0 7 G H z . I f t h e a p e r t u r e t h i c k n e s s i s l a r g e r , t h e s e a n d t h e o t h e r h i g h e r m o d e a m p l i t u d e s w i l l e v a n e s c e . T o e x a m i n e t h e e f f e c t o f a l o n g e r a p e r t u r e o n t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , a d d i t i o n a l s i m u l a t i o n s w e r e p e r f o r m e d f o r d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f t h e a p e r t u r e . T h e r e s u l t s o f t h e s e s i m u l a t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 0 - F i g u r e 8 . 2 3 . N o t e t h a t w h e n t h e a p e r t u r e t h i c k n e s s d 2 i s l a r g e r , t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m a g - n i t u d e f o r A p e r t u r e F i s n e a r u n i t y u n t i l t h e f r e q u e n c y s u r p a s s e s t h e c u t o f f f r e q u e n c y o f t h e T E 1 0 m o d e , f c = 9 . 8 3 6 G H z . F o r t h e l o w e r p a r t o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a l l o f t h e m o d e s e x c i t e d a t t h e w a v e g u i d e / a p e r t u r e d i s c o n t i n u i t y e v a n e s c e . A t t h o s e f r e - q u e n c i e s , m o s t o f t h e e n e r g y o f t h e i n c i d e n t T E 1 0 m o d e i s r e fl e c t e d b a c k t o w a r d s t h e s o u r c e . A b o v e t h e c u t o f f f r e q u e n c y , t h e T E 1 0 m o d e p r o p a g a t e s t h r o u g h t h e a p e r t u r e 2 5 6 t o i n t e r r o g a t e t h e m a t e r i a l s . A l s o n o t e t h a t t h e s h a p e o f t h e p l o t s f o r A p e r t u r e s G a n d H i n a l l f o u r f i g u r e s a r e s i m i l a r t o o n e a n o t h e r a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d , w h i c h i s a l s o e x p e c t e d . I t i s d e s i r a b l e t o a c h i e v e a s s t r o n g o f a n i n t e r r o g a t i o n fi e l d i n t h e m a t e r i a l a s p o s s i b l e . W i t h a t h i c k e r a p e r t u r e , t h e e v a n e s c e n t m o d e s d e c a y a n d d o n o t p r o v i d e m u c h i n t e r r o g a t i o n o f t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . I t i s a l s o n o t e d t h a t p r o c u r i n g a n d m a c h i n i n g a t h i c k e r p i e c e o f m e t a l i s o f g r e a t e r e x p e n s e t h a n a t h i n n e r o n e . T h u s , a t h i n n e r a p e r t u r e i s c o n s i d e r e d m o r e d e s i r a b l e t h a n a t h i c k e r o n e . 8 . 4 S e n s i t i v i t y A n a l y s i s f o r t h e T w o A p e r t u r e M e t h o d A s w a s n o t e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n , A p e r t u r e s G a n d H a r e d e s i r a b l e a p e r t u r e s f o r f u r t h e r i n v e s t i g a t i o n . T h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d m a y b e u s e d t o e s t i m a t e t h e r e fl e c - t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o a l a r g e n u m b e r o f m o d e s f o r t h e s e a p e r t u r e s . T h i s m e t h o d i s e m p l o y e d t o r e d u c e t h e e r r o r i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , a n d t o d o s o e f fi c i e n t l y . A p e r t u r e F , i n c o n t r a s t , r e q u i r e s t h e i n c l u s i o n o f a d d i t i o n a l m o d e s t o t h e s o l u t i o n . A s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s u n d e r t a k e n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d t o d e t e r m i n e w h i c h o f t h e a p e r t u r e s u n d e r c o n s i d e r a t i o n w o u l d b e t h e l e a s t s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h i s a n a l y s i s f o l l o w s t h e s a m e s t e p s a n d a s s u m p t i o n s a s t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s t h a t i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 6 f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . T h e t h e o r e m o f s t a n d a r d e r r o r p r o p a g a t i o n w a s e m p l o y e d i n t h i s a n a l y s i s d u e t o t h e s t r a i g h t f o r w a r d a p p l i c a t i o n o f t h e s i m u l a t i o n c o d e t h a t w a s u s e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . I n a d d i t i o n , c o n s i d e r a b l y l e s s c o m p u t e r s i m u l a t i o n t i m e w a s r e q u i r e d t h a n f o r t h e M o n t e C a r l o m e t h o d . 2 5 7 _ _ _ u T “ _ 1 _ . , | 1 1 S | . . _ _ _ _ _ _ . _ _ _ 4 . . — _ — — . _ - 0 . 8 0 . 6 - - ~ - 0 . 4 0 . 2 l ' a p e r t u r e t h i c k n e s s : d 2 = 0 . 6 0 0 " 1 r O . . . . - . O - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 . l l I l a l . . _ _ A p e r t u r e H j i i 1 # M n f c = 9 . 8 3 6 G H z ” f o r T E 1 0 m o d e , A p e r t u r e F i 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) 1 1 1 2 F i g u r e 8 . 2 0 . M a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , ( 2 1 ) : r t r . 3 1 1 e 2 5 8 , l S c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T 1 1 4 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 6 0 0 ” . . . . . . . . - . . . . . . . 1 . . . O ‘ | l r I l l l . 7 5 0 " “ “ : ‘ i F : : i ‘ 6 : . ‘ 3 : : m 5 U ) u ( U c . C ' . o . ; , E t o = 9 . 8 3 6 G H z f o r ' T E , 0 m o d e , A p e r t u r e F s g ' i ! 5 1 - 2 - — 2 — I — 2 — — i l } , 2 2 2 2 2 2 — 2 — . l 1 - ‘ : i ' i a . _ 3 _ , a p e r t u r e t h i c k n e S s : d 2 = 0 . 6 0 0 " _ i _ 1 - _ , L I I I i I I I I I I I I I l I I I I ‘ I I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 2 1 . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e fl i c i e n t , 5 3 1 ) a " , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , ( 1 2 2 0 . 6 0 0 ” . A p e r t u r e F 1 i ' l 0 3 , , A _ A e e n u r c e _ 1 . _ A p e r t u r e ' G 0 . 6 2 — 2 — 2 2 2 ~ 2 2 2 " 2 ' 2 ' 2 2 . " 2 ‘ 5 i 0 . 4 ' 2 ‘ - l . l f c = 9 . 8 3 6 G H z f o r T E 1 0 m o d e , A p e r t u r e F 0 . 2 — — — — — — + 7 ~ ~ I - a p e r t u r e t h i c k n e s s : d 2 = 1 . 0 0 0 " l i 0 I I I I I I I I I I I l I I 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 2 2 . h ' l a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M I 2 5 . 0 . 1 2 5 ” t h i c k , a t 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , S fi l e r t r , i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T i l - 1 1 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s . d 2 2 1 . 0 0 0 ” . 2 6 0 - T . r i I 3 — 2 . — W 2 . _ . - A p e r t u r e H - A p e r t u r e F E . l 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 - 2 2 2 2 1 2 2 — . . : ‘ : 1 . 5 i e 0 7 7 2 2 5 1 2 1 2 — 2 2 2 2 2 — — 2 2 ' 2 2 2 2 . - l r : ‘ l E * A p e r t u r e G _ f c = 9 . 8 3 6 G H z f o r T E 1 0 m o d e : A p e r t u r e F l ' _ - 2 I 1 , 2 — 2 2 4 ‘ ‘ 2 . I . _ _ a , , i ‘ 1 ‘ a p e r t u r e t h i c k n e s s : d 2 = 1 . 0 0 0 " _ 3 _ I ' ‘ _ _ _ . m - _ _ . _ _ _ | _ _ _ . _ - _ — I I r I A r I I n I I 1 8 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 2 3 . P h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . 0 . 1 2 5 " t h i c k , a t 8 . 2 — 1 2 . 4 G H Z f o r A p e r t u r e s F , G , a n d H . T h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t , 5 8 0 ” ” i s c o m p u t e d b y e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M l 4 0 m o d e . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 2 1 . 0 0 0 ” . 2 6 1 R e w r i t i n g ( 6 . 8 ) - ( 6 . 1 1 ) f o r t h e t w o i r i s m e t h o d p r o d u c e s 2 8 6 / ( 9 6 / 2 _ 2 1 ' 2 1 ‘ 0 4 ‘ — 0 ' 3 1 1 ( 1 ) ' < 0 | 5 1 1 ( 1 ) | ) + 0 f ’ 1 ( 0 ¢ 1 ) ( 8 ' 1 ) 1 2 2 6 6 / 8 6 I 2 2 _ r _ 2 . 7 ‘ + 0 1 5 1 M ? “ ( 3 1 3 m m ) + 0 9 0 2 ( 3 9 2 2 ) 2 a ( 7 2 2 0 : 7 1 — — + 0 2 0 6 ' ” 2 ( 8 2 6 1 " 1 5 1 1 ( 1 ) | 0 | 5 1 1 ( 1 ) | “ 1 B e l ) 1 2 2 + 0 2 5 . 8 6 , . ” 0 6 2 5 ( G E T / [ ) 2 ' 1 1 ( 2 ) l ( 9 | 5 1 1 ( 2 ) | 2 ( 9 9 0 2 2 8 1 1 / ( a n , ) 2 2 r 2 7 ' ‘ 0 2 0 — — + 0 — 8 . 3 1 4 ‘ 1 3 1 1 ( 1 ) | ( 8 | 8 1 1 ( 1 ) | ) 4 ’ 1 8 0 3 1 ( ) 1 2 2 + 0 2 3 8 1 1 , , a , ( 8 1 1 7 / ) ? l 1 1 ( 2 ) I 0 | 3 1 1 ( 2 ) | $ 2 8 9 9 2 2 3 1 L I I 8 1 1 I I 2 = 2 r 2 r , ” “ 4 " 0 ' 5 1 1 ( 1 ) ' ( 8 | 3 1 1 ( 1 ) I ) + 0 1 ” ( B a a ) ( 8 ' 4 ) 1 2 2 6 p I I 8 1 1 I I 2 2 r 2 r + 0 ' 5 1 1 ( 2 ) l ( 3 1 5 1 1 ( 2 ) l ) + 0 ” ( W e ) I n t h e s e e q u a t i o n s , 5 1 1 ( 1 ) a n d 8 1 1 ( 2 ) c o r r e s p o n d t o t h e t w o d i f f e r e n t a p e r t u r e s u s e d i n t h e s i m u l a t i o n s . T h e s e f o r m u l a s p r o v i d e a n e s t i m a t e o f t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o n t h e e x t r a c t e d r e a l a n d i m a g i n a r y p a r t s o f t h e p e r m e a b i l i t y a n d p e r m i t t i v i t y d u e t o 2 6 2 r a n d o m m e a s u r e m e n t € I ' I ' O I ‘ . A s t h e fi r s t s t e p f o r t h i s s i m u l a t i o n , t h e v a l u e s f o r 5 1 1 1 1 ” ( 2 1 ) w h i c h a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 8 a n d F i g u r e 8 . 1 9 w e r e u s e d a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ 8 ' 1 1 v a l u e s f o r u s e i n t h e e x t r a c t i o n a l g o r i t h m . T h e n e x t s t e p f o r e s t i m a t i n g t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s o n t h e o u t p u t p a r a m e t e r s i s t o c o m p u t e t h e d e r i v a t i v e s f o u n d i n ( 8 . 1 ) - ( 8 . 4 ) . T h e s e d e r i v a t i v e s w e r e c o m p u t e d u s i n g t h e f o u r t e r m c e n t r a l d i f f e r e n c e f o r m u l a d e s c r i b e d b y ( 6 . 1 3 ) . T o c o m p u t e t h e 1 6 d e r i v a t i v e s f o u n d i n ( 8 . 1 ) - ( 8 . 4 ) , 1 6 d i f f e r e n t e x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d . T h e s t e p s i z e f o r t h e m a g n i t u d e w a s c h o s e n t o b e 6 = 0 . 0 0 0 5 . T h e s t e p s i z e f o r t h e p h a s e w a s 6 = 0 . 8 * 7 r / 1 8 0 . T h e e x t r a c t i o n s n e e d e d t o e v a l u a t e t h e d e r i v a t i v e s u s i n g ( 6 . 1 3 ) w e r e s i m u l a t e d f o r t h e a p e r t u r e p l a c e d a g a i n s t a p i e c e o f c o n d u c t o r - b a c k e d E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . S i m u l a t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , a n d t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s w e r e e x t r a c t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . T h e e x t r a p o l a t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e T M l 2 0 m o d e . A n a d d i t i o n a l a p e r t u r e , l a b e l e d A p e r t u r e 1 , w a s a l s o s i m u l a t e d f o r i t s s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . I n i t i a l s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d e m o n s t r a t e d t h a t A p e r t u r e s G a n d H w e r e l e s s s e n s i t i v e t o n o i s e , a n d r e q u i r e a r e l a t i v e l y s m a l l n u m b e r o f m o d e s f o r u s e i n t h e s o l u t i o n . A p e r t u r e I , s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 4 , w a s t h e r e f o r e d e s i g n e d w i t h a s i m i l a r g e o m e t r y , b u t w i t h a l a r g e r i r i s o p e n i n g t h a n e i t h e r A p e r t u r e G o r A p e r t u r e H . T h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r A p e r t u r e s F - I w a s p e r f o r m e d f o r t w o f r e q u e n c i e s i n t h e b a n d o f i n t e r e s t , a t 8 . 2 0 G H z a n d 1 0 . 0 9 G H z . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 5 a n d F i g u r e 8 . 2 6 . T h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r A p e r t u r e F w e r e a n o r d e r o f m a g n i t u d e h i g h e r t h a n t h e o t h e r t h r e e a p e r t u r e s a n d a r e n o t s h o w n i n t h e fi g u r e . T h e p l o t s a r e n o r m a l i z e d w i t h r e s p e c t t o t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o b t a i n e d f r o m t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . N o t e t h a t t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r t h e r e a l a n d i m a g i n a r y p a r t s o f t h e p e r m i t - t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y a r e q u i t e c l o s e f o r A p e r t u r e s G , H , a n d I i n a l l f o u r s u b p l o t s . 2 6 3 { 0 . 9 0 0 ” k V 0 . 2 5 0 ” y ] : . 0 7 5 ” F i g u r e 8 . 2 4 . G e o m e t r y f o r A p e r t u r e I T h e s e v a l u e s a r e s m a l l e r t h a n t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d s e n — s i t i v i t y a n a l y s i s , u s i n g t w o l a y e r s o f F G M 1 2 5 , s h o w n i n F i g u r e 6 . 9 . W h e n t h e l o w e r d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l s a r e u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , t h e s t a n d a r d d e v i a - t i o n s s h o w n i n F i g u r e 6 . 9 a r e r o u g h l y t h e s a m e a s t h o s e o b s e r v e d i n F i g u r e 8 . 2 5 a n d F i g u r e 8 . 2 6 . T h e s e s t a n d a r d d e v i a t i o n s a r e o n l y 3 — 5 t i m e s a s l a r g e a s t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s o b s e r v e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . S i n c e t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e s m a l l , a s s e e n i n F i g u r e 6 . 8 , i t i s r e a s o n a b l e t o c o n - c l u d e t h a t t h e t w o i r i s m e t h o d a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , u s i n g a l o w e r d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l f o r t h e t o p l a y e r , a r e w o r t h f u r t h e r s i m u l a t i o n a n d e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n . F o r b o t h f r e q u e n c i e s , t h e r e s u l t s o f A p e r t u r e H s h o w s l i g h t l y l e s s e r r o r s e n s i t i v i t y t h a n t h e o t h e r a p e r t u r e s . R e c a l l t h a t t h e g o a l o f t h i s s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s t o d e v e l o p a n u n d e r s t a n d i n g 2 6 4 8 t - t 8 2 I r i s M e t h o d s - 2 I r i s M e t h o d s 4 7 5 . 6 : 8 5 % g 3 . . . " J 0 ’ " - O G ' : 8 2 ) € r 4 - _ $ r : x . 8 2 : ; ‘ 5 ’ ( D : r . . . _ _ 5 c 9 : 1 : . . w : 2 e 9 . - , . § 9 2 e . 2 : c v 2 - . 4 4 . 4 . I 0 , 0 : 2 I r i s M e t h o d s 3 : 8 5 E ' E § % 2 | r i s M e t h o d s : 6 3 2 5 : 5 4 : 2 : 8 I : 0 ) u : 0 3 o u r 3 L 8 O H r Z E E ( D : r . _ . “ 3 1 . 5 9 : ? 9 3 9 9 ’ — 2 i i § ‘ 5 I - E a . 1 ’ : E E : c , 9 2 e e 1 : - 8 a ‘ 3 . 1 . . . 3 . E E E 4 4 ' - < _ I a o ) g 0 . 5 ; o ‘ 2 2 ] < 0 " F i g u r e 8 . 2 5 . S t a n d a r d d e v i a t i o n s r e l a t i v e t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r f o r t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d a t 8 . 2 0 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T M 1 2 0 m o d e . S i m u l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s e s f o r a l l a p e r t u r e s i s 0 . 1 2 5 ” . 2 6 5 - 6 - E 8 2 I n s M e t h o d s 5 U 2 I r i s M e t h o d s 4 " : 5 7 ° : 6 : 5 : 2 4 9 % 3 r § G e " : 3 0 5 ' C E [ 3 : 0 3 r Q L Q ‘ 5 I " ' E ‘ g ( D I ‘ — 5 ' ? 9 5 ’ . 9 : 3 9 % 2 3 ' ? 9 5 ’ . 9 % 9 : 1 1 ; “ 1 : 1 : 1 : i s t 1 : 1 : : s a a 1 r 0 a a ; < < 4 E l 4 . 4 : 4 0 0 I - . 4 k m 5 9 o 2 I n s M e t h o d s : 2 2 I r i s M e t h o d s - 0 H : 5 L C D 4 : - % J 3 ' ? ) O u ' E U ) o p " : 8 r 3 7 § r 2 : . % 2 ; “ 0 e n a ) . ‘ T m a ) a ) : 1 ? 5 5 5 ~ “ ' ‘ 5 ‘ 5 ‘ 5 1 : - < D g g . ‘ ” “ c 1 3 F i g u r e 8 . 2 6 . S t a n d a r d d e v i a t i o n s r e l a t i v e t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r f o r t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d a t 1 0 . 0 9 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T M 1 2 0 m o d e . S i m u l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s e s f o r a l l a p e r t u r e s i s 0 . 1 2 5 ” . 2 6 6 t h e i n v e s t i g a t i o n t o t h i s p o i n t , A p e r t u r e H h a s p r o v e n t o b e d e s i r a b l e i n t h e a r e a s e x a m i n e d s o f a r . I t r e q u i r e s a s m a l l n u m b e r o f m o d e s t h a t n e e d t o b e u s e d i n t h e s o l u t i o n . T h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e a s i l y a d a p t e d t o t h e t w o i r i s m e t h o d u s i n g t h i s a p e r t u r e . W h e n t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r f o u r d i f f e r e n t a p e r t u r e s i s p e r f o r m e d , A p e r t u r e H p r o v i d e s t h e b e s t r e s u l t s o f t h e a p e r t u r e s e x a m i n e d a t t h e l o w e n d a n d m i d b a n d o f t h e X — b a n d f r e q u e n c y r a n g e . I t i s d e s i r a b l e t o u n d e r s t a n d i f A p e r t u r e H m a i n t a i n s t h e s a m e l e v e l o f n o i s e s e n s i t i v i t y a c r o s s t h e e n t i r e f r e q u e n c y r a n g e . T h u s , t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d a t 2 1 p o i n t s a c r o s s t h e X - b a n d r a n g e , a n d t h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 7 . F o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s , t h e r e s u l t s f o r t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d a r e c o m p a r e d w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s i n t h i s fi g u r e s h o w t h a t t h e e r r o r s e n s i t i v i t y d o e s v a r y a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d . F o r 6 ; , t h e e r r o r s e n s i t i v i t y d e c r e a s e s b y a b o u t a f a c t o r o f t w o f r o m t h e l o w e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d t o t h e h i g h e n d . T h e s e i n t e r v a l s a r e a b o u t 3 t i m e s a s l a r g e a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a t 8 . 2 G H z , a n d a p p r o x i m a t e l y t w i c e a s l a r g e a t 1 2 . 4 G H z . A n e v e n l a r g e r d e c r e a s e i n t h e e r r o r b a r s i s o b s e r v e d f o r t h e p l o t f o r 6 ; ] . N o t e t h a t a t t h e h i g h e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e u s e o f A p e r t u r e H f o r t h e t w o i r i s m e t h o d p r o d u c e s e r r o r b a r s t h a t a r e a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F o r t h e r e a l p a r t o f t h e p e r m e a b i l i t y , 1 1 ; , t h e u p p e r p o r t i o n o f t h e f r e q u e n c y b a n d d i s p l a y s 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s t h a t a r e a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e a s t h o s e o b s e r v e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e c o n fi d e n c e i n t e r v a l s a r e h i g h e r a t t h e l o w m ‘ e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . T h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s f o r 1 1 ; ! a r e a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e a c r o s s t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d , w i t h v a l u e s t h a t a r e a p p r o x i m a t e l y t w i c e t h o s e o b s e r v e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F o r a l l o f t h e p a r a m e t e r s o b s e r v e d , t h e r e s u l t s c o m p u t e d f o r A p e r t u r e H i n d i c a t e t h a t i t i s 1 - 3 t i m e s a s s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l s o , f r o m t h e i n f o r m a t i o n 2 6 7 1 0 5 2 2 - T h i c k n e s s M e t h o d 1 3 9 E ' 0 . 8 _ — T _ E ' 3 E ” 0 . 6 ' " I C I I I I I I % % % W r ' . 1 I 7 : “ r - : l : d _ . l L f I I I I 6 F 0 ' 4 7 \ 5 : - 2 o 2 I r i s M e t h o d 0 - 2 r , 2 0 2 I r i s M e t h o d : : 2 0 2 - T h l c k n e s s M e t h o d 4 8 1 I I 9 I I I I I 1 I 0 I I I I 1 I 1 I J I I 1 I 2 1 I I O B I I I J S I I I I 1 I I I I E I L I I I I I I 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) 2 1 i 2 0 2 I r i s M e t h o d t 2 0 2 - T h i c k n e s s M e t h o d 1 E 1 2 - “ 0 . 8 : E I I _ _ _ r . - 1 - 1 1 1 1 1 m a y . . . . - - - - — - - m fi { i fi fi fi t t m u . . : 0 . 4 t - ‘ _ L - 1 t u t - - 0 . 2 - , . 2 0 ' 2 - T h l c k n e s s M G I h O d t 2 0 . 2 I r i s M e t h o d - 2 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 0 I I I I L I I I I I I I I I I I I I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 2 7 . S e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r u s i n g A p e r t u r e H f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d w i t h t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d u s i n g t h e T M 1 2 0 m o d e . E r r o r b a r s s h o w t h e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l . S i m u l a t i o n s a r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . A p e r t u r e t h i c k n e s s , d 2 = 0 . 1 2 5 ” . 2 6 8 f o u n d i n F i g u r e 6 . 9 , A p e r t u r e H s h o w s a c o m p a r a b l e e r r o r s e n s i t i v i t y t o t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g a p l a s t i c m a t e r i a l a s t h e t o p l a y e r . T h i s s e n s i t i v i t y a n a l y s i s s u g g e s t s t h a t A p e r t u r e H i s a r e a s o n a b l e c h o i c e f o r e x p e r i m e n t a l u s e i n t h e t w o i r i s m e t h o d . 8 . 5 M o d a l A n a l y s i s f o r A p e r t u r e H T h e p r e v i o u s s e c t i o n e x a m i n e s t h e s e n s i t i v i t y o f d i f f e r e n t a p e r t u r e s , a n d A p e r t u r e H i n p a r t i c u l a r , t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e o t h e r p o t e n t i a l s o u r c e o f e r r o r t h a t i s a n a l y z e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e e r r o r p r o d u c e d b y u s i n g a fi n i t e n u m b e r o f m o d e s i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . T h i s a n a l y s i s i s d e s c r i b e d i n C h a p t e r 6 , a n d t h e m o d a l a n a l y s i s i n t h i s s e c t i o n f o l l o w s t h e s a m e p r o c e d u r e . T h e v a l u e s u s e d a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ v a l u e s i n t h i s s i m u l a t i o n a r e t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s f o r A p e r t u r e H , g e n e r a t e d a s t h e e x t r a p o l a t e d v a l u e s , S 3 M ? ” . T h e s e a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 8 a n d F i g u r e 8 . 1 9 . T h e t w o i r i s e x t r a c t i o n m e t h o d w a s c a r r i e d o u t u s i n g d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s t o c a l c u l a t e S W A N ) i n t h e s o l u t i o n . T h e r e s u l t s o f t h i s s i m u l a t i o n a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 8 - F i g u r e 8 . 3 1 . [ L a b e l I m o d e s u s e d I p l q J A T q u 1 , 3 , 5 , 7 B T q u , T E 1 2 , T M 1 2 1 - 1 1 , O d d C T E q 0 , T E 1 p , T M 1 p 2 , 4 1 - 1 1 , o d d D T E q 0 , T E 1 p , T M 1 p 2 , 4 , 6 1 — 1 1 , 0 d d E T q u , T E 1 p , T M 1 p + e x t r a p o l a t i o n 2 - 2 0 , e v e n 1 - 1 1 , o d d T a b l e 8 . 1 . K e y f o r m o d e s u s e d i n t w o a p e r t u r e e x t r a c t i o n m e t h o d , A p e r t u r e H S o m e s i m i l a r i t i e s e x i s t b e t w e e n t h e s e s i m u l a t i o n s a n d t h o s e w h i c h a r e s h o w n f o r t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s i n C h a p t e r 6 . I n a l l f o u r fi g u r e s , a s t h e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n a r e i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a p p r o a c h t h e 2 6 9 7 . 0 0 " " 6 . 8 0 ‘ ‘ ' 1 8 L 1 1 l 9 1 r F e J 1 q 0 u I e n c y 1 ( 1 g I 1 1 G H z ) 1 1 1 J . \ I 2 1 ' 1 8 0 - " " " " " " " . 7 . 6 0 - ' x . ' 1 2 0 - F i g u r e 8 . 2 8 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . 2 7 0 0 . 4 L ~ . _ \ . . . v 0 . 2 — o . \ - \ . ‘ o o o 0 o . - - - - - H - - - - - ~ 0 — . - . 1 1 , 5 , 1 . 0 2 x x x K x : - - . . 0 - - ‘ \ ' O . . . - o . 2 - ‘ - \ I I - \ 6 1 . " \ _ - 0 4 - x . . - \ . - . \ ‘ - 0 . 6 - b . \ - . \ ‘ _ D n o m i n a l v a l u e s \ , - 0 . 8 r - - . . . . . . . . . A \ K . — — V — — B ' \ . . . O C ‘ . . ‘ I — \ . \ . - - - - - - - - D \ I X E ‘ ~ - - 1 2 1 — . \ “ - ~ _ _ I I I L L I I I I I I I I I I I l l L 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 2 9 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 5 ; ! f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s 2 0 . 1 2 5 ” . 2 7 1 0 . 7 0 ' — ' \ 0 . 6 5 b # r . 0 . 6 0 — 0 . 5 5 - " " " " A _ — — v — — 8 ‘ . \ . , — O — C ‘ \ \ l . ’ " - - - - - - o ‘ ~ ~ \ ' x E ‘ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ , x ' " . . . . l g i . r l . . 1 1 I . . . i I . J 8 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 8 . 3 0 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 0 ’ , f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s = 0 . 1 2 5 ” . 2 7 2 0 . 8 - : ' \ . ‘ \ 0 . 7 " ” X ‘ r _ . 1 : . h 0 . 6 - K " ° , , 1 . # 7 . " \ ‘ \ ‘ s 0 . 5 - “ x : 0 . 4 - a n o m i n a l v a l u e s \ “ \ : - . . . . . A “ x _ , B ‘ \ ~ . . _ C \ " " " " " " " " " " _ 0 . 3 - - - - - - o . \ C . \ ° 1 - \ 3 I - \ ! 0 2 h - . 1 l l l 1 I n n l 1 1 I n J 1 n I 4 l l 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 8 . 3 1 . E x t r a c t e d v a l u e s o f a l l f o r t h e t w o i r i s m e t h o d w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . S i m u l a t i o n s u s e d A p e r t u r e H a s t h e i r i s , f r o m 8 . 2 0 G H z t o 1 2 . 4 0 G H z . S i m u l a t i o n s w e r e f o r 1 l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s f o u n d i n T a b l e 8 . 1 A p e r t u r e t h i c k n e s s = 0 . 1 2 5 ” . 2 7 3 n o m i n a l v a l u e s . C o n s i d e r F i g u r e 8 . 2 8 , w h i c h d i s p l a y s t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 5 ; . N o t e t h a t o n c e t h e T M 1 2 m o d e i s i n c l u d e d , t h e s h a p e o f t h e p l o t a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d r e s e m b l e s t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e s e v a l u e s , s h o w n i n l i n e B o n t h e g r a p h , h a v e a n e r r o r t h a t v a r i e s l e s s t h a n 1 % f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s . A t t h e h i g h e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e e r r o r s a r e l a r g e r f o r l i n e B , a p p r o x i m a t e l y 4 % w i t h r e s p e c t t o t h e n o m i n a l v a l u e s . A s t h e n u m b e r o f m o d e s u s e d i n t h e s o l u t i o n i s i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a p p r o a c h t h e n o m i n a l v a l u e s . S i m i l a r o b s e r v a t i o n s a r e s e e n f o r t h e p l o t o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 9 , a n d t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p l , s h o w n i n F i g u r e 8 . 3 0 . N o t e t h a t i n t h e s e fi g u r e s , t h e l a r g e s t e r r o r s a r e o b s e r v e d a t t h e l o w e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d s w h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s n o t e m p l o y e d . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e w i t h i n 0 . 1 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e p l o t o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 0 ; ! a r e s h o w n i n F i g u r e 8 . 3 1 . T h e s e a l s o h a v e s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s t o t h e o t h e r t h r e e fi g u r e s . N o t i c e t h a t a s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , t h e v a l u e s a l s o a p p r o a c h t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e v a l u e s o b t a i n e d b y t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d a r e n o t p l o t t e d t o a v o i d c l u t t e r o n t h e fi g u r e , b u t t h e y a r e w i t h i n 0 . 5 % o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s . 8 . 6 S i m u l a t i o n C o n c l u s i o n s T h i s c h a p t e r c o n t a i n s t w o a n a l y s e s o f t h e e f f e c t o f p o s s i b l e s o u r c e s o f e r r o r i n t h e t w o i r i s m e t h o d . A n i n v e s t i g a t i o n r e g a r d i n g t h e c o m p u t a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e - fl e c t i o n c o e f fi c i e n t r e v e a l e d t h e i m p o r t a n c e o f t h e g e o m e t r i c a l s h a p e o f t h e i r i s . I t w a s s h o w n t h a t a p e r t u r e s w h i c h w e r e s i m i l a r i n s h a p e t o t h e W R — 9 0 w a v e g u i d e a n d w h i c h w e r e s y m m e t r i c i n t h e c e n t e r o f t h e w a v e g u i d e c r o s s s e c t i o n r e q u i r e t h e l e a s t a m o u n t o f m o d e s t o m a k e a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n t o t h e c o m p u t a t i o n o f t h e r e f l e c - t i o n c o e f fi c i e n t . A n e x t r a p o l a t i o n m e t h o d s i m i l a r t o t h a t d e v e l o p e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d h a s b e e n e m p l o y e d t o e s t i m a t e t h e r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t d u e t o a l a r g e n u m b e r 2 7 4 o f m o d e s f o r d i f f e r e n t a p e r t u r e s . A p e r t u r e s G a n d H r e q u i r e t h e l o w e s t n u m b e r o f m o d e s t o c o m p u t e t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t w h e n t h e m a t r i x i s b e i n g fi l l e d . A n e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s o n p o t e n t i a l c h o i c e s o f s y m m e t r i c a l a p e r t u r e s w a s u n d e r t a k e n , a n d i t i s s h o w n t h a t A p e r t u r e H e x h i b i t s t h e l o w e s t s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . A n a l y s i s s h o w e d t h a t t h i s e r r o r i s 1 - 3 t i m e s a s l a r g e a s t h e e r r o r e s t i m a t e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . I t i s a l s o s h o w n t h a t b y u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i n a m o d a l a n a l y s i s , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e w i t h i n 0 . 5 % o f t h e n o m i n a l v a l u e s . A s a r e s u l t o f t h e s e o b s e r v a t i o n s , i t i s c o n c l u d e d t h a t A p e r t u r e H i s a r e a s o n a b l e c h o i c e f o r a s e c o n d a p e r t u r e f o r u s e i n t h e e x p e r i m e n t a l t w o i r i s m e t h o d . T h e fi n a l s t e p f o r t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e t w o i r i s m e t h o d , a s w e l l a s t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d , i s t o b u i l d e x p e r i m e n t a l d e v i c e s t o t e s t t h e m a t e r i a l e x t r a c t i o n m e t h o d s . C h a p t e r 9 d i s p l a y s t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o i r i s m e t h o d . C H A P T E R 9 E X P E R I M E N T A L M A T E R I A L P A R A M E T E R E X T R A C T I O N S U S I N G T H E T W O L A Y E R M E T H O D , T W O T H I C K N E S S M E T H O D , A N D T H E T W O I R I S M E T H O D . 9 . 1 I n t r o d u c t i o n I n t h i s c h a p t e r , t h e e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e a n d s e t u p f o r t h e t h r e e m a t e r i a l c h a r - a c t e r i z a t i o n m e t h o d s a r e d e s c r i b e d . T h e e x p e r i m e n t a l a p p a r a t u s a n d e x p e r i m e n t a l p r c e d u r e a r e d e s c r i b e d i n s e c t i o n 9 . 2 . T h e r e s u l t s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e p r e s e n t e d i n s e c t i o n 9 . 3 a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i n s e c t i o n 9 . 4 . T h e r e s u l t s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d a r e d i s c u s s e d i n s e c t i o n 9 . 5 . C o m p a r i s o n s b e t w e e n t h e m e t h o d s a r e m a d e t h r o u g h o u t t h i s c h a p t e r . 9 . 2 E x p e r i m e n t a l S e t u p F o r a l l t h r e e m a t e r i a l e x t r a c t i o n m e t h o d s e x a m i n e d i n t h i s c h a p t e r , t h e e x p e r i m e n t a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s a r e m e a s u r e d u s i n g fl a n g e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e s . T h e s e p r o b e s w e r e c r e a t e d b y m a c h i n i n g a r e c t a n g u l a r a p e r t u r e i n a 1 2 ” x 1 2 ” x 1 / 4 ” a l u m i n u m p l a t e . O n e p r o b e , l a b e l e d A p e r t u r e W R , i s c o n s t r u c t e d w i t h a n a p e r t u r e t h a t i s t h e s a m e s i z e a s t h e o p e n i n g i n a W R 9 0 X — b a n d w a v e g u i d e ( 0 . 4 0 0 ” x 0 . 9 0 0 " ) . T h i s p r o b e i s u s e d i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s . A s e c o n d p r o b e w a s c o n s t r u c t e d t h a t h a s t h e d i m e n s i o n s o f A p e r t u r e H ( 0 . 1 5 0 " x 0 . 9 0 0 ” ) , a n d b o t h p r o b e s a r e u s e d i n t h e t w o a p e r t u r e m e t h o d . F o r b o t h p r o b e s , a c h a n n e l i s c u t i n t h e c e n t e r o f t h e p l a t e a r o u n d t h e a p e r t u r e s o t h a t t h e w a v e g u i d e fi t s i n t h e s l o t a n d m a y b e c e n t e r e d a r o u n d t h e a p e r t u r e . T h e a p e r t u r e o p e n i n g i s a p p r o x i m a t e l y 0 . 1 2 5 ” t h i c k . T h e l a y o u t o f t h e fl a n g e i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 . T h e a c t u a l m e a s u r e d d i m e n s i o n s o f t h e a p e r t u r e s a r e s h o w n i n T a b l e 9 . 1 . 2 7 6 1 2 ” A V A p e r t u r e a 1 2 ” T o p V i e w W R 9 0 W a v e g u i d e c l a m p 1 / 9 9 S i d e V i e w F i g u r e 9 . 1 . T o p v i e w o f a l u m i n u m fl a n g e p l a t e w i t h a p e r t u r e o p e n i n g a n d s i d e V i e w o f t h e a l u m i n u m p l a t e w i t h t h e w a v e g u i d e a t t a c h e d . D i m e n s i o n s a , b , a n d d 2 c o r r e s p o n d t o t h e a p e r t u r e d i m e n s i o n s s h o w n i n F i g u r e 7 . 1 . 2 7 7 [ D i m e n s i o n I A p e r t u r e W R J A p e r t u r e H ] a 0 . 8 9 8 ” 0 . 8 9 8 ” b 0 . 3 9 8 ” 0 . 1 4 8 ” ( 1 2 0 . 1 2 7 ” 0 . 1 2 2 ” T a b l e 9 . 1 . A c t u a l m e a s u r e d d i m e n s i o n s o f A p e r t u r e W R a n d A p e r t u r e H . T h e fl a n g e d p l a t e i s m o u n t e d t o a s e c t i o n o f W R 9 0 w a v e g u i d e w i t h c l a m p s a n d i s a l i g n e d u s i n g a p i e c e o f m a c h i n e d p l a s t i c . T h e p l a s t i c p i e c e i s i n s e r t e d i n t o t h e i n t e r i o r o f t h e w a v e g u i d e a n d t h e a p e r t u r e t o e n s u r e a c o n s i s t e n t a l i g n m e n t o f t h e w a v e g u i d e a n d t h e a p e r t u r e . T h e p l a s t i c p i e c e i s r e m o v e d a f t e r t h e w a v e g u i d e i s fi r m l y c l a m p e d i n p l a c e . T h e w a v e g u i d e i s c o n n e c t e d t o a n H P 8 5 1 0 B V e c t o r N e t w o r k A n a l y z e r ( V N A ) a n d t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t a r e m e a s u r e d i n t h e f r e q u e n c y r a n g e o f 8 . 2 - 1 2 . 4 G H z . A p h o t o o f t h e m e a s u r e m e n t s e t u p i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 . 9 . 2 . 1 C a l i b r a t i o n T h e H P 8 5 1 0 C V N A i s c a l i b r a t e d t o t h e e n d o f t h e w a v e g u i d e u s i n g a M a u r y M i - c r o w a v e M o d e l N o : X 7 0 0 5 M c a l i b r a t i o n k i t . A s h o r t / s h o r t / l o a d c a l i b r a t i o n p r o - c e d u r e w a s u s e d , w h e r e o n e o f f s e t s h o r t w a s o f l e n g t h 1 . 6 7 7 c m , t h e s e c o n d s h o r t w a s o f f s e t b y 0 . 5 5 9 c m , a n d t h e l o a d w a s a fi x e d m a t c h e d l o a d . T h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s w e r e t h e o r e t i c a l l y f o r m u l a t e d w i t h t h e r e f e r e n c e p l a n e a t t h e fl a n g e / m a t e r i a l b o u n d a r y , s o a n y m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s o b t a i n e d i n t h e s e e x p e r i m e n t a l p r o c e d u r e s m u s t b e p r o p e r l y p h a s e s h i f t e d f o r e a c h m o d e i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s t o a c c o u n t f o r t h e t h i c k n e s s o f t h e fl a n g e , s h o w n b y d 2 i n F i g u r e 9 . 1 . T h e t w o i r i s m e t h o d i s t h e o r e t i c a l l y f o r m u l a t e d w i t h t h e r e f e r e n c e p l a n e a t t h e e n d o f t h e w a v e g u i d e , s o n o p h a s e s h i f t o f t h e m e a s u r e d 8 1 1 v a l u e s i s n e c e s s a r y . 2 7 8 F i g u r e 9 . 2 . P h o t o o f t h e m e a s u r e m e n t a p p a r a t u s . T h e w a v e g u i d e i s a t t a c h e d t o t h e t o p a l u m i n u m fl a n g e p l a t e . T h e m a t e r i a l s a m p l e i s p l a c e d b e t w e e n t h e t o p p l a t e a n d b o t t o m a l u m i n u m c o n d u c t i n g p l a t e . 2 7 9 9 . 2 . 2 V N A s e t t i n g s T h e s o u r c e a m p l i t u d e w a s s e t t o 1 5 d B m , l e s s t h a n t h e s t a t e d r e c e i v e r m a x i m u m o f 1 7 d B m f o r t h e S — p a r a m e t e r t e s t s e t . A v e r a g i n g w a s a l s o u s e d t o r e d u c e t h e r a n - d o m n o i s e c o n t r i b u t i o n a n d i m p r o v e t h e s i g n a l t o n o i s e r a t i o . E x p e r i m e n t a t i o n w i t h t h e p o s s i b l e s e t t i n g s d e t e r m i n e d t h a t 5 1 2 a v e r a g e s w a s a d e q u a t e t o r e d u c e t h e n o i s e c o n t r i b u t i o n , w h i l e k e e p i n g t h e t i m e r e q u i r e d t o o b t a i n a f r e q u e n c y s w e e p t o a p p r o x - i m a t e l y 3 0 s e c o n d s . A t o t a l o f 2 0 1 f r e q u e n c y p o i n t s w e r e s a m p l e d i n t h e X - b a n d r a n g e , f r o m a m i n i m u m o f 8 . 2 G H Z t o t h e m a x i m u m f r e q u e n c y o f 1 2 . 4 G H z . A s t e p p e d f r e q u e n c y s e t t i n g w a s a l s o e m p l o y e d , a n d t h e f r e q u e n c y s w e e p d w e l l t i m e s e t t i n g w a s 2 5 m s . T h i s i s t h e t i m e d u r a t i o n t h a t t h e n e t w o r k a n a l y z e r w a i t s a t a g i v e n f r e q u e n c y p o i n t f o r t h e s i g n a l t o s e t t l e b e f o r e t a k i n g t h e m e a s u r e m e n t . L o n g e r d w e l l t i m e s i n c r e a s e t h e d a t a c o l l e c t i o n t i m e a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d . I t w a s f o u n d t h a t 2 5 m s p r o v i d e d a n a c c e p t a b l e b a l a n c e o f s t a b i l i t y a n d a c c e p t a b l e c o l l e c t i o n t i m e . 9 . 2 . 3 M e a s u r e m e n t P r o c e d u r e O n c e t h e V N A s e t t i n g s a r e e s t a b l i s h e d a n d t h e m e a s u r e m e n t s y s t e m i s c a l i b r a t e d , r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t s m a y b e t a k e n u s i n g t h e w a v e g u i d e p r o b e . A m a — t e r i a l s a m p l e i s p l a c e d o n a m e t a l p l a t e , a n d t h e fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e i s p l a c e d o n t o p o f t h e m a t e r i a l s a m p l e . A l t h o u g h t h e m a t e r i a l s a m p l e s a r e t h e o r e t i c a l l y m a - c h i n e d o r p r o c e s s e d t o a g i v e n t h i c k n e s s , t h e m a t e r i a l s d o h a v e s o m e v a r i a t i o n i n t h e s a m p l e t h i c k n e s s . M e a s u r e m e n t s m a d e w i t h a d i g i t a l c a l i p e r o n m a t e r i a l s a m p l e s r e v e a l e d t h a t t h e t h i c k n e s s a t t h e e d g e c o u l d v a r y a s m u c h a s 0 . 0 0 7 ” f o r a g i v e n 1 2 ” s a m p l e o f n o m i n a l t h i c k n e s s 0 . 1 2 5 ” . R e c a l l t h a t t h e p r o b l e m f o r m u l a t i o n f o r a l l t h r e e e x t r a c t i o n m e t h o d s r e q u i r e s t h e k n o w l e d g e o f t h e t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l . T h u s , a l l s a m p l e s w e r e m e a s u r e d o n a l l f o u r s i d e s a n d t h e m e a n o f t h e m e a s u r e m e n t s w a s u s e d a s t h e m a t e r i a l t h i c k n e s s . I t i s r e c o g n i z e d t h a t t h i s e s t i m a t i o n o f m a t e r i a l t h i c k n e s s i s a p o t e n t i a l s o u r c e o f e r r o r i n t h e e x t r a c t i o n p r o c e d u r e . 2 8 0 S e v e r a l o f t h e m a t e r i a l s m e a s u r e d a r e p l a s t i c o r p o l y m e r m a t e r i a l s a m p l e s a n d m a y h a v e v a r i a t i o n s i n t h e s a m p l e t h i c k n e s s a c r o s s t h e s u r f a c e o f t h e s a m p l e . I t i s d e s i r a b l e t o h a v e t h e b e s t p o s s i b l e c o n t a c t b e t w e e n t h e m a t e r i a l a n d t h e fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e , a n d t h u s r e d u c e t h e p o s s i b i l i t y o f a i r g a p s b e t w e e n t h e s a m p l e m a t e r i a l a n d t h e fl a n g e . I f a n a i r g a p i s p r e s e n t , t h e t h e o r e t i c a l p r o b l e m i n t h e w a v e g u i d e r e g i o n b e c o m e s a t h r e e l a y e r m e d i u m b e t w e e n t w o p a r a l l e l p l a t e s , w h i c h i s n o t a c c o u n t e d f o r i n t h e t h e o r y . T w o d i f f e r e n t t y p e s o f m e a s u r e m e n t s w e r e r e c o r d e d . I n t h e fi r s t t y p e , t h e fl a n g e w a s p l a c e d o n t h e s a m p l e , t w o b r i c k s w e r e p l a c e d o n t h e fl a n g e , a n d t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t w a s r e c o r d e d . R e s u l t s f r o m t h i s m e t h o d , e s p e c i a l l y w h e n u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h a s t i f f t o p l a y e r m a t e r i a l , w e r e m i x e d . T h e a m o u n t o f p r e s s u r e f r o m t h e p l a t e a n d b r i c k s d i d n o t n e c e s s a r i l y e n s u r e a g o o d c o n t a c t w i t h t h e m a t e r i a l a n d a i r g a p s m i g h t p o s s i b l y e x i s t . D u e t o t h e e r r a t i c e x t r a c t i o n r e s u l t s , t h e s e r e s u l t s a r e n o t p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . A s e c o n d , m o r e e f f e c t i v e m e t h o d w a s e m p l o y e d t o e l i m i n a t e p o s s i b l e a i r g a p s . A s i m p l e c l a m p i n g s y s t e m w a s d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d u s i n g C - c l a m p s t o p r o v i d e a g o o d c o n t a c t o f t h e fl a n g e , t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t , a n d t h e b o t t o m c o n d u c t i n g p l a t e . O n c e t h e m a t e r i a l i s fi r m l y c l a m p e d , t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s m e a s u r e d a n d r e c o r d e d t o a m a g n e t i c fl o p p y d i s k b y t h e V N A . 9 . 2 . 4 S a m p l e m a t e r i a l s S e v e r a l d i f f e r e n t m a t e r i a l s a m p l e s w e r e o b t a i n e d f o r u s e a s t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d s u n d e r i n v e s t i g a t i o n . A t a b l e o f t h e 1 2 " X 1 2 ” m a t e r i a l s a m p l e s a n d t h e m e a s u r e d t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l s h e e t a r e s h o w n i n T a b l e 9 . 2 . T h e s a m p l e t h i c k n e s s w a s m e a s u r e d o n a l l f o u r s i d e s o f t h e m a t e r i a l w i t h a a n e l e c t r o n i c c a l i p e r a n d t h e m e a n o f t h e f o u r s i d e m e a s u r e m e n t s i s s h o w n i n T a b l e 9 . 2 2 8 1 [ M a n u f a c t u r e r ] M a t e r i a l { S a m p l e t h i c k n e s s ( i n c h e s ) ] E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b F G M 1 2 5 1 0 . 1 2 2 E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b F G M 1 2 5 2 0 . 1 2 2 E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b F G M 4 0 1 0 . 0 3 9 E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b F G M 4 0 2 0 . 0 3 9 E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b M C S 1 0 . 0 3 9 E m e r s o n & C u m i n g E c c o s o r b M C S 2 0 . 0 3 9 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s P l e x i g l a s s 1 0 . 1 1 1 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s P l e x i g l a s s 2 0 . 1 0 9 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s N y l o n 1 0 . 1 2 4 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s N y l o n 2 0 . 1 2 4 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s P V C 1 0 . 1 1 9 P r o f e s s i o n a l P l a s t i c s P V C 2 0 . 1 1 9 T a b l e 9 . 2 . M a t e r i a l s a m p l e s u s e d i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d s . 9 . 2 . 5 M e a s u r e m e n t P o s i t i o n I t i s p o s s i b l e t h a t t h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s o f t h e s a m p l e s m a y b e s p a t i a l l y d e p e n d e n t . T o i n v e s t i g a t e t h i s p o s s i b i l i t y , t h e m a t e r i a l s a m p l e s u s e d i n t h e s e e x p e r i m e n t s w e r e m e a s u r e d a t fi v e d i f f e r e n t p o i n t s o n t h e s a m p l e . T h e s e m e a s u r e m e n t s a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s w e r e o b t a i n e d b y l i f t i n g t h e t o p p l a t e a n d m o v i n g i t t o t h e n e w m e a s u r e — m e n t p o s i t i o n . T h e s a m p l e a n d b o t t o m c o n d u c t i n g p l a t e r e m a i n e d fi x e d i n t h e s a m e l o c a t i o n . T h e t w o p l a t e s , w i t h t h e s a m p l e i n b e t w e e n , w e r e t h e n c l a m p e d t o g e t h e r . T h e fi v e m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 , a n d w i l l b e r e f e r r e d t o i n t h e s u b s e q u e n t d i s c u s s i o n o f a l l t h r e e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d s . 9 . 3 T w o T h i c k n e s s M e t h o d R e s u l t s 9 . 3 . 1 I n t r o d u c t i o n T h i s s e c t i o n r e v i e w s s e v e r a l m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n s u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e d a t a w e r e c o l l e c t e d o n s e v e r a l d i f f e r e n t d a y s o v e r a p e r i o d o f w e e k s . T h i s s e c t i o n e x a m i n e s t h e r e s u l t s o b t a i n e d w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n 2 8 2 | I — - , 1 ‘ : : , - — 1 2 ” ‘ l v _ _ _ . + — 1 . 2 5 ” _ _ _ . » ‘ 4 — — 1 2 9 , 1 . 2 5 ” F i g u r e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t P o s i t i o n s f o r t h e m a t e r i a l s a m p l e s t h e e x t r a c t i o n . 9 . 3 . 2 M e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s T h e m e a s u r e m e n t s n e c e s s a r y f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e t h e c o m p l e x q u a n t i t i e s f l ? ? ? ) a n d 5 3 2 3 3 ; ) , w h i c h a r e t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t m e a s u r e m e n t s f o r o n e a n d t w o t h i c k n e s s e s o f a g i v e n m a t e r i a l , r e s p e c t i v e l y . A r e p r e s e n t a t i v e s e t o f m e a s u r e m e n t s t a k e n a t t h e fi v e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s o n S a m p l e 2 a n d a s t a c k o f S a m p l e 1 o n t o p o f S a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 . I n a d d i t i o n , t h e v a l u e s w h i c h a r e c o m p u t e d f o r S i ? ” i n C h a p t e r 5 f o r t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 a r e s h o w n f o r c o m p a r i s o n . N o t e t h a t t h e r e i s a g e n e r a l a g r e e m e n t i n t h e t r e n d o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s f o r b o t h t h i c k n e s s e s a n d f o r b o t h p h a s e a n d m a g n i t u d e . H o w e v e r , t h e m e a s u r e d v a l u e s w e r e o b t a i n e d f r o m m a t e r i a l s a m p l e s t h a t a r e 0 . 1 2 2 ” t h i c k a n d 0 . 2 4 4 ” t h i c k . S f ‘ f " w a s c o m p u t e d f o r s a m p l e s t h a t a r e 0 . 1 2 5 ” 2 8 3 t h i c k a n d 0 . 2 5 0 ” t h i c k . I n a d d i t i o n , t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s e d t o c o m p u t e S i f t " a r e t h e n o m i n a l v a l u e s s h o w n i n T a b l e 5 . 1 , w h i c h a r e n o t n e c e s s a r i l y t h e t r u e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e m a t e r i a l s a m p l e . 9 . 3 . 3 E x t r a c t i o n r e s u l t s I t w a s n o t e d i n s e c t i o n 5 . 6 . 1 t h a t t h e s i m u l a t e d e x t r a c t i o n w h i c h u s e d a d i f f e r e n t n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n d i d a f f e c t t h e e x t r a c t e d v a l u e s u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A s m o r e m o d e s w e r e u s e d , t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s m o v e d i n t h e d i r e c t i o n o f t h e n o m i n a l v a l u e s , a s s h o w n i n F i g u r e 5 . 2 0 - F i g u r e 5 . 2 3 . A s i m i l a r p r o c e s s i n g p r o c e d u r e w a s p e r f o r m e d o n a s e t o f m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s f o r t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . I n t h i s c o n fi g u r a t i o n , S H E ‘ S . ) w a s o b t a i n e d f r o m s a m p l e 2 , a n d 3 2 3 3 ; . ) w a s r e c o r d e d w i t h s a m p l e 1 o n t o p o f s a m p l e 2 . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 6 - F i g u r e 9 . 9 . N o t e t h a t a s t h e n u m b e r o f m o d e s a r e i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s m o v e i n a d i r e c t i o n s i m i l a r t o t h a t o b s e r v e d i n F i g u r e 5 . 2 0 — F i g u r e 5 . 2 3 . A l s o n o t e t h a t w h e n t h e fi r s t 1 0 m o d e s a r e u s e d i n t h e s o l u t i o n , t h e r e s u l t s a r e q u i t e c l o s e t o t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r 6 5 ! , 1 1 1 . , a n d 1 1 . 5 ! . T h e l a r g e s t d i f f e r e n c e i s s e e n i n t h e p l o t s f o r 6 ; , w h e r e t h e v a l u e s c o m p u t e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s , l i n e D , a r e s e p a r a t e d b y a p p r o x i m a t e l y 0 . 1 a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d f r o m t h o s e c o m p u t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d , l i n e E . T h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e r e q u i r e s a p p r o x i m a t e l y 5 0 0 % m o r e c o m p u t a t i o n a l t i m e t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s s h o w n i n F i g u r e 9 . 6 t h a n t h e e x t r a c t i o n p e r f o r m e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s . T h u s , i n t h e n e x t s e v e r a l fi g u r e s , t h e fi r s t 1 0 m o d e s a r e u s e d t o c o m p a r e m e a s u r e m e n t s t a k e n o n s e v e r a l d i f f e r e n t d a y s a n d f r o m s e v e r a l d i f f e r e n t d a t a s e t s . T h i s c h o i c e a i d s i n r e d u c i n g t h e d a t a p r o c e s s i n g t i m e a n d p r o v i d e s t h e o p p o r t u n i t y t o o b s e r v e a . w i d e r a n g e o f t r e n d s i n t h e d a t a f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f r o m m e a - 2 8 4 0 . 6 - E c c o s o r b F G M 1 2 5 . M e a s u r e d 0 . 5 l ' E % : \ / h = 0 - 1 2 2 l 1 . 1 _ 1 1 1 , . _ 1 _ 1 _ _ 1 . _ 1 1 1 l l 1 ' : 0 . 4 _ _ _ 1 1 m 1 1 m 1 1 l 1 1 - 1 _ — C ’ ) F ' _ _ , I r l T h e o r y ' l h = 0 . 1 2 5 " 0 . 3 a t - ' A u g u s t 5 , 2 0 0 8 “ 5 P o s i t i o n s ' S a m p l e 2 o n b o t t o m , 0 . 2 ‘ ‘ ‘ ‘ f ‘ ‘ . P 8 9 1 0 1 1 1 2 0 . 9 . - E c c o s o r b F G M 1 2 5 ' ' l M e a s u r e d l 0 . 8 _ _ _ , _ l h = 0 . 2 4 4 1 . 1 1 . 1 . 1 1 1 1 1 1 _ - _ l 1 1 1 _ 1 ' l E 0 7 b I . j fl m < 2 - m e w — o b l 0 ' 6 . l T h e o r y , A u g u s t 5 , 2 0 0 8 h = 0 2 5 0 " , 5 P o s i t i o n s 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m 1 0 . 5 1 1 1 1 I 1 1 1 M 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 . C o m p a r i s o n o f | S fl e a 3 | a n d | S f f t f | f o r t w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . M e a s u r e m e n t s w e r e m a d e f o r a l l 5 p o s i t i o n s . 2 8 5 ' 2 . 3 i E c c o s o r b F G M 1 2 5 | , - 2 . 4 I » ~ — — — — , H 1 M 7 7 1 1 _ , T 7 1 . v . 1 I , , . A _ 2 _ 5 _ . 1 1 1 1 1 1 1 , 7 ~ ‘ w . c _ < 5 - l ‘ 6 - 2 . 6 r 1 , S - l , g - 2 . 7 : ' A u g u s t 5 , 2 0 0 8 — — ‘ , . 7 . L g 3 5 P o s i t i o n s . o . - S a m l e 2 o n b o t t o m - 2 . 8 _ , M e a s u r e d ' 2 ' 9 - ’ h = 0 . 1 2 2 " ” - 3 ’ - I I I I I I l I I I l I l I i I I I l I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 - 2 . 7 . , , - E c c o s o r b F G M 1 2 5 ] , , : l M e a s u r e d ‘ L . - 2 . 8 * I 1 . 7 5 I c . ‘ 2 r g _ : 1 - 2 9 * 1 c 0 _ a ) - : 0 c - Q . - - 3 - _ - A u g u s t 5 , 2 0 0 8 , , - 5 P o s i t i o n s . - S a m p l e 2 o n b o t t o m 1 . 1 _ 3 ' 1 I I I I I I I I I I I I I I l I l 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 5 . C o m p a r i s o n o f 0 9 8 3 “ ) ” a n d $ 2 7 5 2 2 ) ” f o r E c c o s o r b F G M I Q S . l \ I e a s u r e m e n t s w e r e m a d e f o r a l l 5 p o s i t i o n s . 2 8 6 s u r e m e n t s t a k e n o n s e v e r a l d i f f e r e n t d a y s . T h e s e d a t a s e t s w e r e p r o c e s s e d i d e n t i c a l l y u s i n g t h e fi r s t 1 0 s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s , u p t o t h e T M l g m o d e , i n t h e p a r a m e t e r e x t r a c t i o n . T h e p l o t o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r s a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , f r o m fi v e d i f f e r e n t d a t a c o l l e c t i o n d a y s , i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 0 a n d F i g u r e 9 . 1 1 . N o t e t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r b o t h r e a l a n d i m a g i n a r y p a r t s o f t h e p e r m i t t i v - i t y h a v e a l a r g e r d e v i a t i o n i n t h e fi g u r e s . T h e p e r m e a b i l i t y v a l u e s , s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 1 , S h o w v e r y l i t t l e d e v i a t i o n a m o n g t h e e x t r a c t e d v a l u e s . T h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e e x t r a c t i o n s i n F i g u r e 9 . 1 0 a n d F i g u r e 9 . 1 1 w e r e c o m p u t e d , a n d t h e r e s u l t s a r e d i s p l a y e d i n F i g u r e 9 . 1 2 a n d F i g u r e 9 . 1 3 . T h e e r r o r b a r s o n t h e p l o t s s h o w t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e d a t a s e t s . [ L a b e l m o d e s u s e d T p I q J A T E 1 0 , T E 3 0 , T E 1 2 , T M 1 2 B T E 1 0 , T E 3 0 , T E 1 2 , T M 1 2 , T E 1 4 , T M 1 4 c T 1 3 1 0 , T E 3 0 , T E l p , T M “ , 2 , 4 , 6 D T E 1 0 , T E 3 0 , T E l P , T 1 1 1 1 } , 2 , 4 , 6 , 8 E T E g O , T E l p , T M 1 p + e x t r a p o l a t i o n 2 — 2 0 , e v e n 1 , 3 T a b l e 9 . 3 . K e y f o r m o d e s u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t i o n o f e x p e r i m e n t a l d a t a . N o t e t h a t t h e g e n e r a l t r e n d o f t h e s e d a t a a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o n f i d e n c e i n t e r - v a l s s i m u l a t e d i n s e c t i o n 6 . 7 a n d s h o w n i n F i g u r e 6 . 8 f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . N o t e t h a t t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s f o r t h e p e r m i t t i v i t y a r e r o u g h l y a n o r d e r o f m a g n i t u d e l a r g e r t h a n t h o s e f o r t h e p e r m e a b i l i t y , w h i c h i s c o n s i s t e n t . w i t h F i g u r e 6 . 8 . M e a s u r e m e n t s o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s f o r a d i f f e r e n t p h y s i c a l c o m b i n a t i o n o f E c c o s r b F G M l 2 5 w e r e a l s o t a k e n i n t h e s a m e d a t a c o l l e c t i o n p e r i o d s . I n t h i s c a s e , 1 ’ 1 ? ? ? ) w a s o b t a i n e d f r o m s a m p l e 1 , w h i c h i s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e c o n d m e a s u r e m e n t , 8 3 % ; ) , w a s o b t a i n e d b y p l a c i n g s a m p l e 2 o n t o p o f s a m p l e 1 . T h e s e 2 8 7 7 . 6 7 . 1 - 1 1 1 1 l I l l ‘ I 1 l I . I a m . ; . a . . l . . . . ' 9 1 o l h 7 V V W 7 ” i v l l l l , M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g , 2 0 0 8 F i g u r e 9 . 6 . E x t r a c t e d 6 ] , . v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) T a b l e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 8 8 0 . 1 0 . 0 5 I I 8 r 0 - 0 . 0 5 - 1 1 1 . . ~ 0 . 1 - ~ - - - - - — — — — ~ - — — - — — ' f - - ~ — » — * — — M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g , 2 0 0 8 8 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 7 . E x t r a c t e d 6 ; ! v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 8 9 l l 0 . 5 4 - 1 1 1 . l 1 . l , M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g , 2 0 0 8 , l l l l M m . l . . M . 4 M I . . l . . . . l 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 8 . E x t r a c t e d 1 1 ’ , v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i f - i c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A — E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 0 l - l l l o 0 2 . . _ _ _ , 1 . 1 - _ _ _ 1 , — - - - - ~ 4 - — - - — — - - - 9 — — — — ~ 7 - - - — ~ — ~ , - - - - - - * - » — — — 1 . . . . . j I I l l I M 1 1 1 L 1 1 1 1 I 1 1 1 1 I 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 9 . E x t r a c t e d 1 1 ] , ! v a l u e s f o r E c c o s o r b F G M l Q 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i f - i c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s w e r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h e k e y f o r l i n e s A - E i s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . h ‘ l e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 1 8 l ‘ 8 8 6 4 2 7 . . . . . 8 6 7 7 7 7 I 6 6 _ - : _ - . n 1 : _ L ” T h i m _ _ - ~ . - 2 1 0 . V 1 ~ 1 1 . 1 - _ ~ _ — _ O c . 1 1 1 I I 8 k d n e e S s : 1 s _ _ 1 - , _ _ 1 _ . 1 1 . . . I e M 1 T M T 1 - 1 h 1 1 t 1 . 1 1 1 1 1 d 8 1 - o - . 1 1 . . . . 1 . A 9 - V v L 1 1 - - 1 . . M I 1 1 _ 1 1 1 1 v 1 q 1 L - I “ 1 1 1 1 1 I 1 _ _ _ 1 _ 1 - 1 _ , _ 1 _ M U , m w , 1 1 1 1 l 1 % . _ ‘ _ _ 1 1 1 _ w - - _ l 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 _ _ - _ 1 . 1 _ 1 . I 1 1 _ _ _ I 1 M 1 . 1 E 1 _ _ _ 1 0 1 _ _ - _ 1 1 - 1 - 1 I 1 1 . 1 1 1 1 1 1 I 1 1 . 1 _ 1 1 1 I 1 ; 1 - 1 - I l 1 . 2 1 1 . - 1 1 _ _ _ 1 1 . . I 1 L F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 0 . E x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f o r s a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M I 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 2 1 . l _ 1 - n l 2 T h I C k n e s s M G I h O d 0 . 8 ’ _ _ _ _ . “ r 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 1 1 1 1 1 , 1 0 m o d e s : T M 1 8 y 0 . 6 : I 5 * 1 j ? - Z “ r 0 . 4 _ 0 . 2 5 . 1 1 8 3 1 1 1 1 1 _ 1 1 1 1 _ 1 . _ - 1 1 1 1 \ 1 1 0 L 1 1 L 1 1 I ' 0 2 1 1 _ - 1 1 1 1 _ 1 , " F _ 1 1 - I _ 1 l - 0 4 L — — - — — — # — * — — — — — — — — — — — _ _ _ 1 _ 2 _ 1 . . , 1 1 1 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 1 . E x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 ! , 1 1 1 . , a n d 1 1 1 ’ , f o r s a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 3 T h I E 2 1 0 i m c o k d n e e s s s : r M T e M t 1 7 3 h o d 8 _ _ _ — 1 1 1 1 - _ 1 1 1 1 1 1 _ l l 1 p b F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 2 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f o r s a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e i 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 0 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 4 i . 0 3 r 1 H r , 1 , 1 1 . 1 1 0 m o d e s : T M 1 8 1 1 . 1 1 1 1 1 l 2 T h i c k n e s s M e t h o d 1 1 1 1 1 1 1 1 1 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 3 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e ’ , ’ , p ’ r , a n d 1 1 ; ! , o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 2 . T o p l a y e r : s a m p l e 1 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e d i e , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 1 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 5 _ . L h : _ : h - " “ * 1 _ “ 1 , 1 1 1 1 1 1 1 . . 1 1 1 1 1 1 - . 7 7 ' 7 4 . . . 6 7 2 8 , 6 . 6 8 1 1 1 1 . 1 1 1 1 » — — . . 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 . l 1 1 I , 1 l 9 l 1 - 1 1 1 1 l 1 . 1 . 1 1 1 . V 1 1 1 1 1 . 1 1 . - . 1 — 1 1 . . 1 1 - . o y. ‘I M 1 1 1 1 l 1 1 1 1 . _ _ - . 1 1 . _ 1 . . 1 a 1 ‘ 1 2 1 1 1 1 1 , 1 , 4 1 1 1 1 1 l l I 2 T h i c k n e s s M e t h o d 7 . 8 Z 1 1 0 m o d e s : T M 1 8 - 1 1 1 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 4 . E x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f o r s a m p l e 1 o f E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . m e a s u r e m e n t s w e r e t h e n u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r s a m p l e 1 . F i g u r e 9 . 1 4 - F i g u r e 9 . 1 7 S h o w t h e p l o t s o f t h e e x t r a c t e d d a t a a n d t h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n f o r a l l f o u r p a r a m e t e r s . T h e s e r e s u l t s a r e q u i t e s i m i l a r t o t h o s e o b s e r v e d w h e n t h e s a m p l e s w e r e p l a c e d i n t h e o p p o s i t e o r d e r . T h e c o m p a r i s o n o f t h e t w o c o n fi g u r a t i o n s o f m a t e r i a l i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 8 a n d F i g u r e 9 . 1 9 . N o t e t h a t t h e t w o fi g u r e s s h o w m e a n v a l u e s t h a t d e v i a t e . f r o m o n e a n o t h e r b y l e s s t h a n 0 . 1 % f o r t h e p e r m i t t i v i t y . T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e e x t r a c t e d p e r m e a b i l i t y v a l u e s i n F i g u r e 9 . 1 9 a r e i n d i s t i n g u i s h a b l e . A n o t h e r e x a m p l e o f t h e d a t a e x t r a c t i o n s i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 0 a n d F i g u r e 9 . 2 1 . 2 9 6 2 T h i c k n e s s M e t h o d 0 . 8 F i g 1 1 O m o d e s : T M 1 8 1 0 . 6 l - ; A ’ _ _ _ “ — : : " " 1 “ r 0 . 4 1 . . - . 1 - l l : 1 I 4 1 . 4 L ~ — — — — — i w — — - — - — - — — — — — — — i 1 1 1 a 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 5 . E x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 ’ , 1 1 ; , a n d p g , f o r s a m p l e 1 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o n 5 s e p a r a t e d a y s . E x t r a c t i o n s w e r e p e r f o r m e d u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 7 8 _ 1 1 1 . 2 T h i c k n e s s M e t h o d | 1 7 . 8 _ 1 1 O m o d e s : T M 1 8 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 _ _ _ _ 7 . 6 - _ _ - . 1 1 . 1 1 . 1 1 : 1 1 . 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 . l - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - 1 1 1 - 1 1 . 1 . 1 1 1 1 1 . 1 1 - . 1 . . 1 , . 1 1 1 7 . 4 - — ~ — — — — — — — — — - 1 ~ - — — ~ — - — ~ — — — » « — — » — ~ - - — - — — — — , - — — ~ ~ — — ~ — - - - - — - — 1 8 1 ; 1 1 1 % r 7 2 7 ' 1 _ _ § : ' 1 1 1 ! E W 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 7 7 1 — . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 _ . _ _ — _ — ' 1 e a 1 “ “ — 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . i 1 . 6 6 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 . - M - ¢ . 1 - 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 6 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e $ 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 4 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 8 1 i , T h 2 1 O i m c o k d n e e s s s : M T _ r e M d t h 1 o 8 H 0 . 8 k - — - ~ A ~ — m - " . F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 7 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 : 5 , 1 4 . , a n d p 4 5 , o f E c c o s o r b F G M I Q S , u s i n g t h e fi r s t 1 0 m o d e s i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . B o t t o m l a y e r : s a m p l e 1 . T o p l a y e r : s a m p l e 2 . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e i 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s , f o r t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 1 5 . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 2 9 9 - - - - - - - - S a m p l e 2 l : S a m p l e 1 7 . 8 f : l C i 7 . 6 _ _ _ 2 , M 2 - _ , _ * _ H _ W 2 2 T l 2 T h i c k n e s s M e t h o d - _ , _ , 1 0 m o d e s : T M 1 8 _ , 1 l 5 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 8 . C o m p a r i s o n o f t h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . o f E c c o s o r b F G M l 2 5 f r o m F i g u r e 9 . 1 2 a n d F i g u r e 9 . 1 6 . L e g e n d d e s c r i b e s t h e b o t t o m l a y e r . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t t h e 2 1 : 2 0 , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 0 0 I l , l 2 T h i c k n e s s M e t h o d 0 . 8 ; , ” . . - , “ . 7 2 i s l ? 1 0 m o d e s : T M 1 8 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 1 9 . C o m p a r i s o n o f t h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! , u ’ r , a n d M ; o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 f r o m F i g u r e 9 . 1 3 a n d F i g u r e 9 . 1 7 . D o t t e d l i n e i s f o r S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r , s o l i d l i n e i s f o r S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e e r r o r b a r s r e p r e s e n t . t h e i 2 a , o r 9 5 % c o n fi n d e n c e i n t e r v a l s . M e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 0 1 F o r t h i s e x t r a c t i o n , t h e m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 a n d F i g u r e 9 . 5 w e r e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s a t a l l 5 p o s i t i o n s , w i t h s a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d s a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . N o t e t h a t t h e r e i s a s l i g h t l y l a r g e r v a r i a t i o n o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o n o n e s a m p l e o f m a t e r i a l a t t h e 5 d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s t h a n t h e v a r i a t i o n o b s e r v e d b y m e a s u r i n g o n e s a m p l e a t t h e s a m e m e a s u r e m e n t p o s i t i o n 5 t i m e s . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e r e i s a h i g h d e g r e e o f r e p e a t a b i l i t y f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w h e n m e a s u r i n g t h e s a m e s a m p l e a t t h e s a m e p h y s i c a l m e a s u r e m e n t p o s i t i o n . T h e v a r i a b i l i t y o f t h e m e a s u r e m e n t s m a d e a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s m a y i n d i c a t e a s p a t i a l v a r i a n c e i n t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s , s p a t i a l v a r i a n c e i n t h e t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l , o r s p a t i a l v a r i a n c e i n t h e e x p e r i m e n t a l a p p a r a t u s . 9 . 3 . 4 T w o t h i c k n e s s e x t r a c t i o n o f E c c o s o r b F G M 4 0 T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w a s a l s o e m p l o y e d f o r a n o t h e r m a g n e t i c r a d a r a b s o r b i n g m a t e r i a l w i t h a h i g h e r p e r m i t t i v i t y , E c c o s o r b F G M 4 0 . T h e r e s u l t s o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n f o r S a m p l e 1 a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 2 a n d F i g u r e 9 . 2 3 . T h e fi r s t 1 0 s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n p r o c e s s . T h e s e m o d e s a r e t h e s a m e s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s t h a t w e r e u s e d f o r E c c s o r b F G M 1 2 5 . T h e s o l i d l i n e s a r e t h e e x t r a c t i o n s f r o m m e a s u r e m e n t s m a d e a t a l l 5 m e a s u r e - m e n t p o s i t i o n s , a n d t h e l i n e s w i t h t h e m a r k e r a r e t h e n o m i n a l v a l u e s u s e d i n t h e s i m u l a t i o n s a n d f o u n d i n T a b l e F 4 . T h e n o m i n a l v a l u e s w e r e f o r a d i f f e r e n t s a m p l e o f F G M 4 0 a n d w e r e o b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d b y r e s e a r c h e r s a t t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y . N o t e t h a t t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r 6 ; ! a n d i t ; h a v e a h i g h d e g r e e o f a g r e e m e n t w i t h t h e n o m i n a l v a l u e s . H o w e v e r , t h e v a l u e s f o r a ? h a v e a r e l a t i v e e r r o r o f a p p r o x i m a t e l y 2 0 - 3 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e t w o t h i c k n e s s v a l u e s f o r 6 ; . h a v e a r e l a t i v e e r r o r o f a p p r o x i m a t e l y 1 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e n o m i n a l v a l u e s . T h e m a t e r i a l p r o p e r t i e s s t a t e d b y t h e m a n u f a c t u r e r p l a c e t h e v a l u e o f a ; n e a r 3 0 3 0 2 [ t A 5 u g P u o s s i t t 5 o , n i 2 s 0 0 8 i 8 r C l i 2 T h i c k n e s s M e t h o d _ u 1 1 0 m o d e s : T M 1 8 fl « * 1 i 3 i l 7 . 6 _ - — - + » ~ ~ _ _ ~ 7 — - — ~ — — ~ — - — ~ e - e 1 % e — 1 % - ~ — — — — - — ~ 6 . 6 - S a m p l e 2 0 n b o t t o m _ _ _ . _ _ _ _ . - ~ . , _ . - - - , , , , , l h e . ' 4 . . . . _ . . . . . . . i J . . . L . 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 2 0 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M I 2 5 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s w i t h S a m p l e 2 a s b o t t o m l a y e r 3 0 3 2 T h i c k n e s s M e t h o d 0 . 8 L — l J r — — . - _ fl . ” s a m f m m , . . . . _ _ , 1 0 m o d e s : T M 1 8 - A u g u s t 5 , 2 0 0 8 V / F 5 P o s i t i o n s T . 0 4 - S a m p l e 2 0 n b o t t o m _ - _ - _ - _ . _ - . _ _ _ - - _ _ _ - . . _ - . . . _ _ _ L . . . _ _ _ _ _ L _ fi P l l L l l l J l I I l 4 l 1 1 1 l I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 2 1 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 5 ! , p 4 , a n d p g ! o f E c c o s o r b F G M l 2 5 . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s w i t h S a m p l e 2 a s b o t t o m l a y e r . 3 0 4 f 2 3 i “ 2 T h i c k n e s s M e t h o d 1 0 m o d e s : T M 1 8 p I p l l l l 2 2 ’ H W ‘ - ' * * ‘ N o m i n a l v a l u e s l _ E c c o s o r b F G M 4 0 l _ 5 p o s i t i o n s S a m p l e 1 o n b o t t o m ' A u g u s t 5 , 2 0 0 3 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) 2 1 F i g u r e 9 . 2 2 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . N o m i n a l v a l u e s a r e s h o w n b y — C l — — . f o r t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e . M a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n s b y o t h e r r e s e a r c h e r s u s i n g d i f f e r e n t m e t h o d s h a v e r e s u l t e d i n p u b l i s h e d v a l u e s f o r 6 ; . o f F G M 4 0 i n t h e r a n g e o f 2 0 < 6 ; . < 2 7 o v e r t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e [ 3 9 ] , [ 6 3 ] . T h e o t h e r p a r a m e t e r v a l u e s v a l u e s o b t a i n e d b y t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a l s o f a l l w i t h i n t h e r a n g e o f t h e s e p u b l i s h e d v a l u e s . T h u s t h e s e t w o t h i c k n e s s m e t h o d r e s u l t s a r e r e a s o n a b l e e x t r a c t i o n s . I t i s d e s i r a b l e t o k n o w i f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s d e m o n s t r a t e s p a t i a l v a r i a t i o n w h e n m e a s u r e d b y t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s o f F G M 4 0 w e r e t a k e n o n t h r e e d i f f e r e n t d a y s . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f r o m t h e s e t h r e e d a t a s e t s w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e _ n l J ‘ r _ T h 2 1 0 i m c o k d n e e s . 1 o d 8 s 5 ‘ w I / s s : ” c " T M \ e M E l i h r t 1 “ f 1 2 ' ' " f 1 1 r _ " " ' _ A M 3 1 0 u g T u s ” t 5 , 2 0 0 8 H l l T 1 7 ’ T ’ ' 7 V “ ' A ' ’ T 8 9 1 q 0 u F r e e n c y ( G H Z ) . l . E c c o s o r b F G M 4 0 W l - 5 p ° s m ° n s W S a m p l e 1 o n b o t t o m F i g u r e 9 . 2 3 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r e l f , # 1 . , a n d 1 1 ; ! o f E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . N o m i n a l v a l u e s a r e s h o w n b y — C ] — - m a r k e r s . 3 0 6 2 5 , , 2 4 b : F T 3 F T , T , ' l ’ e ' ' - 5 i r 2 3 - — 2 T h i c k n e s s M e t h o d - - ~ s ~ s fl l - - F f — - — — — — ~ f ~ — — ~ - - — - ~ ~ 1 0 m o d e s : T M 1 8 ~ 1 2 2 _ _ _ — w “ . . - . _ . ~ - — - T _ _ _ - - fi . _ fi , , . _ fi 2 _ _ . . , 2 , . - _ . _ , , , . . _ _ - , - 1 ” , W , : E c c o s o r b F G M 4 0 I l r S a m p l e 1 o n b o t t o m 1 l 2 1 I I 1 I 0 k 1 l J I I I I J L 1 I l I i I 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 2 4 . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e t h r e e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d a t p o s i t i o n 1 a n d p o s i t i o n 2 . T h e r e s u l t s a r e d i s p l a y e d i n F i g u r e 9 . 2 4 a n d F i g u r e 9 . 2 5 . N o t e t h a t t h e p e r m e a b i l i t y v a l u e s a r e v e r y c l o s e t o e a c h o t h e r , a n d t h e c o n fi d e n c e i n t e r v a l s o v e r l a p . F o r t h e p e r m i t t i v i t y , t h e m e a n v a l u e s a r e n o t e x a c t l y t h e s a m e , b u t t h e c o n fi d e n c e i n t e r v a l s d o o v e r l a p f o r t h i s c o n fi g u r a t i o n a s w e l l . N o t e t h a t t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s w e r e c o m p u t e d f r o m o n l y t h r e e e x t r a c t i o n s . T h e s a m e a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d f o r F G M 4 0 u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e r e s u l t s , 3 0 7 1 . 5 L 2 T 1 h O i c m k o n e d e s s : s t M T e M h 1 d o 8 “ ‘ 1 ' " , _ _ _ , _ _ . _ _ _ 2 W 1 L - E c c o s o r b F G M 4 0 _ _ _ — M 1 ’ “ ” w - - . - 1 — s 2 - , _ V _ _ 1 2 m ; S a m p l e 1 o n b o t t o m l 0 . 5 : T 0 : ' " “ . L - l l 2 E r - 0 . 5 4 L J 8 9 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 2 5 . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ] , # 1 . , a n d 1 1 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . 3 0 8 w h i c h a r e d i s p l a y e d i n F i g u r e 9 . 2 6 a n d F i g u r e 9 . 2 7 , s h o w a s i m i l a r r e s u l t f o r t h e p e r m e a b i l i t y . T h e p e r m i t t i v i t y , h o w e v e r , s h o w s a l a r g e r s p a t i a l d e v i a t i o n f o r 6 ; , a n d t h e c o n fi d e n c e i n t e r v a l s d o n o t o v e r l a p f o r m u c h o f t h e b a n d . T h e m e a n v a l u e s f o r 6 . 7 a r e a l s o s e p a r a t e d b y a p p r o x i m a t e l y 0 . 3 , a n d t h e c o n fi d e n c e i n t e r v a l s o v e r l a p f o r p a r t o f t h e b a n d . H o w e v e r , t h e m e a n v a l u e s f o r 6 ; ! a r e l e s s t h a n z e r o f o r m o s t o f t h e b a n d , w h i c h i s n o t a p h y s i c a l l y r e a l i z a b l e m a t e r i a l p a r a m e t e r . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n w e r e o n l y c a l c u l a t e d u s i n g d a t a f r o m 3 e x t r a c t i o n s , t h u s t h e r e s u l t s h a v e l i m i t e d s i g n i fi c a n c e . I t d o e s s u g g e s t , h o w e v e r , t h a t t h e r e m a y b e s o m e s p a t i a l v a r i a t i o n i n t h e p e r m i t t i v i t y f o r E c c o s o r b F G M 4 0 o r i n t h e m e a s u r e m e n t a p p a r a t u s . 3 0 9 e ' r 2 2 2 2 2 5 “ 3 2 1 ' I l f . ' ' _ i _ ; _ — _ E S l l V M 1 ! m _ T l M i _ c a 2 1 . . c m s i _ m r h - o e r 0 o p T . s l 1 . c o - b 2 n I - T t k d F o _ n e - G n e s _ b M s s : , 4 o . _ 0 t t o “ \ o 8 2 d . f - ' ~ _ 2 _ 1 . f — _ _ n t e M _ _ h 1 1 _ . — — - — f — s — — - 1 o s i t e m P — - i 1 t 1 1 1 n o l l 4 - 1 l 1 . T L T T m ” g - “ , 2 @ . 2 _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ 1 1 _ V _ 1 I 1 . i - . 1 . - - g . 8 9 1 O 1 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 2 6 . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r e ' r f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . 3 1 0 i 2 T h i c k n e s s M e t h o d ' \ $ — - \ s _ 1 0 m o d e s : T M m 1 8 1 l 1 _ — E c c o s o r b F G M 4 0 S a m p l e 2 o n b o t t o m P o s i t i o n 2 0 , T _ _ T ~ T _ T ~ ' _ T T ' P o s i t i o n 1 1 _ 1 l . . . . n 8 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 2 7 . T h e m e a n e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 4 ' , 1 1 5 . , a n d M ; f r o m E c c o s o r b F G M 4 0 , w i t h S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . S o l i d l i n e : p o s i t i o n 1 . D o t t e d l i n e : p o s i t i o n 2 . E r r o r b a r s a r e 9 5 % c o n fi d e n c e l e v e l s . 3 1 1 9 . 4 T w o L a y e r M e t h o d M a t e r i a l p a r a m e t e r s w e r e a l s o e x t r a c t e d f r o m m a t e r i a l s a m p l e s u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d . I n s e c t i o n 9 . 4 . 1 a n d s e c t i o n 9 . 4 . 2 , e x t r a c t i o n r e s u l t s f r o m t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 a r e e x a m i n e d . I n a d d i t i o n , t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s u s i n g p l a s t i c m a t e r i a l s f o r t h e t o p l a y e r a r e e x a m i n e d i n s e c t i o n 9 . 4 . 3 . 9 . 4 . 1 M o d a l A n a l y s i s f o r 2 l a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 I n s e c t i o n 9 . 3 . 3 , a m o d a l a n a l y s i s i s p e r f o r m e d o n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t o e x a m i n e t h e e f f e c t o f t h e n u m b e r o f m o d e s o n t h e e x t r a c t i o n s f r o m a c t u a l m e a s u r e m e n t s . A s i m i l a r a n a l y s i s i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 8 - F i g u r e 9 . 3 1 f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e t w o l a y e r m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t d a t a f r o m t w o s e t s o f r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s . T h e fi r s t m e a s u r e m e n t , S w a z i ) , w a s o b t a i n e d f r o m s a m p l e 2 . T h e s e c o n d m e a s u r e m e n t , 1 7 1 2 3 3 2 ) , w a s r e c o r d e d w i t h s a m p l e 1 o n t o p o f s a m p l e 2 . T h e s a m e m o d e s t h a t w e r e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d m o d a l a n a l y s i s i n s e c t i o n 9 . 3 . 3 w e r e u s e d i n t h i s t w o l a y e r m o d a l a n a l y s i s . T h e k e y f o r e a c h l i n e i n t h e fi g u r e s i s s h o w n i n T a b l e 9 . 3 . R e c a l l t h a t a s i m i l a r a n a l y s i s w a s p e r f o r m e d o n s y n t h e s i z e d d a t a i n C h a p t e r 5 . N o t e t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; . i n F i g u r e 9 . 2 8 s h o w a s i m i l a r t r e n d t o w h a t i s o b s e r v e d i n F i g u r e 5 . 2 6 a t t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . A s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s d e c r e a s e . A t t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e t r e n d i s r e v e r s e d , w h i c h i s o p p o s i t e o f w h a t w a s o b s e r v e d i n t h e s i m u l a t i o n s . A l s o n o t e t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s f r o m t h e m e a s u r e m e n t s a r e a p p r o x i m a t e l y 2 0 - 3 0 % l o w e r w i t h r e s p e c t t o t h e s i m u l a t e d e x t r a c t e d v a l u e s . I n a d d i t i o n , c o m p a r e l i n e E i n F i g u r e 9 . 2 8 w i t h l i n e E i n F i g u r e 9 . 8 . N o t e t h a t t h e t w o l a y e r r e s u l t s a r e a l s o 2 0 - 3 0 % l o w e r t h a n t h o s e w h i c h r e s u l t e d f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e e x t r a c t e d v a l u e s s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 9 d o n o t s h o w m u c h s i n ’ i i l a r i t y t o t h e m o d a l a n a l y s i s t h a t w a s p e r f o r m e d o n t h e s i m u l a t e d d a t a i n F i g u r e 5 . 2 7 . T h e v a l u e s 3 1 2 f o r t h e t w o l a y e r e x t r a c t i o n d o m o v e d o w n w a r d i n t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d , b u t t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d a r e m u c h l a r g e r t h a n t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . W h e n c o m p a r i n g t h e g r a p h s h o w n i n F i g u r e 9 . 2 9 t o t h e m o d a l a n a l y s i s f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i n F i g u r e 9 . 9 , i t i s c l e a r t h a t w h e n c o n s i d e r i n g a c t u a l m e a s u r e m e n t s , e v e n u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d d o e s n o t p r o d u c e v a l u e s f o r M , w h i c h a g r e e w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 0 a r e a l s o n o t s i m i l a r t o t h e s i m u - l a t e d a n a l y s i s f o u n d i n F i g u r e 5 . 2 4 . T h e s l o p e o f t h e p l o t s f o r t h e e x p e r i m e n t a l d a t a . i s i n t h e d o w n w a r d d i r e c t i o n . T h e s l o p e o f t h e p l o t o f t h e s i m u l a t e d d a t a e x t r a c t i o n s a r e i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n . T h e p l o t f o r t h e d a t a f o r e fi . ’ s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 1 a l s o s h o w s a l a r g e d i f f e r e n c e c o m p a r e d t o s i m u l a t i o n s . I n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n d o e s n o t i m p r o v e t h e r e s u l t s o r m o v e t h e m c l o s e r t o t h e n o m i n a l v a l u e s . I n s t e a d , t h e s e v a l u e s f o r 6 ; ! a r e l e s s t h a n z e r o , w h i c h i s n o t p h y s i c a l l y p o s s i b l e . F r o m t h i s m o d a l a n a l y s i s , i t a p p e a r s t h a t w h e n a c t u a l m e a s u r e m e n t s h a v e b e e n m a d e , i n c r e a s i n g t h e n u m b e r o f m o d e s i n t h e s o l u t i o n d o e s n o t n e c e s s a r i l y p r o v i d e r e s u l t s t h a t a g r e e w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e s i m u l a - t i o n s t h a t w e r e p e r f o r m e d i n C h a p t e r s 5 a n d 6 . T h e m o d a l a n a l y s i s o f s i m u l a t e d d a t a d e m o n s t r a t e d t h a t i n t h e a b s e n c e o f m e a s u r e m e n t e r r o r , t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w o u l d a l l o w t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s t o b e r e t r i e v e d f r o m t h e n o m i n a l v a l u e s . H o w - e v e r , t h e m e a s u r e m e n t e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n C h a p t e r 6 s u g g e s t e d t h a t t h e i n c l u - s i o n o f r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r g r e a t l y i n c r e a s e d t h e d e g r e e o f u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . I n a d d i t i o n , o t h e r e r r o r s m a y b e p r e s e n t i n t h e m e a s u r e m e n t p r o c e s s w h i c h c a u s e t h e e x t r a c t e d r e s u l t s t o v a r y g r e a t l y . T h i s m o d a l a n a l y s i s o n m e a s u r e d d a t a a g r e e s w i t h t h e s i m u l a t i o n s t h a t u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 i s n o t a r e l i a b l e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n m e t h o d . 3 1 3 . l 0 3 _ _ _ . ~ — . _ . — — l — — _ — — . _ _ _ _ _ _ _ _ . 1 9 - — _ _ _ . . , _ - . . " - _ e w . . , ! . . . _ _ . _ e t l l _ M e a s u r e m e n t s : 3 1 J u l y , 2 0 0 8 ' 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 2 8 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r , u fi . f r o m E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . 3 1 4 0 . 8 0 . 6 “ r 0 . 3 0 . 2 8 0 . 7 0 . 5 0 . 4 l l l , , i l - , , . - - . e . . . — e 1 1 l l 1 - , 1 M e a s u r e m e n t s : 3 1 J u l y . 2 0 0 8 l 1 l 1 1 l , l l 1 . 4 . . . . L n n _ . . l J l l l 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 2 9 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M l 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . 3 1 5 1 2 ‘ l T l l l l F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 0 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . 3 1 6 1 I ‘ r - l I I * L . . l o 7 7 7 7 l i r r a f l . . “ l l , \ i A / - 1 - 7 7 " - 7 l " - , I I _ \ , \ , l _ I : 1 ' , \ ‘ I , . \ ‘ / I " / 4 \ \ r ‘ l l . ~ \ ‘ / B ' / \ l / - ’ I ‘ V , \ \ ' I \ J I l l G 8 " - 2 — i ’ ' . r E ‘ O . ' l D ‘ 1 ‘ } l i . 1 ‘ - 3 ' 7 7 7 7 7 7 7 7 : 7 . 7 7 7 7 v ‘ 7 l E . ‘ l I ‘ l . l l l l ' l f ‘ l - 4 7 7 7 7 7 7 d 7 7 7 7 i 7 7 7 — - A 7 7 7 7 . i l | 1 M e a s u r e m e n t s : 3 1 J u l y , 2 0 0 8 l 1 ' l l l - l l ‘ l _ 5 l l . . . . l l a 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 1 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! f r o m E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . M e a s u r e m e n t s m a d e a t P o s i t i o n 1 . K e y f o r d i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s f o u n d i n T a b l e 9 . 3 . 3 1 7 9 . 4 . 2 A d d i t i o n a l A n a l y s i s f o r T w o L a y e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 I t i s p o s s i b l e t h a t t h e d a t a c o l l e c t e d f o r F i g u r e 9 . 2 8 - F i g u r e 9 . 3 1 a r e c o r r u p t e d w i t h e r r o r s p e c u l i a r t o t h a t m e a s u r e m e n t s e t . T o e x a m i n e t h i s p o s s i b i l i t y , d a t a c o l l e c t i o n s f r o m o t h e r m e a s u r e m e n t s o f t w o l a y e r s o f F G M 1 2 5 w e r e a n a l y z e d w i t h t h e t w o l a y e r m e t h o d . T w o t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 w e r e m e a s u r e d a t t h e 5 m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s , a n d t h e r e s u l t s f r o m t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o n s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 2 - F i g u r e 9 . 3 5 . T h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n t h e s e p l o t s u s e t h e fi r s t 1 0 s i g n i f i c a n t m o d e s i n t h e e x t r a c t i o n . N o t e t h a t a l l f o u r p a r a m e t e r s s h o w s i m i l a r t r e n d s t o t h o s e o b s e r v e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d i n F i g u r e 9 . 2 8 — F i g u r e 9 . 3 1 . A l l o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p g . i n F i g u r e 9 . 3 5 a r e a p p r o x i m a t e l y 2 0 — 3 0 % l o w e r w i t h r e s p e c t t o t h e v a l u e s d e r i v e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p g ! i n F i g u r e 9 . 3 5 d o n o t d i s p l a y a c o n s t a n t s l o p e a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d , a f e a t u r e t h a t w a s q u i t e e v i d e n t i n t h e n o m i n a l v a l u e s a n d t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r e ' r ' i n F i g u r e 9 . 3 5 a r e n e g a t i v e , w h i c h a r e n o n - p h y s i c a l v a l u e s . I n a d d i t i o n , t h e v a l u e s f o r 5 ; . a r e t o o h i g h o n t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a n d t o o l o w o n t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . I t w a s s h o w n i n C h a p t e r 5 , i n F i g u r e 5 . 2 2 - F i g u r e 5 . 2 5 , t h a t s i m u l a t e d e x t r a c t i o n s t h a t d i d n o t u s e t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d d i d n o t a g r e e w e l l w i t h t h e p e r m i t t i v i t y v a l u e s . W h e n t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s e m p l o y e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a g r e e d w i t h t h e n o m i n a l v a l u e s i n t h e s i m u l a t i o n . T h u s , t o e n s u r e t h a t t h a t t h e r e s u l t i s n o t s i m p l y d u e t o n o t e n o u g h m o d e s b e i n g u s e d , t h e e x t r a p o l a t i o n w a s u s e d o n t w o s e t s o f e x p e r i m e n t a l d a t a a n d c o m p a r e d w i t h a n e x t r a c t i o n p e r f o r m e d o n t h e s a m e s e t o f m e a s u r e d d a t a u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e r e s u l t o f t h i s a n a l y s i s i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 6 - F i g u r e 9 . 3 9 . N o t e t h a t t h e t w o d i f f e r e n t s e t s o f m a t e r i a l p a r a m e t e r s e x t r a p o l a t e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d a g r e e w e l l w i t h e a c h o t h e r , b u t d o n o t a g r e e w i t h t h e p a r a m e t e r s 3 1 8 e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d f o r m o s t o f t h e f i g u r e s . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t e d d a t a u s e d t h e e x a c t s a m e m e a s u r e m e n t s f o r o n e l a y e r a n d t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 i n t h e A u g u s t 0 5 , 2 0 0 8 d a t a . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e t h e c l o s e s t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i n t h e m i d d l e o f t h e f r e q u e n c y b a n d , b e t w e e n 9 G H z a n d 1 1 G H Z , a s s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 6 . H o w e v e r , t h e t w o l a y e r m e t h o d d e m o n s t r a t e s v a l u e s w h i c h d e v i a t e w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d b y : l : 2 0 % o r m o r e i n t h i s r e g i o n . A s w a s s h o w n i n t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n C h a p t e r 6 , t h e c o n fi d e n c e i n t h e v a l u e s d e r i v e d b y t h e t w o l a y e r m e t h o d i n t h i s r e g i o n f o r 6 ’ , i s n o t n e a r l y a s h i g h a s t h a t f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e o t h e r r e g i o n w h e r e t h e e x t r a c t e d v a l u e s f r o m t h e t w o m e t h o d s a g r e e s o m e w h a t . i s f r o m 1 0 G H Z t o 1 1 . 4 G H Z i n F i g u r e 9 . 3 9 , t h e p l o t o f t h e v a l u e s o f p . 1 1 . O n e o b s e r v a t i o n i s t h a t i n t h e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a s s h o w n i n F i g u r e 6 . 8 , t h e r e g i o n n e a r 1 1 G H Z e x h i b i t e d t h e l o w e s t s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w n i n t h e s e fi g u r e s a g r e e w i t h t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f r o m C h a p t e r 6 . T h e c o n c l u s i o n i s t h a t t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e n u s i n g t w o d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , h a s a m u c h g r e a t e r d e g r e e o f u n c e r t a i n t y i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . O n e c o n c l u s i o n f r o m t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s t h a t t h e t w o l a y e r m e t h o d i s m u c h m o r e s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A n a d d i t i o n a l s o u r c e o f e r r o r n o t p r e s e n t i n s i m u l a t i o n s i s i n a c c u r a t e k n o w l e d g e o f t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e t o p l a y e r . T h e n o m i n a l v a l u e s w h i c h w e r e u s e d i n t h e s i m u l a t i o n s a n d a r e f o u n d i n T a b l e 5 . 1 w e r e t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r v a l u e s o f t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r e x t r a c t i o n s . S i n c e t h e n o m i n a l v a l u e s a r e n o t d e r i v e d e x a c t l y f r o m t h e s a m e s a m p l e , t h e r e a r e c e r t a i n l y e r r o r s a s s o c i a t e d w i t h t h o s e v a l u s e . T h e e f f e c t o f t h e s e e r r o r s , a s w e l l a s o t h e r p o s s i b l e e r r o r s i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , c o n fi r m t h e s i m u l a t i o n o b s e r v a t i o n s t h a t t h i s m e t h o d , w h e n u s e d 3 1 9 ' * . _ A 5 S u a g P o m u s p s i l t t i e 5 o . 1 2 o n s 0 n 4 0 8 b c j t o m \ / \ / \ 2 / ! i . 7 2 L a y e r M e t h o d 7 - 1 0 m o d e s : T M 1 8 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 2 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . f r o m E c c o s o r b F C M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . w i t h t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , i s m u c h m o r e s e n s i t i v e t o a n y s o u r c e s o f e r r o r s a n d t h e r e s u l t s a r e m u c h l e s s t r u s t w o r t h y . 9 . 4 . 3 T w o L a y e r M e t h o d E x t r a c t i o n s w i t h P l a s t i c T o p L a y e r T h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i n C h a p t e r 6 f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d l e a d s t o s o m e i n t e r e s t - i n g c o n c l u s i o n s r e g a r d i n g t h e c h o i c e o f m a t e r i a l f o r t h e t o p l a y e r , w h e n t h e b o t t o m l a y e r i s E c c o s r b F G M 1 2 5 . W h e n a l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l , s u c h a s P V C o r P l e x i g l a s s i s u s e d a s t h e t o p l a y e r , s i m u l a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h t h e s e l o w d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l s a s t h e t o p l a y e r , i s m u c h l e s s s e n s i t i v e t o t h o s e e r r o r s t h a n u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h t w o l a y e r s o f F G M I 2 5 . S i n c e 3 2 0 , \ \ Q \ 7 7 7 — 7 — — — — + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . . - — _ _ , _ _ — _ — _ . _ q E A 2 L a y e r M e t h o d ~ , A 1 0 m o d e s : T M 1 8 7 7 8 " 3 V f l l r _ 2 _ _ _ . _ _ . - . . , . . - _ . A A _ 1 : \ \ W M l l A / k , $ 9 9 A V A f V V N A ' 4 “ H \ / V s e a t s “ ” S a m p l e 1 o n b o t t o m l l l l l I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 3 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . 3 2 1 * * 7 7 7 7 — 7 a 7 7 7 7 7 7 — 7 7 7 7 . 7 - - . M - - . _ _ _ . _ - L _ - . W > . \ . - ~ — # w 4 0 . 2 - r ' l l l 9 l l 0 . 8 7 7 — i 2 L a y e r M e t h o d 1 0 m o d e s : T M 1 8 i l 1 _ _ _ — . M A u g u s t 5 , 2 0 0 8 5 P o s i t i o n s S a m p l e 1 o n b o t t o m J I I I l I I I J I I I l 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 3 4 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p ; o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . 3 2 2 l 2 L a y e r M e t h o i l 1 0 m o d e s : T M 1 8 l . , L m _ _ _ , _ - _ , - l f A u g u s t 5 , 2 0 0 8 5 P o s i t i o n s 1 S a m p l e 1 o n b o t t o m I I I I I 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 3 5 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r p 4 5 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 2 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 1 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t a l l 5 p o s i t i o n s . 3 2 3 _ _ _ _ - _ _ _ _ _ . - _ _ _ _ _ , _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _ _ , _ _ l _ _ - _ a a a . L L . . . 1 2 ~ 7 7 7 7 - 7 7 l | . ‘ I h \ i . b 0 5 A u g , 2 0 0 8 i 1 0 l / ’ ‘ _ _ _ - _ L _ _ _ f , 7 — — 7 7 7 7 7 1 . 7 . # 1 _ i _ _ - I . . . . . T w o t h i c k n e s s m e t h o d T M 1 2 0 + e x t r a p 3 ' . 0 5 A u g , 2 0 0 8 l ' a 7 7 7 . . . . . . l ' 6 # 7 7 7 7 7 t 2 L a y e r M e t h o d . J u l y 3 1 2 0 0 8 T M 1 2 0 + e x t r a p o l a t i o n ; P o s i t i o n 1 _ S a m p l e 2 o n b o t t o m 4 1 g m 1 1 f 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 8 9 1 0 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 6 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 2 4 d e t h i c k n e s s m e t h o d i _ T M 1 2 0 + e x t r a p l _ 0 5 A u g , 2 0 0 8 , 0 F W — 1 ' l - \ < — — — - J u l y 3 1 , 2 0 0 8 2 L a y e r M e t h o d - 1 . 7 7 - 7 7 7 7 7 7 7 . 7 7 T M 1 2 0 + e x t r a p o l a t i o n 7 l l P o s i t i o n 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 7 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; ! o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 2 5 i 1 l i l _ l l 0 . 8 . _ _ - 7 7 _ J u l y 3 1 1 , 2 0 0 8 * — " ‘ W 7 2 _ ~ _ _ _ 1 _ . 1 . _ _ _ L L 1 L L 1 - i i 1 T w o t h i c k n e s s m e t h o d 1 _ l T M 1 2 0 + e x t r a p ; 0 . 6 ~ — - 7 - - - — 0 5 A u g , 2 0 0 8 s . . . W . “ . M M l 1 r I ~ l 0 . 4 - 0 5 A u g , 2 0 0 8 A ‘ s / C V 5 \ Y / \ f / E L W I l . l 0 - 2 _ _ _ 1 _ . _ _ - L _ _ _ f — — F - V fi w ’ W 7 * 2 L a y e r M G t h O d — _ fl ‘ P ° s " ' ° " ‘ T M + e x t r a o l a t i o n . S a m p l e 2 o n b o t t o m 1 2 0 p l 0 J l I L j J I l I I I l I l I I I L 1 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 8 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r u ’ r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 2 6 1 l i ' T w o t h i c k n e s s m e t h o d T M 1 2 0 + e x t r a p / 0 s A u g , 2 0 0 8 - l 0 . 8 7 — 7 / 1 7 7 7 — 7 7 7 7 1 . 7 7 7 . 7 . . . - i 1 w l l y . 1 1 N K — 1 _ 7 . _ . 1 \ , . - l l 0 ' 2 H P fi — T " ' — F - _ - - _ _ . _ 1 _ _ _ . _ " " T ‘ 2 L a y e r M e t h o d * O S I I O l ‘ l . . S a m p l e 2 0 n b o t t o m T M 1 2 0 + 9 X 1 r a p o l a t | o n l 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 3 9 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r n fi . ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h S a m p l e 1 a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e - m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 2 7 t h e e x p e r i m e n t c o n fi r m e d t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f o r t w o l a y e r s o f E c c o s o r b F G M l 2 5 , m e a s u r e m e n t s w e r e a l s o t a k e n f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g d i f f e r e n t m a t e r i a l s f o r t h e t o p l a y e r . T h e p r i m a r y m e a s u r e m e n t s n e c e s s a r y f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e t h e c o m p l e x q u a n t i t i e s 1 7 1 2 3 1 2 ) a n d fi f g z ) , w h i c h a r e t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t s f o r o n e a n d t w o l a y e r s o f m a t e r i a l , r e s p e c t i v e l y . A n e x a m p l e o f a s e t o f m e a s u r e m e n t s t a k e n a t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n 1 f o r t w o l a y e r s o f m a t e r i a l a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 0 a n d F i g u r e 9 . 4 1 . I n a d d i t i o n , t h e v a l u e s w h i c h a r e c o m p u t e d f o r 8 % ” a n d s h o w n i n F i g u r e 5 . 1 8 a n d F i g u r e 5 . 1 9 a r e d i s p l a y e d f o r c o m p a r i s o n . N o t e t h a t t h e r e i s a g e n e r a l a g r e e m e n t i n t h e t r e n d o f t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t s f o r b o t h s a m p l e s a n d f o r b o t h p h a s e a n d m a g n i t u d e , b u t t h e p a t t e r n s d o h a v e s o m e v a r i a t i o n s b e t w e e n t h e m e a s u r e d a n d t h e o r e t i c a l v a l u e s . T h e m e a s u r e d v a l u e s w e r e o b t a i n e d f r o m m a t e r i a l s a m p l e s t h a t h a v e d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s t h a n t h o s e u s e d i n t h e t h e o r e t i c a l c o m p u t a t i o n s . I n a d d i t i o n , t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s e d t o c o m p u t e fi g L ) a r e t h e v a l u e s s h o w n i n T a b l e F 2 a n d T a b l e F . 3 , w h i c h m a y n o t b e t h e t r u e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e m a t e r i a l s a m p l e . T h e s e a r e p o s s i b l e e x p l a n a t i o n s f o r t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e o r y a n d m e a s u r e m e n t . T h e t w o l a y e r m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 w h e n P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C w e r e u s e d a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . A l l t h r e e m e t h o d s u s e d t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d , a n d t h e e x t r a p o l a - t i o n w a s p e r f o r m e d f r o m t h e T 1 1 1 1 1 4 m o d e . C o n s i d e r F i g u r e 9 . 4 2 , w h i c h s h o w s t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . w h e n a l l t h r e e m a t e r i a l s w e r e u s e d a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . F o r c o m p a r i s o n p u r p o s e s , t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e a l s o p l o t t e d i n t h e fi g u r e . N o t e t h a t t h e v a l u e s f r o m t h e t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s a r e c l o s e r t o t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t h a n t h e v a l u e s s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 6 - F i g u r e 9 . 3 9 . T h i s i s c o n s i s t e n t w i t h t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s f r o m C h a p t e r 6 . T h e s a m e a n a l y s i s p r e d i c t e d t h a t p l e x i g l a s s a n d P V C h a d 3 2 8 0 . 5 a P V C / E c c o s o r ‘ b G M 1 2 5 T h e o r y 7 - 7 1 7 ¥ . M e a s u r e d ~ 7 7 F 7 — 7 r 4 1 0 7 7 4 — ~ — ' - 7 ‘ o o 7 - 7 ‘ T N F e l h y G M . ‘ = 5 1 0 r n 1 y 2 7 t o 9 b 7 8 o b . r 1 l ~ # 1 7 7 7 t o m ‘ F h M G — - _ ‘ _ 2 5 1 _ — g i s m u t p i l s o e A P S u o a ‘ ‘ n / _ . L N _ y _ l _ o _ — ~ i 2 ' — c — 8 2 o 0 n ' c o ~ n E — t - 7 0 s 8 0 0 0 0 0 0 0 . . 2 1 . . . . . 6 5 4 3 2 ' ‘ : ~ - _ - - T 8 8 ( : 5 A P S u o a a n , 2 1 s i l t p g s u i m ‘ t o e ' 2 o ' 0 n 0 b ' 1 ' - _ _ _ o t t o m L 9 ' ' e 5 d 0 : M N F ' a l e y G s o u n 1 M ' r 2 : 1 1 0 1 2 0 4 . " 1 2 2 " 7 ' _ _ _ ' ' ' 1 1 2 0 5 . " 1 2 5 " 7 — - 7 — 7 1 1 1 1 . 2 1 I I , ' ‘ 7 7 7 7 * ‘ 1 1 2 1 1 I . = 1 1 1 P V C = 0 . 1 2 5 " F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 5 " P V C = 0 . 1 1 9 " . F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 2 " F r e q u e n c y ( G H z ) 1 F i g u r e 9 . 4 0 . C o m p a r i s o n o f 1 5 3 6 3 3 1 a n d 1 8 3 t ; L | f o r o n e l a y e r o f N y l o n o n t o p o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , a n d o n e l a y e r o f P V C o n t o p o f ) E c c o s o r b F G M l 2 5 . M e a s u r e m e n t s m a d e f o r p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 . 3 2 9 ) s n a i d a r b O 1 ( r ( 0 e s a h p - 0 . 3 5 1 - 3 . - 3 E C : - ’ 8 7 A P S - 8 7 g s m u o a l 7 i u t p - t o n e - s i l 1 , 2 1 1 _ , 2 o 0 n 0 1 1 o _ _ 1 1 _ 8 b o t t I 9 fl n 1 0 u o 1 o q = 2 e 0 c 1 5 n . 5 . . = y o 1 n 1 2 0 ( e " 1 2 5 " 1 H G z ) l a y e 1 r 1 1 o f N y l o n o n t o p o f E c c o s o r b _ _ _ _ _ _ T N F h y G e l M m 1 J 1 . e F r ( F i g u r e 9 . 4 1 . C o m p a r i s o n o f 1 3 6 2 3 3 a n d 1 ) 1 3 1 1 ) f o r : P V C / E c c o s o r b F G M 1 2 5 - 2 . 9 7 , 7 , 7 7 - — - * , ‘ 8 2 9 5 - — — — — ~ — 1 _ L - 1 _ _ . _ , . . 9 - 1 l ' U - i g 1 - M e a s u r e d g 0 5 P V C = 0 . 1 1 9 " 1 g ' 3 _ W F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 2 " ” T “ P V C = 0 , 1 2 5 " “ ‘ 1 ‘ _ _ _ . a - 1 F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 5 " I _ ' _ , A u g u s t 8 , 2 0 0 8 _ _ _ 1 _ _ _ _ 1 . . . 3 ' 0 5 _ P o s i t i o n 1 1 , g 7 S a m p l e 2 o n b o t t o m 1 1 1 9 1 o 1 1 1 2 - 2 . 8 _ . . 7 . N y l o n / E c c o s o r b F G M 1 2 5 M e a s u r e d 1 ' N y l o n = 0 . 1 2 4 " 1 - 2 . 8 5 ‘ — F G M 1 2 5 = 0 . 1 2 2 " I " l l F G M 1 2 5 , a n d o n e l a y e r o f P V C o n t o p o f E c c o s o r b F G M I 2 5 . M e a s u r e m e n t s m a d e f o r p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 . 3 3 0 s l i g h t l y l e s s s e n s i t i v i t y t o m e a s u r e m e n t e r r o r t h a n N y l o n . F r o m t h e d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 2 , i t a p p e a r s t h a t u s i n g P V C a s t h e t o p l a y e r p r o v i d e s v a l u e s t h a t a r e t h e c l o s e s t t o t h o s e e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l s o n o t e t h a t t h e g e n e r a l t r e n d o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s a p p e a r s t o h a v e l e s s v a r i a n c e i n t h e e x t r a c t e d v a l u e s a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d w h e n c o m p a r e d t o t h e r e s u l t s s h o w n i n F i g u r e 9 . 3 7 . T h e i m a g i n a r y p a r t o f t h e p e r m i t t i v i t y i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 3 f o r t h e s a m e f o u r e x t r a c t i o n s . T h e r e i s a h i g h d e g r e e o f v a r i a b i l i t y i n t h e e x t r a c t e d r e s u l t s . V a l u e s f o r 6 1 ’ a r e f o u n d i n t h e r a n g e | 6 1 . ’ | S 0 . 7 f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 . T h e s e a r e m u c h b e t t e r t h a n t h o s e o b t a i n e d u s i n g t w o l a y e r s o f F G M l 2 5 , b u t s t i l l i n c l u d e n o n - p h y s i c a l v a l u e s , i . e . n e g a t i v e v a l u e s o f 6 1 ! . C o n s i d e r a s i m i l a r p l o t f o r # 1 . , f o u n d i n F i g u r e 9 . 4 4 . H e r e , a g a i n n o t e t h a t u s i n g a t o p l a y e r o f P V C p r o v i d e s r e s u l t s t h a t a r e c l o s e r t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d r e s u l t s . T h e t w o l a y e r r e s u l t s t e n d t o b e l o w e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s r e s u l t s b y l e s s t h a n 1 0 % i n t h e l o w e r h a l f o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a n d h i g h e r a t t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . A l l e x t r a c t e d r e s u l t s f o r P V C h a v e e r r o r s o f l e s s t h a n 1 0 - 1 5 % w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t h i c k n e s s v a l u e s . A s i m i l a r p a t t e r n i s o b s e r v e d i n F i g u r e 9 . 4 5 , w h e r e t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r # 1 . , u s i n g P V C a s t h e t o p l a y e r s h o w t h e g r e a t e s t a g r e e m e n t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F r o m t h e m e a s u r e m e n t s s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 2 - F i g u r e 9 . 4 5 , i t a p p e a r s t h a t i n t h i s e x p e r i m e n t a l s i t u a t i o n , P V C m a y b e t h e b e s t c h o i c e o f m a t e r i a l f o r u s e i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . T o f u r t h e r i n v e s t i g a t e t h e t w o l a y e r m e t h o d , fi v e s e p a r a t e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n o f a P V C - F G M l 2 5 m a t e r i a l s t a c k u s i n g t h e fl a n g e d w a v e g u i d e p r o b e . T h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s w e r e e x t r a c t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d , e x t r a p o l a t i n g f r o m t h e T M 1 1 4 m o d e . T h e m e a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e p a r a m e t e r s w e r e c a l c u l a t e d f o r t h e fi v e e x t r a c t i o n s . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 6 - F i g u r e 9 . 4 9 . F o r m o s t o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e w i t h i n t h e 9 5 % c o n f i d e n c e i n t e r v a l s c o m p u t e d f o r t h e P V C t w o l a y e r 3 3 1 8 _ 1 v _ P o s i t i o n 1 . - S a m p l e 2 o n b o t t o m T w o T h i c k n e s s M e t h o d P V C ' " 1 N y l o n P l e x i g l a s s 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 2 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 1 . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . 3 3 2 1 1 . 0 . 5 _ , _ _ _ _ , - w a s - ‘ 1 “ t l - l u _ 8 r 0 - o . 5 - v ~ — _ — — — 1 - - _ T w o T h i c k n e s s M e t h o d . . P V C / F G M 1 2 5 _ P o s u t l o n 1 — — - — N y l o n / F G M 1 2 5 L S a m " ? 2 0 " ” 0 1 1 0 ' “ + P l e x i g l a s s / F G M 1 2 5 - 1 L 1 L l l l L I I I I I I | I I I J J I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 3 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 5 1 . ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . 3 3 3 . l 0 . 6 5 . . P o s i t i o n 1 _ - _ _ _ _ _ - S a m p l e 2 o n b o t t o m I 1 ‘ , W 1 , , a 0 . 6 . - I - - — — - t - — — ~ A ~ # — ~ 4 . - — ~ 7 . 0 . 5 5 p I r 0 . 5 T w o T h i c k n e s s M e t h o d Q 4 5 P V C / F G M 1 2 5 - _ . — - N y l o n / F G M 1 2 5 P l e x i g l a s s / F G M 1 2 5 1 1 l 1 1 1 1 1 1 1 1 1 l 1 1 1 1 I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 4 4 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 1 1 1 . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . 3 3 4 “ r " 0 . 8 _ _ 0 . 7 0 . 5 0 . 4 : 0 . 3 ' + T w o T h i c k n e s s M e t h o d 7 v 0 . 2 0 . 6 : P o s i t i o n 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m — . I — - — D — — P V C / F G M 1 2 5 N y l o n / F G M 1 2 5 _ — _ + P l e x i g l a s s / F G M 1 2 5 l I I I I 1 I I 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 5 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r [ . i ’ , ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P l e x i g l a s s , N y l o n , a n d P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . P V C i s S a m p l e 1 , N y l o n i s S a m p l e 2 , P l e x i g l a s s i s S a m p l e 2 . 3 3 5 m e t h o d . C o n s i d e r t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 1 . s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 6 . I n t h e l o w e r h a l f o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e t w o l a y e r e x t r a c t e d v a l u e s h a v e a d e v i a t i o n o f 1 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . N e a r 1 1 G H z , t h e v a l u e s f o r b o t h m e t h o d s a r e c l o s e t o o n e a n o t h e r . A t f r e q u e n c i e s g r e a t e r t h a n 1 1 G H z , t h e t w o l a y e r v a l u e s a r e g r e a t e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d v a l u e s . F i g u r e 9 . 4 7 d i s p l a y s t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 1 ’ f o r b o t h m e t h o d s . S i n c e E c c o s o r b F G M l 2 5 i s n o t a n e x t r e m e l y h i g h l o s s d i e l e c t r i c m a t e r i a l , t h e d e v i a t i o n s o b s e r v e d b y t h e t w o m e t h o d s a r e d i f fi c u l t t o c h a r a c t e r i z e b y a n y m e a n i n g f u l p e r c e n t a g e r e p r e — s e n t a t i o n . I t i s n o t e d t h a t t h e e x t r a c t e d v a l u e s f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e w i t h i n t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l s o f t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e s e t w o l a y e r m e t h o d v a l u e s a r e m u c h c l o s e r t o t h e t w o t h i c k n e s s v a l u e s t h a n t h o s e d e r i v e d f r o m t h e t w o l a y e r m e t h o d u s i n g F G M 1 2 5 a s t h e t o p l a y e r . T h e t w o l a y e r e x t r a c t e d v a l u e s f o r # 1 . a r e e v e n c l o s e r t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t e d v a l u e s . T h e l a r g e s t d e v i a t i o n b e t w e e n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s e x t r a c t e d v a l u e s o c c u r s a t 9 . 0 4 G H Z , w h e r e t h e t w o l a y e r v a l u e i s a p p r o x i m a t e l y 8 % l o w e r w i t h r e s p e c t t o t h e v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e e x t r a c t e d 1 1 1 ' v a l u e s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a r e c o n s i s t e n t l y h i g h e r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s v a l u e s b y a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 5 a t t h e l o w e r t w o t h i r d s o f t h e f r e q u e n c y b a n d , a n d t h e y a r e w i t h i n 0 . 0 2 o f e a c h o t h e r a t t h e h i g h f r e q u e n c i e s . 9 . 5 T w o I r i s M e t h o d A s e c o n d i r i s , a s d e s c r i b e d i n s e c t i o n 9 . 4 , w a s c o n s t r u c t e d a n d fi t t e d t o t h e e n d o f t h e W R — 9 0 w a v e g u i d e t o o b t a i n a s e c o n d m e a s u r e m e n t o f t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . T h e t w o i r i s m e t h o d m a y t h e n b e u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s u s i n g r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t s w i t h A p e r t u r e W R a n d t h e a d d i t i o n a l i r i s , A p e r t u r e H . 3 3 6 8 . 5 , “ P o s M o n 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m 8 1 l l 1 ‘ t “ 1 L l l n a e _ 1 w - 4 _ . . . . - — - — T w o T h i c k n e s s M e t h o d — — - . " _ _ l 6 . 5 w u m _ . - _ - 1 1 ‘ 1 P V C / F G M 1 2 5 m e a n . l - - 1 . 6 L . . . 1 . . . . L 1 . . l . . 1 . l 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 6 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 3 3 7 1 . 5 _ 1 1 1 . — I — T w o T h i c k n e s s M e t h o d — c 1 — P V C / F G M 1 2 5 m e a n 1 1 _ _ 1 ' _ _ - . _ _ - - . . 1 _ . , _ - m . . V ‘ _ _ _ _ 1 k _ - 1 . - . . . . _ _ _ . _ - . _ _ _ L 2 . - . . , . . . . - . . w . 1 . - 2 _ _ _ . - - _ _ _ 1 l _ 1 ' 1 - t - ' 1 l “ l 0 . 5 - _ _ . , _ , . ~ — — « L . . — 1 a » _ _ . . . » . ~ . _ - _ . . s » ~ I fl y . _ . H e a l - _ - . - _ . . _ . - u p . . . . . . 1 Y ' 8 r . ' 1 / , / l - 0 . 5 . . . l . 1 ' 4 . ‘ “ 1 P o s i t i o n 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m b L d 1 I I L I I I I I I I I I I I I I i I I - 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 4 7 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 1 ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 3 3 8 I e i e a w . . , t p s u m a o i l n e t 2 ‘ L 0 n 0 ( Q . 0 3 . 0 4 6 5 . . 5 6 5 5 5 “ r w ' F . i ' - _ : - - 8 a . o w P S - J . e — e _ _ _ _ _ 1 . w _ _ _ , _ _ 1 _ , . , . ‘ f ,l i v - . _ . _ _ h e - o e T P w V o C T h F / i G s c M k 1 n e 2 s 5 M m e e t a h n o d w e - 1 2 — e w - _ _ e . , . L 1 q o u F r e e n c y ( _ w h G 1 ) e e H w z i w — — I o — — 1 1 1 . . . . . ~ i - . w . e b w 9 l i o i m o t t F i g u r e 9 . 4 8 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r M . o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 3 3 9 0 0 . . 4 2 — - l — — - — k 1 n e 2 s 5 s m M e k w e h o d t n e a e 1 — . h i G — w V - T P I ~ — - o C / - F T l ~ ! 5 s c M L 9 + — C J 4 ; 1 - L 8 I r F 1 q o u e l I I I I I I 1 1 L 1 2 e n c y ( G H z ) 0 . 8 P o s i t i o n 1 S a m p l e 2 o n b o t t o m F i g u r e 9 . 4 9 . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r u fi . ’ o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C , S a m p l e 1 , a s t h e t o p l a y e r , a n d S a m p l e 2 a s t h e b o t t o m l a y e r . T h e s e r e s u l t s a r e c o m p a r e d w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . E r r o r b a r s d e n o t e t h e 9 5 % c o n fi d e n c e i n t e r v a l f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . 3 4 0 9 . 5 . 1 M e a s u r e m e n t v s . T h e o r y O n e s e t o f m e a s u r e m e n t s a t a l l 5 p o s i t i o n s i s s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 0 , a n d c o m p a r e d w i t h t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t v a l u e s f o r A p e r t u r e H s h o w n i n F i g u r e 8 . 1 8 a n d F i g u r e 8 . 1 9 . N o t e t h a t t h e r e i s g o o d a g r e e m e n t b e t w e e n t h e m e a s u r e m e n t s a n d t h e o r y f o r b o t h m a g n i t u d e a n d p h a s e , e v e n t h o u g h t h e t h i c k n e s s o f t h e a c t u a l m e a s u r e d s a m p l e i s 0 . 0 0 3 ” i n c h e s t h i n n e r t h a n t h a t u s e d i n t h e s i m u l a t i o n . T h e e x c e p t i o n i s t h e o n e o u t l i e r i n t h e m a g n i t u d e p l o t , w h i c h i s t h e m e a s u r e m e n t t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 9 . 5 . 2 M o d a l A n a l y s i s A m o d a l a n a l y s i s o n t h e m e a s u r e d d a t a i s h e l p f u l t o u n d e r s t a n d h o w i n c l u d i n g m o r e m o d e s i n t h e s o l u t i o n c o n t r i b u t e s t o t h e e x t r a c t e d v a l u e s . T o a i d i n t h i s u n d e r - s t a n d i n g , t w o r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t m e a s u r e m e n t s w e r e o b t a i n e d u s i n g t w o d i f f e r e n t a p e r t u r e s a t t h e e n d o f t h e w a v e g u i d e . T h e fi r s t m e a s u r e m e n t , 5 3 : 1 1 : 9 1 ) w a s t a k e n u s i n g t h e f u l l W R — 9 0 a p e r t u r e a t t h e e n d o f t h e w a v e g u i d e . T h e s e c o n d m e a s u r e m e n t , 3 3 3 ? ” ) , w a s o b t a i n e d b y p l a c i n g A p e r t u r e H a t t h e e n d o f t h e X - b a n d w a v e g u i d e a n d m e a s u r i n g t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t . U s i n g t h e s e m e a s u r e d r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t s , t h e t w o i r i s m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t , o n e l a y e r o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 ” t h i c k . D i f f e r e n t n u m b e r s o f m o d e s w e r e ( 2 1 ) u s e d i n c a l c u l a t i n g S i l l ” ! f o r e a c h a p e r t u r e , a n d t h e m o d e s u s e d f o r e a c h a p e r t u r e a r e s h o w n i n T a b l e 9 . 4 . T h e r e s u l t i n g e x t r a c t e d p a r a m e t e r s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 1 - F i g u r e 9 . 5 4 . A s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , t h e e x t r a c t e d v a l u e s m o v e t o w a r d t h e v a l u e s o b t a i n e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . R e c a l l t h a t a s i m i l a r m o d a l a n a l y s i s i s s h o w n i n C h a p t e r 8 w h e n s y n t h e s i z e d v a l u e s w e r e u s e d a s t h e ‘ m e a s u r e d ’ r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . I t i s h e l p f u l t o c o m p a r e t h e r e s u l t s o f t h i s e x p e r i m e n t a l m o d a l a n a l y s i s w i t h t h e m o d a l a n a l y s i s o f s y n t h e s i z e d d a t a . C o m p a r e F i g u r e 9 . 5 1 w i t h t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r 6 ; . i n t h e s y n t h e s i z e d m o d a l 3 4 1 ) s n a i d a r ( e s a h p 3 . 0 5 O D N c c 0 1 N : 0 F i g u r e 9 . 5 0 . C o m p a r i s o n o f t h e m a g n i t u d e a n d p h a s e o f S 1 . l _ E c c o s o r b F G M 1 2 5 — ~ . . T h e o r y A p e r t u r e H . " 1 i _ _ _ _ - - i I \ \ J 1 ; . _ _ _ _ _ q _ u ‘ W K \ . - T \ \ l 1 — I p ~ _ _ _ “ ' 1 ‘ T ” T “ 1 I 1 p o s i t i o n 1 - A u g u s t 5 , 2 0 0 8 : - 5 P o s i t i o n s 1 — K Y 8 9 1 O 1 1 1 2 i . \ E c c o s o r b F G M 1 2 5 - ‘ \ A p e r t u r e H . \ { N . _ _ _ L _ . _ i _ — H r ' E . ‘ \ K " i : 1 \ . i _ _ _ m m _ x _ _ _ _ i n g § , l : 1 V , - 1 T h e o r y _ _ w . “ A \ \ \ 1 i a I r ~ _ : _ A u g u s t 5 , 2 0 0 9 \ 3 ‘ \ \ \ \ \ “ ‘ : ~ _ - 5 P o s i t i o n s \ " ‘ \ I . I I I I l I I 1 l I I l I I I 1 L I I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) m e a s e a r t r H Q ” a n d S 1 1 ( 2 1 ) f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . S i m u l a t e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t i s f o r E c c o s o r b F G M I 2 5 , 0 . 1 2 5 ” t h i c k . M e a s u r e m e n t s a r e a t a l l 5 p o s i t i o n s f o r S a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 " t h i c k . 3 4 2 a n a l y s i s , s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 8 . T h e g e n e r a l t r e n d o f b o t h fi g u r e s a g r e e , t h a t a s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 : . i n c r e a s e a c r o s s t h e u p p e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . T h e s i m u l a t e d e x t r a c t i o n s , h o w e v e r , a r e l a r g e r a t t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d w h e n t h e T M 1 4 ( l i n e C ) a n d T M 1 6 ( l i n e D ) a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n . T h i s i s n o t t h e c a s e i n F i g u r e 9 . 5 1 , w h e r e t h e v a l u e s i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g n u m b e r s o f m o d e s i n t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d . N o t e t h a t i n b o t h fi g u r e s , w h e n t h e T M 1 8 m o d e i s u s e d , t h e v a l u e s a r e w i t h i n 1 % o f t h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . [ L a b e l J A p e r t u r e H : a p e r t u r e m o d e s u s e d I p I q J A T E Q O , T E I Q , T 1 1 1 1 ? 1 - 7 , O d d B T q u , T E l p , T M “ , 2 , 4 1 - 7 , o d d C T q u , T E l p , T M “ , 2 , 4 , 6 1 - 7 , o d d D T q u , T E l p , T M 1 ] , 2 , 4 , 6 , 8 1 - 7 , o d d E T q u , T E 1 1 , , T M 1 ? + e x t r a p o l a t i o n 2 - 2 0 , e v e n 1 - 7 , o d d L a b e l A p e r t u r e W R : a p e r t u r e m o d e s u s e d I r I s ] A T E 3 0 , T E 1 2 , T M 1 2 1 , 3 B T E 3 0 , T E 1 7 ~ , T e r 2 , 4 1 , 3 C T E 3 0 , T E 1 , ~ , T M 1 7 ~ 2 , 4 , 6 1 , 3 D T E 3 0 , T E 1 T , T M 1 ? 2 , 4 , 6 , 8 1 , 3 E T E S O , T E ” , T M ” + e x t r a p o l a t i o n 2 — 2 0 , e v e n 1 , 3 T a b l e 9 . 4 . K e y f o r m o d e s u s e d i n t w o i r i s e x t r a c t i o n m e t h o d , A p e r t u r e H a n d A p e r - t u r e W R T h e 6 ; ! v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e s i m u l a t e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s , s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 9 , a n d m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t s , s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 2 , p r e s e n t a m o r e c o n - t r a s t i n g p i c t u r e . I n b o t h fi g u r e s , w h e n j u s t t h e T M 1 2 a p e r t u r e m o d e s a r e i n c l u d e d ( 2 1 ) i n t h e c o m p u t a t i o n o f S i g n , , t h e v a l u e s f o r 6 ; ! a r e h i g h e r o n t h e l o w e r e n d o f t h e f r e q u e n c y b a n d t h a n t h e y a r e o n t h e h i g h e r e n d . H o w e v e r i n t h e m a t e r i a l p a r a m e — 3 4 3 7 . 4 l 1 M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g u s t , 2 0 0 8 E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 " t h i c k 1 l l l . . . . l . . . . l . . . . l S a m p l e 2 6 . 2 ' 1 . 1 ' 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 5 1 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 4 I 0 . 4 _ _ _ _ _ _ fl . - _ , 2 . . . . _ 1 _ , . _ . _ , _ _ , , _ _ r M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g u s t , 2 0 0 8 E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 " t h i c k S a m p l e 2 1 1 0 . 2 a . . . l . . . . l . . . 4 l . . . . i 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 5 2 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 5 0 . 7 0 . 6 5 l “ r 0 . 6 0 . 5 5 ‘ . 1 1 1 M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g u s t , 2 0 0 8 1 1 . E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 " t h i c k 1 l 1 S a m p l e 2 [ , i : . 1 1 ( , 5 . L . . l a a a . . . . . 1 . . . . 1 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 5 3 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 6 \ l ' . \ \ 1 . \ \ . . \ \ 1 ' \ \ \ . 0 . 8 F — - _ \ ‘ x \ _ \ 1 : ' ~ * ‘ . i , _ _ “ f a - 1 a , i 1 L \ . \ O ‘ 5 l \ \ 1 1 \ \ \ \ \ 1 1 ‘ ‘ \ 1 i 1 - ' \ . - ‘ 0 \ \ l l ‘ 1 9 ‘ . \ \ l 1 l \ \ \ \ 1 1 l v \ : \ \ i 0 . 6 1 ‘ \ 1 w w w e ; _ - m _ . _ _ _ _ _ A 1 \ \ - u \ \ “ 1 1 + 3 1 _ . . . . . . . . \ - — * - — E 1 \ \ I \ ‘ g ’ \ \ I \ \ x 1 O 4 k w w — w w _ _ 1 . - a \ § T _ _ _ _ a r - 1 ° \ 1 , 1 - 1 ' \ \ i i i \ \ 1 1 1 ‘ . \ 1 \ 1 1 1 1 \ \ : M e a s u r e m e n t s : 0 5 A u g u s t , 2 0 0 8 ' 1 E c c o s o r b F G M 1 2 5 , 0 . 1 2 2 " t h i c k 1 1 1 ‘ S a m p l e 2 I 1 . 0 . 2 ~ W “ ~ — » — — - - - - 1 - - — - . ' . _ _ _ w w a a _ . , , 1 1 1 1 I I I I I I I I 4 I I I I I I I L 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 5 4 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d . D i f f e r e n t n u m b e r s o f s i g n i fi c a n t m o d e s w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . T h e k e y f o r e a c h l i n e i s s h o w n i n T a b l e T a b l e 9 . 4 . M e a s u r e m e n t s t a k e n a t p o s i t i o n 1 . 3 4 7 t e r e x t r a c t i o n s , t h e s e l o w e r f r e q u e n c y e x t r a c t e d v a l u e s a r e m o r e t h a n f o u r t i m e s a s l a r g e a s t h e s i m u l a t e d e x t r a c t i o n v a l u e s . A s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d i n t h e s i m u l a t e d d a t a e x t r a c t i o n s , t h e v a l u e s f o r 6 ; ! d e c r e a s e . U s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d , a l l o f t h e v a l u e s a r e b e l o w 6 ; ! = 0 . 1 i n F i g u r e 8 . 2 9 . I n t h e m e a s u r e d d a t a i n F i g u r e 9 . 5 2 , t h e v a l u e s a l s o d e c r e a s e a s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d . H o w e v e r n o t e t h a t t h e e x t r a c t i o n s u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d a r e c o n s i d e r a b l y h i g h e r t h a n t h e s i m u l a t e d r e s u l t s . S o m e p o s s i b l e r e a s o n s f o r t h i s d i f f e r e n c e a r e d i s c u s s e d a t t h e e n d o f t h i s s e c t i o n . C o n s i d e r F i g u r e 8 . 3 0 a n d F i g u r e 9 . 5 3 t o e x a m i n e t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f # 4 . . T h e g e n e r a l t r e n d i n b o t h f i g u r e s a s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d i s t h a t t h e v a l u e s d e c r e a s e a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d . I n t h e s i m u l a t e d m o d a l e x t r a c t i o n i n F i g u r e 8 . 3 0 , t h e l a r g e s t d e c r e a s e i n e x t r a c t e d v a l u e s i s s e e n a t t h e l o w e r f r e q u e n c i e s , n e a r 8 . 2 G H z . I n t h e m e a s u r e d e x t r a c t i o n s , F i g u r e 9 . 5 3 , t h e l a r g e s t d e c r e a s e i s o b s e r v e d a t t h e u p p e r f r e q u e n c i e s g r e a t e r t h a n 1 1 G H z . F i g u r e 8 . 3 1 a n d F i g u r e 9 . 5 4 h a v e v e r y s i m i l a r t r e n d s i n t h e p l o t s . A s t h e n u m b e r o f m o d e s i s i n c r e a s e d , t h e v a l u e s f o r # 4 ! d e c r e a s e i n v a l u e a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d . T h e l a r g e s t d e c r e a s e i s o b s e r v e d a t t h e l o w e r f r e q u e n c i e s . 9 . 5 . 2 . 1 D i s c u s s i o n o f M o d a l A n a l y s i s S i m i l a r t r e n d s a r e o b s e r v e d i n b o t h t h e m e a s u r e d a n d s i m u l a t e d m o d a l a n a l y s e s . A s m o r e m o d e s a r e i n c l u d e d i n t h e s o l u t i o n , e a c h l i n e i n t h e g r a p h p r o g r e s s e s t o w a r d t h e v a l u e s o b t a i n e d b y t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . I n t h e s i m u l a t e d a n a l y s i s , F i g u r e 8 . 2 9 - F i g u r e 8 . 3 1 , t h e e x t r a c t e d v a l u e s u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d a r e v e r y c l o s e t o t h e n o m i n a l v a l u e s . I n t h e e x p e r i m e n t a l e x t r a c t i o n s w h i c h u s e a c t u a l m e a s u r e d r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t s , i t i s n o t e d t h a t t h e v a l u e s o b t a i n e d b y t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d d i f f e r f r o m t h e s i m u l a t e d v a l u e s b y a s i g n i fi c a n t a m o u n t i n t h e p e r m i t t i v i t y e x t r a c t i o n s . I t i s r e a s o n a b l e t o c o n c l u d e t h a t o t h e r s o u r c e s o f e r r o r m a y c o n t r i b u t e t o t h e d i f f e r e n c e s o b s e r v e d i n t h e v a l u e s o b t a i n e d b y e x t r a p o l a t i o n . T h e s e s o u r c e s o f e r r o r 3 4 8 m a y b e t h e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r , d i f f e r e n c e s i n t h e m a t e r i a l h e i g h t o r s t r u c t u r e , e r r o r s i n d u c e d b y a n a i r g a p e r r o r , o r o t h e r i s s u e s w i t h m e a s u r e m e n t e q u i p m e n t . I t i s p o s s i b l e t o r e d u c e s o m e r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r b y a v e r a g i n g s e v e r a l s a m p l e s . I t i s n o t e d t h a t t h e o u t l i e r o f t h e e x t r a c t e d d a t a s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 0 w a s t h e m e a s u r e m e n t f o r S t h y 1 2 1 ) 1 1 ( 2 ) u s e d i n t h e s e e x t r a c t i o n s , a n d c o u l d c o n t r i b u t e t o s o m e o f t h e d i f f e r e n c e s o b s e r v e d . I n t h e n e x t s e c t i o n , t h e d i f f e r e n c e s i n e x t r a c t e d v a l u e s a t d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s a n d d i f f e r e n t s a m p l e s a r e c o n s i d e r e d . 9 . 5 . 3 T w o I r i s M e t h o d E x t r a c t i o n s R e c a l l t h a t i n F i g u r e 9 . 5 0 , 8 3 2 3 3 5 8 9 1 ) a r e d i s p l a y e d f o r t h e 5 d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s o n S a m p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 . T h e m a g n i t u d e o f t h e m e a s u r e d r e - f l e c t i o n c o e f f i c i e n t s c l e a r l y v a r y i n F i g u r e 9 . 5 0 . T h u s a c o m p a r i s o n o f t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r t h i s m e a s u r e m e n t s e t m a y p r o v i d e s o m e e n l i g h t e n i n g r e s u l t s . T h e s e m e a s u r e m e n t s a n d t h e c o r r e s p o n d i n g m e a s u r e m e n t s , S 1 7 ; ? ? ? ( 2 1 ) f o r A p e r t u r e W R , w e r e u s e d i n t h e t w o i r i s m e t h o d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f t h e s a m p l e . T h e m o d a l a n a l y s i s i n s e c t i o n 9 . 5 . 2 s h o w e d t h a t t h e v a l u e s o b t a i n e d b y u s i n g t h e T M 1 8 m o d e i n t h e e x t r a c t i o n r e s u l t e d i n v a l u e s t h a t w e r e a p p r o a c h i n g t h e v a l u e s o b t a i n e d b y t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d . S i n c e t h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d r e q u i r e s a p p r o x i m a t e l y 5 0 0 % m o r e c o m p u t a t i o n a l t i m e t h a n u s i n g j u s t t h e T M 1 8 m o d e s , a n i n i t i a l s e t o f e x t r a c t i o n s w e r e r u n u s i n g t h e s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e . F i g u r e 9 . 5 5 - F i g u r e 9 . 5 8 d i s p l a y t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r t h e fi v e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s o n S a m p l e 2 . A s m i g h t b e e x p e c t e d f r o m t h e r e f l e c - t i o n c o e f fi c i e n t m a g n i t u d e p l o t i n F i g u r e 9 . 5 0 , t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s a t p o s i t i o n 1 i n a l l t h r e e p l o t s S h o w t h e l a r g e s t d e v i a t i o n f r o m t h e e x t r a c t e d v a l u e s o b t a i n e d a t t h e o t h e r p o s i t i o n s , e s p e c i a l l y f o r t h e 6 ; . v a l u e s s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 5 . I t i s p o s s i b l e t h a t t h e m e a s u r e m e n t c o n t a i n e d s o m e a m o u n t o f m e a s u r e m e n t e r r o r d u e t o a n a i r g a p . I t . 3 4 9 1 ; _ _ _ - J f t ” 7 . 5 7 * . 7 # _ _ . _ _ _ _ ~ _ ) . _ _ 1 _ _ _ , . . . / _ — ; ’ _ ’ _ : — : : . ‘ : _ / _ _ _ I _ / / 8 / \ \ / r - , / . I / / 1 - 1 r \ v M e a u r e m e n t / \ / . . “ / / \ 1 / \ / P o s r t r o n 6 . 5 $ 4 . . - - x t / w h . \ / _ , _ . _ _ _ _ _ . _ , _ _ _ _ _ _ n . - _ _ - _ _ . _ . . r _ _ . _ . 2 - — — — — — — 1 a A u g u s t 5 , 2 0 0 8 — 0 — 2 - 5 P o s i t i o n s — O — 3 _ E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S a m p l e 2 — - ) ( — — 4 _ T M m o d e s _ _ 1 8 5 6 L g I I l I I I I I I J I I I I I l I I 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 5 5 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . i s a l s o p o s s i b l e t h a t s o m e v a r i a t i o n i n t h e m a t e r i a l e x i s t s . C o n s i d e r t h e d i s p l a y f o r 6 ; . i n F i g u r e 9 . 5 5 . N o t e t h a t a l t h o u g h t h e m a g n i t u d e s v a r y , t h e g e n e r a l s h a p e o f t h e p l o t s a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d i s s i m i l a r f o r t h e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a t t h e s h a p e o f t h e s e p l o t s i s a l s o s i m i l a r t o t h e m e a n v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o l a y e r m e t h o d i n F i g u r e 9 . 4 6 , w i t h P V C a s t h e t o p l a y e r . I n a d d i t i o n , n o t e t h a t t h e v a l u e s e x t r a c t e d f o r 6 ; ! a r e r a t h e r l a r g e i n t h e l o w e r p a r t o f t h e f r e q u e n c y b a n d i n F i g u r e 9 . 5 6 . A s t h e f r e q u e n c y i n c r e a s e s , t h e v a l u e s a p p r o a c h t h e n o m i n a l v a l u e s f o r 6 ; ! o f F G M 1 2 5 a n d t h e v a l u e s f o r e fi . ’ e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . 3 5 0 r - . ' t 1 ' 2 8 A 5 T E L 0 . 2 O u o s u c M P g c o 1 t t o s s i 8 5 o b n , o i r m 2 F s d 0 G e 0 M s 8 1 — ~ , S a m p l e 2 4 2 L 5 9 P — - 1 q o s i — — E . B — g _ I 0 u e t n i o n * ” “ — — — . _ 1 2 3 4 5 c y ( G H _ 1 _ Z L _ _ ) _ _ 1 1 . 1 . L 1 — — _ F r e . \ E 1 \ \ 1 _ _ a * / _ _ - _ \ _ _ , \ \ . , M e w F i g u r e 9 . 5 6 . E x t r a c t e d v a l u e s o f e f . ’ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 1 0 . 6 6 0 . 6 4 ' 0 . 6 2 M e a u r e m e n t " m ' P o s i t i o n 0 . 5 4 r — , _ — — _ h k m 1 — . - . * _ - fi - . . . _ _ _ - - - - - - - - - 1 _ _ _ _ _ : A u g u s t 5 , 2 0 0 8 _ _ D _ 2 - 5 P o s i t i o n s 3 0 . 5 2 _ e E c c o s o e r G M 1 2 5 , S a m p l e 2 4 7 _ _ _ m _ _ _ _ — ’ — 4 . T M m o d e s ) 6 1 8 _ 1 5 0 . 5 ¥ 1 I I l I I I 4 I _ I I I g I l I I I L 8 9 1 o 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 5 7 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 2 - . 2 - “ M e a u r e m e n t . . . P o s i t i o n . I I 1 . 1 r 0 . 5 0 . 4 0 . 3 ‘ : A u g u s t 5 , 2 0 0 8 1 O 2 : _ 5 P O S I t h fl S _ ' : E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S a m p l e 2 I I I I I I I I 9 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 5 8 . E x t r a c t e d v a l u e s o f p i ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t fi v e d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 3 - - * - 1 . . 8 6 . 5 6 ” i r m 5 o b n , o ~ s — u o — P g c o 1 " c M u L - i s s “ t t o 8 I ’ 2 F “ I s d - — A 4 T E I 0 G e , M 0 s 8 I 1 " - 1 l e I , p m I / 1 , S a \ # 2 1 5 1 9 1 — ° O ) s I 1 t r i e t n m i e n o — - — ( — — — — I 1 2 3 4 1 2 1 a I I 3 1 2 3 3 3 9 9 1 ) a n d 5 3 2 3 ? ; ( 2 ) w e r e t a k e n a t f o u r o f t h e fi v e . * — r . - M ‘ “ fl 1 M e a P u o — — — — — — - - I I I I 1 0 I 4 I 1 1 I 1 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 5 9 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . A s i m i l a r s e t o f m e a s u r e m e n t s w a s o b t a i n e d d u r i n g t h e s a m e m e a s u r e m e n t s e t f o r S a m p l e 1 . M e a s u r e m e n t s o f S m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e t w o i r i s m e t h o d e x t r a c t i o n p r o c e d u r e w a s p e r f o r m e d o n t h e s e d a t a u s i n g t h e s i g n i fi c a n t l y c o n t r i b u t i n g m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e . T h e s e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 5 9 - F i g u r e 9 . 6 2 . I n t h e s e p l o t s f o r s a m p l e 1 , t h e r e i s n o o u t s t a n d i n g m e a s u r e m e n t p o s i t i o n t h a t a p p e a r s t o h a v e r e s u l t s t h a t a r e o u t o f l i n e w i t h a n o t h e r m e a s u r e m e n t . T h e s h a p e o f t h e p l o t s f o r 6 ; . i n F i g u r e 9 . 5 9 a l s o h a s s i m i l a r f e a t u r e s t o t h o s e o b s e r v e d i n F i g u r e 9 . 5 5 . 3 5 4 - . : ' 0 . 4 - l | ' M e P a o s u i r i t e o n m e n t \ / \ . 1 . 4 1 2 1 % 1 \ / \ _ . l - b o — \ / \ 1 . / ' A u g u s t 5 , 2 0 0 8 0 2 _ _ 4 P o s i t i o n s ' _ E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S a m p l e 1 - T M 1 8 m o d e s 0 ' . . . . l 8 9 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 6 0 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 5 0 . 7 0 . 6 8 _ 0 . 6 6 0 . 6 4 I . “ I 0 . 6 2 0 . 6 M M e a u r e m e n t - P o s i t i o n ' + 4 0 . 5 8 A u g u s t 5 , 2 0 0 8 ’ 4 P o s i t i o n s _ _ ’ _ 3 I E c c o s o r b F G M 1 2 5 , S a m p l e 1 — ° — _ 2 ; 0 . 5 6 1 - — ~ — — - - - — — — — T M 1 g m o d e s — — — — — — 1 _ - I _ _ _ _ . A ' - I I I I I I I I i I I I L i I I I I L I 8 9 1 O 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 6 1 . E x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 6 1 u c M A 4 T E 8 1 0 G e 0 M s P g c o 1 - u o s s i s t t o 8 _ 5 o b n , o i r m . 2 F s d _ - # - - _ _ _ 4 7 c h u m . I A » U - - ~ 2 2 _ 5 - , _ _ _ S ; a _ m - - p l e 1 _ _ _ _ I " 0 “ r O 0 0 O o 0 8 ' . . . ' 7 6 5 4 3 . 2 I . _ I - f ' _ ' I - r * _ : ' r . ” ' _ - - — — — . a . _ - _ — — _ — _ — A 8 e _ + P a . — M _ — I i r . o u D s I _ — e t . — n e _ i — m _ o — I 1 4 1 3 2 1 1 L 1 n t 9 _ m _ _ M 7 7 — I I l I F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 6 2 . E x t r a c t e d v a l u e s o f p r “ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t f o u r d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M l g m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 5 7 T o e x a m i n e i f t h e s e v a r i a t i o n s a r e d u e t o t h e s p e c i fi c m e a s u r e m e n t c o n d i t i o n s o r a g i v e n m e a s u r e m e n t s e t , o r i f t h e t r e n d s a r e c o n s i s t e n t , t h e m e a n o f f o u r s e p a r a t e m e a s u r e m e n t s w a s c o m p u t e d a n d p l o t t e d a t P o s i t i o n s 1 , 3 , a n d 4 . A l t h o u g h o n l y f o u r m e a s u r e m e n t s a r e u s e d , t h e m e a n o f t h e s e e x t r a c t i o n s w i l l r e d u c e s o m e o f t h e c o n t r i b u t i o n o f t h e r a n d o m e r r o r s i n t h e m e a s u r e m e n t s . T h e s e m e a n s w e r e c o m p u t e d f o r b o t h S a m p l e 1 a n d S a m p l e 2 , a n d t h e r e s u l t s a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 6 3 - F i g u r e 9 . 6 6 . T h e r e s u l t s a r e v e r y i n t e r e s t i n g , i f n o t s u r p r i s i n g . N o t e t h a t i n F i g u r e 9 . 6 3 t h e v a l u e s o f 6 ; . a v e r a g e d f o r f o u r d i f f e r e n t e x t r a c t i o n s f o r t h e t w o s a m p l e s m a t c h u p v e r y w e l l a t p o s i t i o n 1 . A t p o s i t i o n s 3 a n d 4 , t h e v a l u e s e x t r a c t e d f r o m e a c h s a m p l e a l s o a r e v e r y c l o s e t o o n e a n o t h e r a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d . A s i m i l a r o b s e r v a t i o n i s a l s o f o u n d f o r t h e e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; . i n F i g u r e 9 . 6 5 , a n d t o a l e s s e r d e g r e e f o r 6 ; . i n F i g u r e 9 . 6 4 a n d 1 1 , ? i n F i g u r e 9 . 6 6 . I t i s p o s s i b l e t h a t b o t h E c c o s o r b F G M l 2 5 m a t e r i a l s a m p l e s h a v e s o m e v a r i a t i o n o r a n i s o t r o p y i n t h e c o m p o s i t i o n o f t h e m a t e r i a l t h a t i s c o m m o n t o b o t h s a m p l e s . H o w e v e r , t h a t w o u l d r e q u i r e t h a t t h e s e 1 2 ” x 1 2 ” s a m p l e s h a p p e n e d t o b e o r i e n t e d i n t h e s a m e d i r e c t i o n w h e n t h e m e a s u r e m e n t s w e r e m a d e . T h i s s e e m s u n l i k e l y . A m o r e l i k e l y e x p l a n a t i o n i s o n e o f t h e f o l l o w i n g a r g u m e n t s , w h i c h a r e s i m i l a r . I t i s p o s s i b l e t h a t a t p o s i t i o n 1 , w h i c h i s i n t h e c e n t e r o f t h e s a m p l e , b o t h s a m p l e s m a y h a v e a d e p r e s s i o n i n t h e t h i c k n e s s o f t h e m a t e r i a l . T h i s w o u l d a l l o w f o r p o t e n t i a l a i r g a p s b e t w e e n t h e m a t e r i a l a n d t h e a l u m i n u m fl a n g e a t t h e a p e r t u r e l o c a t i o n . T h i s w o u l d a l l o w s o m e e n e r g y t o e s c a p e a n d t h u s r e d u c e t h e m a g n i t u d e o f t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t , a s s e e n i n F i g u r e 9 . 5 0 . A n o t h e r s i m i l a r e x p l a n a t i o n f o r t h e s e r e s u l t s i s t h a t a v a r i a t i o n o r w a r p i n t h e a l u m i n u m p l a t e i n w h i c h A p e r t u r e H i s c u t , o r a p o s s i b l e s p a t i a l v a r i a t i o n i n t h e b o t t o m c o n d u c t i n g p l a t e , c o u l d l e a d t o a i r g a p s a t s p e c i fi c m e a s u r e m e n t l o c a t i o n s , b u t n o t a t o t h e r l o c a t i o n s . I t i s a l s o p o s s i b l e t h a t a c o m b i n a t i o n o f t h e s e c o u l d a c c o u n t f o r t h e o b s e r v a t i o n s m a d e r e g a r d i n g F i g u r e 9 . 6 3 3 5 8 " 1 g _ , 1 7 ' 8 - S a m p l e 2 , P o s i t i o n 1 Z — I — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 3 7 _ 6 - » — 0 — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 4 , — Z — — — — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 1 - — — D — — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 3 7 - 4 T — — o — — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 4 _ ’ 7 1 . 7 . 2 F , — | - 8 . r 7 _ - W e e 1 i — , 1 6 . 8 - ~ ~ , fl - . e ’ 1 1 * « ‘ A , _ - 1 4 d a y m e a n : 3 P o s i t i o n s 6 . 6 _ _ _ I - 1 , _ , , , L . , . E c c o s o r b F G M 1 2 5 . - 1 1 T M 1 8 m o d e s 6 . 4 - — - I I I ’ 7 7 4 — 7 7 7 1 I 4 L “ - O — u 1 — 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 6 3 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t . m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t o b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . - F i g u r e 9 . 6 6 . T h e e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s u s e d t o e x t r a c t t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s f r o m S a m - p l e 2 o f E c c o s o r b F G M 1 2 5 u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t p o s i t i o n s 1 a n d 3 . E x t r a c t i o n s f r o m t h r e e s e p a r a t e d a t a c o l l e c t i o n s w e r e a v e r a g e d , a n d t h e m e a n v a l u e s a t p o s i t i o n s 1 a n d 3 a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 6 7 — F i g u r e 9 . 7 0 . I n a d d i t i o n , t h e m e a n v a l u e s f r o m t h e t w o l a y e r m e t h o d t h a t u s e d P V C a s t h e t o p l a y e r , w h i c h a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 4 6 - F i g u r e 9 . 4 9 , a r e p l o t t e d i n F i g u r e 9 . 6 7 — F i g u r e 9 . 7 0 . T h e f o u r t h l i n e i n t h e s e fi g u r e s i s t h e a v e r a g e o f t w o e x t r a c t i o n s c a r r i e d o u t u s i n g t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d o n S a m p l e 2 . A l l e x t r a c t i o n s u s e d i n c r e a t i n g t h e s e fi g u r e s w e r e c a r r i e d o u t u s i n g t h e 3 5 9 4 d a y m e a n 3 P o s i t i o n s _ _ E c c o s o r b F G M 1 2 5 _ T M 1 8 m o d e s ' 0 . 4 - — — — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 1 — ‘ — — I - — — - S a m p l e 2 , P o s i t i o n 3 — 0 — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 4 h p - 0 2 - - - - - - - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 1 I I I I , ” , , - — — - c 1 — — - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 3 1 ‘ - - — 0 — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 4 l I I I L L I I I I I I I L 8 9 1 0 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 6 4 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f e f . ’ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t o b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 6 0 i Y 0 . 6 6 . 4 d a y m e a n “ . - - “ w e . _ _ - - . H _ _ , _ _ . - I _ . _ I _ - _ _ _ . - “ 1 . . . - « - m — - 3 P o s i t i o n s \ _ E c c o s o r b F G M 1 2 5 \ T M 1 8 m o d e s I 1 1 0 , 6 4 P . _ _ . _ _ - — - - + — — - - - — - 8 — - W W W ‘ J — - W — ~ 1 W W W P / \ 0 . 6 2 . _ m . ’ 9 5 _ 1 § ¢ _ _ _ 1 2 \ \ / ' “ V ‘ N / F * b / I . _ _ _ I - m , I I - . “ T 0 . 6 , 0 . — { K m — E , _ _ _ 1 _ - — — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 1 — I — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 3 - — O — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 4 — — — — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 1 _ _ _ “ . . — - C i - — S a m p l e 1 , P o s i t i o n 3 1 - - 0 - - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 4 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) 0 . 5 8 0 . 5 6 F i g u r e 9 . 6 5 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 : . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t o b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 6 1 h | l - 1 4 d a y m e a n I O 8 ‘ \ _ , A 3 P o s i t i o n s _ _ _ , _ _ _ _ _ ' : \ \ E c c o s o r b F G M 1 2 5 1 l - x \ T M 1 8 m o d e s . _ ‘ C K ' _ : \ 0 . 6 _ 1 1 ' . t 1 . . o . 5 _ - — — — ~ ~ e w e — I ‘ l l ’ I 1 0 . 4 7 “ - S a m p l e 2 , P o s i t i o n 1 : — I — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 3 0 3 " . . - , - — O — S a m p l e 2 , P o s i t i o n 4 _ _ ' : - - - - - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 1 : — - 0 - - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 3 0 . 2 _ , _ - a - - 0 - - S a m p l e 1 , P o s i t i o n 4 ~ ~ + ~ ~ — — — — — — — I . I l I L i I I I I I I 8 9 1 0 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 6 6 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 1 1 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a t t h r e e d i f f e r e n t m e a s u r e m e n t p o s i t i o n s . F o u r i n d e p e n d e n t o b s e r v a t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a - s u r e m e n t p o s i t i o n o n e a c h s a m p l e . T h e s i g n i fi c a n t m o d e s u p t o t h e T M 1 8 m o d e w e r e u s e d i n t h e e x t r a c t i o n . 3 6 2 8 5 7 ' - - - ' — — - — I O V - — - — — — - — - T T T T w w w w o o o o L I I t a r r h i i y s s i i e c l _ r M e t M m k e e n t t e h h s o o s d d , h m , , o e d p p t o o h P s s o V i i d t t , G M i t 1 i C i i / o o n p . n F o 3 1 s . , 2 5 o n , 1 p o s i t i o n 1 . . m — - - - , « S a m p l e 2 _ E x t r a p o l a t i o n M e t h o d s 6 I I I l I I I I I I I I I I I I l I 8 9 1 0 1 F r e q u e n c y ( G H z ) _ L 1 2 F i g u r e 9 . 6 7 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; . u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . 9 . 6 D i s c u s s i o n o f R e s u l t s f o r E c c o s o r b F G M 1 2 5 F i g u r e 9 . 6 7 - F i g u r e 9 . 7 0 r e p r e s e n t t h e m o s t c l e a r c o m p a r i s o n o f t h e s t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s o f t h e t h r e e m e t h o d s i s u r v e y e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n f o r t h e m a g n e t i c m a - t e r i a l E c c o s o r b F G M I Q S . F r o m t h e d i s c u s s i o n s e a r l i e r i n t h i s c h a p t e r a n d t h e c o n - c l u s i o n s o f t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s t h e l e a s t s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r a n d p r o v i d e s e x t r a c t e d v a l u e s t h a t a r e t h e c l o s e s t t o 3 6 3 1 - 4 — - — - T w o L a y e r M e t h o d P V C / F G M 1 2 5 , p o s i t i o n 1 i l — v — — T w o I r i s M e t h o d , p o s i t i o n 1 1 . 2 P — " ‘ — — — “ " — — “ “ ’ “ — “ “ - - _ . _ _ _ . - — ~ O — T w o l r i s M e t h o d , p o s i t i o n 3 . - - - - - - - T w o T h i c k n e s s M e t h o d . p o s i t i o n 1 5 - . - . - . ‘ . _ _ _ _ t _ _ . " 2 - 7 - _ _ 3 : : ; ~ ' _ _ : _ - r . - - - 2 ” S a m p e 2 l . l E x t l r a p p l a t l i o n l M e l t h o d s . 1 J 1 1 1 2 F r e q u e n c y ( G H z ) F i g u r e 9 . 6 8 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f 6 ; ! u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . 3 6 4 0 0 0 . . 0 . 0 0 0 . 6 . 5 . 4 . 7 5 6 5 5 5 4 — — - * — V — - - - - ‘ ‘ - I - « ~ « - — - L — o - - ' - " - - ~ _ 1 — - — - — - « “ _ — — Z - L " ‘ _ i _ : . . - I ' 8 T T T T - ~ — ~ w o o o o 4 ~ f w w w w ~ 1 ~ i l l l e i 9 - — : - — . — - “ — — — A 1 « - — ~ = — - L I I t a r r h ~ ; i i - - y s s i c « - 1 e r M e t h h s — o o s ~ . — — d d — - — k M M — - . n e e — - — - e t t » ~ , — . / o o , n n p F o C i i V t t i i d , G 1 3 s M i t 1 i o h m , , e o T d p p t o o h i - - P s s o g - , w _ _ e i 0 u _ c - e n + L * - r F 1 q e r s i t i o n 1 _ a _ - 4 - _ _ _ r m t p a _ a x . _ l p . _ . S E _ — “ e ” + “ I l ‘ l 1 v 1 m - _ o _ e . l “ _ 2 . 2 a , t . 2 _ i i o n . M 1 p o m s _ 7 2 5 . n y _ _ , 1 _ — . ( - G H z ) T i l, l T ' , 2 ; l e _ _ _ _ . . - _ _ _ « t h d o . w s 4 . . - I - ‘ - F i g u r e 9 . 6 9 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f M r u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . 3 6 5 1 l r r — I — T w o L a y e r M e t h o d P V C / F G M 1 2 5 , p o s i t i o n 1 _ L _ _ — V — — T w o I r i s M e t h o d , p o s i t i o n 1 — 0 — T w o l r i s M e t h o d , p o s i t i o n 3 - - - - - - T w o T h i c k n e s s M e t h o d , p o s i t i o n 1 0 . 8 0 . 6 - « — ~ « « “ r " : 0 . 4 - — - , « ~ ~ . ~ l i l S a m p l e 2 0 ' 2 k E x t r a p o l a t i o n M e t h o d s F r e q u e n c y ( G H Z ) F i g u r e 9 . 7 0 . M e a n e x t r a c t e d v a l u e s o f u fi . ’ u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d , t w o t h i c k n e s s m e t h o d , a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e r e P V C w a s t h e t o p l a y e r . T h r e e e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d a t e a c h m e a s u r e m e n t p o s i t i o n f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , 5 i n d e p e n d e n t e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t w o e x t r a c t i o n s w e r e a v e r a g e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . A l l e x t r a c t i o n s p e r f o r m e d u s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e f o r t h a t m e t h o d . 3 6 6 t h e n o m i n a l v a l u e s t h a t w e r e o b t a i n e d b y r e s e a r c h e r s a t t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y u s i n g a T / R w a v e g u i d e m e t h o d f o r a s a m p l e o f F G M I 2 5 . T h u s , t h e o t h e r t w o m e t h o d s a r e c o m p a r e d t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d t o u n d e r s t a n d t h e p r o p e r t i e s o f t h o s e m e t h o d s . R e c a l l , h o w e v e r , t h a t t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s o n l y s u i t e d f o r a l a b o r a t o r y e n v i r o n m e n t , a n d t h e i n t e r e s t i n t h e o t h e r t w o m e t h o d s i s r e l a t e d t o t h e i r a b i l i t y t o p e r f o r m a s i n s i t u m e t h o d s . C o n s i d e r t h e p l o t f o r 6 ; . i n F i g u r e 9 . 6 7 . T h e g e n e r a l s h a p e o f t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o i r i s m e t h o d v a l u e s a r e s i m i l a r a c r o s s t h e X - b a n d f r e q u e n c y r a n g e . T h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e l o w e r a t t h e l o w e n d o f t h e f r e q u e n c y r a n g e a n d i n c r e a s e w i t h i n c r e a s i n g f r e q u e n c y . T h e t w o l a y e r m e t h o d v a l u e s s h o w t h e l e a s t v a r i a t i o n a c r o s s t h e f r e q u e n c y b a n d , w i t h a m i n i m u m v a l u e o f a p p r o x i m a t e l y 6 ; . = 7 . 3 a n d a m a x i m u m v a l u e n e a r 6 ; . = 7 . 5 . T h e g r e a t e s t a g r e e m e n t f o r t h i s p a r a m e t e r i s f o u n d b e t w e e n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d r e s u l t a n d t h e t w o i r i s m e t h o d r e s u l t f r o m p o s i t i o n 3 . T h e v a l u e s e x t r a c t e d u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d h a v e a e r r o r s o f l e s s t h a n 5 % w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e t w o l a y e r a n d t w o i r i s m e t h o d r e s u l t s a r e w i t h i n 5 % o f e a c h o t h e r f o r f r e q u e n c i e s g r e a t e r t h a n 1 1 G H z . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r e fi . ’ a r e s h o w n i n F i g u r e 9 . 6 8 f o r t h e t h r e e m e t h o d s . T h e g r e a t e s t a g r e e m e n t f o r t h i s p a r a m e t e r i s f o u n d b e t w e e n t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d s h o w a g r e a t e r d e g r e e o f v a r i a t i o n t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d v a l u e s , b u t t h i s i s n o t s u r p r i s i n g c o n s i d e r i n g t h e r e s u l t s o f t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s s h o w n i n F i g u r e 6 . 9 . T h a t a n a l y s i s p r e d i c t e d t h a t t h e t w o l a y e r v a l u e s a r e f o u r t i m e s m o r e s e n s i t i v e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r t h a n t h e t w o t h i c k n e s s e x t r a c t i o n s . I n c o n t r a s t , t h e v a l u e s e x t r a c t e d f r o m p o s i t i o n 3 u s i n g t h e t w o i r i s m e t h o d a r e l a r g e r f o r t h e m a j o r i t y o f t h e f r e q u e n c i e s i n v e s t i g a t e d . N e a r 1 2 G H z , h o w e v e r , t h e s e v a l u e s h a v e d e c r e a s e d t o b e n e a r t h o s e o b t a i n e d f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h i s i s a l s o i n a g r e e m e n t w i t h t h e e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s r e s u l t s s h o w n i n F i g u r e 8 . 2 7 , 3 6 7 w h e r e t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n t o r a n d o m n o i s e n e a r 1 2 G H z w a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e a s t h a t p r e d i c t e d f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F i g u r e 9 . 6 9 s h o w s t h e e x t r a c t e d v a l u e s f o r u ’ r . I n t h i s c a s e , t h e t w o l a y e r m e t h o d r e s u l t a g r e e s m o s t c l o s e l y w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a c r o s s t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d . T h e t w o l a y e r m e t h o d v a l u e s d e v i a t e a t m o s t b y 1 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . I n t h e u p p e r p a r t o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e e x t r a c t e d v a l u e s a r e v e r y c l o s e t o o n e a n o t h e r . T h e t w o i r i s m e t h o d a l s o s h o w s g o o d a g r e e m e n t a t p o s i t i o n 3 i n t h e l o w e r a n d u p p e r p a r t s o f t h e f r e q u e n c y b a n d . I n t h e m i d d l e o f t h e f r e q u e n c y b a n d , t h e t w o l a y e r v a l u e s h a v e a m a x i m u m d e v i a t i o n o f a b o u t 1 0 % w i t h r e s p e c t t o t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e l a r g e s t d e v i a t i o n i s s e e n a t p o s i t i o n 1 f o r t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e t w o l a y e r m e t h o d d e m o n s t r a t e s t h e c l o s e s t a g r e e m e n t w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t e d v a l u e s f o r i t ; i n F i g u r e 9 . 7 0 . T h e v a l u e s a r e w i t h i n 0 . 0 4 o f t h e t w o t h i c k n e s s v a l u e s f o r t h e e n t i r e f r e q u e n c y b a n d . I n t h e r e g i o n f r o m 1 0 G H z t o 1 2 . 4 G H z , t h e t w o i r i s m e t h o d v a l u e s a r e a l m o s t i d e n t i c a l t o t h e t w o l a y e r m e t h o d v a l u e s . H o w e v e r , t h e t w o i r i s v a l u e s f o r u s . d e v i a t e f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d v a l u e s b y a p p r o x i m a t e l y 0 . 0 7 f o r t h e u p p e r h a l f o f t h e f r e q u e n c y b a n d . I t i s n o t e d t h a t a f t e r t h e m e a s u r e m e n t s u s e d i n t h i s c h a p t e r w e r e t a k e n w i t h A p e r t u r e H , t h e m e a s u r e m e n t a p p a r a t u s w a s i n s p e c t e d . A l a r g e s c r a t c h , o r g o u g e , w a s p r e s e n t o n t h e b o t t o m o f t h e p l a t e , e m a n a t i n g f r o m t h e a p e r t u r e i t s e l f o u t w a r d f o r a p p r o x i m a t e l y 1 i n c h . I t i s p o s s i b l e t h a t t h i s g o u g e a l l o w e d s o m e e n e r g y t o e s c a p e a t c e r t a i n f r e q u e n c i e s o r c o n fi g u r a t i o n s w h e n t h e t w o i r i s m e t h o d w a s b e i n g i m p l e m e n t e d . I t i s c e r t a i n l y p o s s i b l e t h a t a n o t h e r m e a s u r e m e n t a p p a r a t u s o r t h e r e p a i r o f t h e e x i s t i n g d e v i c e m a y a l l o w t h e r e s u l t s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d t o m o r e c l o s e l y a g r e e w i t h t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . 3 6 8 C H A P T E R 1 0 C O N C L U S I O N S I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h r e e m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n m e t h o d s u s i n g a fl a n g e d r e c t a n - g u l a r w a v e g u i d e p r o b e a r e e x a m i n e d . T w o m e t h o d s a r e i n v e s t i g a t e d f o r t h e i r v i a b i l i t y f o r u s e a s a n i n s i t u m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n t e c h n i q u e o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a - t e r i a l . A n i t e r a t i v e , t w o d i m e n s i o n a l N e w t o n ’ s r o o t s e a r c h m e t h o d w a s e m p l o y e d t o e s t i m a t e t h e m a t e r i a l p a r a m e t e r s o f a c o n d u c t o r - b a c k e d l o s s y m a t e r i a l . T o c a r r y o u t t h e r o o t s e a r c h , t h e t h e o r e t i c a l r e f l e c t i o n c o e f fi c i e n t o f t h e m a t e r i a l u s i n g t h e w a v e g u i d e p r o b e m u s t b e c a l c u l a t e d . P r e v i o u s a u t h o r s h a v e p u b l i s h e d l i m i t e d i n v e s t i g a t i o n s r e g a r d i n g t h e c o n v e r g e n c e o f t h e r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l s l a b w h e n i n t e r r o g a t e d b y a f l a n g e d o p e n — e n d e d w a v e g u i d e p r o b e . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , r e s e a r c h d e t e r m i n e d t h a t c e r t a i n m o d e s p l a y a n i m p o r t a n t r o l e i n t h e e s t i m a t i o n o f t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t . T h e s e m o d e s a r e r e l a t e d t o t h e s y m m e t r y o f t h e w a v e g u i d e a n d t h e p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l . A n e x t r a p o l a t i o n m e t h o d w a s d e v e l o p e d f o r r e d u c i n g t h e e r r o r i n c a l c u - l a t i n g t h e r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t . T h i s e x t r a p o l a t i o n m e t h o d i s e m p l o y e d t h e m a t e r i a l e x t r a c t i o n m e t h o d s f o r b o t h a s i n g l e l a y e r o f m a t e r i a l a n d t w o l a y e r s o f m a t e r i a l i n t e r - r o g a t e d b y a s i n g l e , f l a n g e d w a v e g u i d e p r o b e . I t i s a l s o i m p l e m e n t e d f o r t h e r e d u c e d a p e r t u r e c o n f i g u r a t i o n . U s i n g t h e e x t r a p o l a t i o n t e c h n i q u e , a n e r r o r s e n s i t i v i t y a n a l y s i s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r i s a l s o d e v e l o p e d a n d i s i m p l e m e n t e d . T h i s t e c h n i q u e e s t i m a t e s t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n o f t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s d u e t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r . T h i s s e n s i t i v i t y a n a l y s i s i s e m p l o y e d i n e a c h o f t h e t h r e e m e t h o d s t o e s t i m a t e t h e e f f e c t . o f r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r o n t h e e x t r a c t e d m a t e r i a l p a r a m e t e r s f r o m d i f f e r e n t c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l s . I t i s a u s e f u l t o o l i n s i m u l a t i n g m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n 3 6 9 r e s u l t s . T h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s p r e d i c t e d t h a t t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d h a s t h e l e a s t s e n s i t i v i t y t o r a n d o m m e a s u r e m e n t e r r o r o f t h e t h r e e m e t h o d s . I t a l s o p r e d i c t e d t h a t t h e t w o l a y e r m e t h o d w i t h a p l a s t i c m a t e r i a l f o r a t o p l a y e r h a s a p p r o x i m a t e l y t h e s a m e e r r o r s e n s i t i v i t y a s t h e t w o i r i s m e t h o d f o r s o m e o f t h e p a r a m e t e r s . I n a d d i t i o n , t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s w a s u s e d t o e x a m i n e s e v e r a l d i f f e r e n t a p e r t u r e s i n o r d e r t o c h o o s e a n a p e r t u r e f o r i m p l e m e n t a t i o n i n t h e t w o i r i s m e t h o d . T h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t w o i r i s m e t h o d a r e t w o t e c h n i q u e s s u i t a b l e f o r i n s i t u c h a r a c t e r i z a t i o n o f a c o n d u c t o r - b a c k e d m a t e r i a l . T h e y a r e d e v e l o p e d a n d i m - p l e m e n t e d i n t h i s d i s s e r t a i o n . T h e t w o l a y e r m e t h o d r e q u i r e s t h e d e r i v a t i o n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f a t w o l a y e r H e r t z i a n p o t e n t i a l p a r a l l e l p l a t e d y a d i c G r e e n ’ s f u n c - t i o n . T h e t w o i r i s m e t h o d i s a n e w t e c h n i q u e t h a t r e q u i r e s t h e c o m p u t a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n c o e f fi c i e n t f r o m a r e c t a n g u l a r i r i s p l a c e d i n t h e e n d o f a w a v e g - u i d e . T h e t h e o r e t i c a l f o r m u l a t i o n n e c e s s a r y t o c o m p u t e t h e r e fl e c t i o n c o e f f i c i e n t i s d e v e l o p e d u s i n g a c o u p l e d m o d e m a t c h i n g a n d M F I E f o r m u l a t i o n . M e a s u r e m e n t s o f d i f f e r e n t m a t e r i a l s w e r e m a d e a n d t h e p e r m i t t i v i t y a n d p e r - m e a b i l i t y o f a l o s s y d i e l e c t r i c a n d m a g n e t i c m a t e r i a l w e r e e x t r a c t e d u s i n g a l l t h r e e c h a r a c t e r i z a t i o n m e t h o d s . T h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d s h o w s a l o w v a r i a t i o n i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s , e s p e c i a l l y f o r t h e p e r m e a b i l i t y . I t a l s o s h o w s g o o d a g r e e m e n t w i t h n o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r a s a m p l e t h a t w e r e d e r i v e d u s i n g a w a v e g u i d e T / R m e t h o d . T h e p e r m i t t i v i t y h a s a l a r g e r s t a n d a r d d e v i a t i o n . U n f o r t u n a t e l y , t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d i s l i m i t e d t o a l a b o r a t o r y s e t t i n g . W h e n a m a g n e t i c r a d a r a b s o r b i n g m a t e r i a l , E c c o s o r b F G M I 2 5 , i s t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t , t h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C a s t h e t o p l a y e r , a n d t h e t w o i r i s m e t h o d p r o d u c e s i m i l a r r e s u l t s f o r t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s . T h e s e m e t h o d s s h o w m o r e r a n d o m v a r i a t i o n s i n t h e e x t r a c t e d p a r a m e t e r s t h a n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . T h e t w o l a y e r m e t h o d , w i t h P V C a s t h e t o p l a y e r , a g r e e s m o r e c l o s e l y w i t h t h e t w o 3 7 0 t h i c k n e s s m e t h o d t h a n t h e t w o i r i s m e t h o d i n t h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f 6 : 5 , 1 4 . , a n d 1 1 ; ! . T h e t w o i r i s m e t h o d p r o v i d e s e x t r a c t e d v a l u e s f o r t h e f o u r t h p a r a m e t e r , 6 ; , t h a t a r e c l o s e r t o t h e e x t r a c t e d v a l u e s f r o m t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d . F o r b o t h m e t h o d s , t h e p a r a m e t e r t h a t a p p e a r s t h e m o s t d i f f i c u l t t o c h a r a c t e r i z e i s t h e i m a g i n a r y p a r t o f t h e . . . I p e r m i t t 1 v 1 t y , 6 7 . . 1 0 . 1 S u g g e s t i o n s f o r F u t u r e w o r k T h e t w o i r i s m e t h o d a n d t w o l a y e r m e t h o d b o t h s h o w p r o m i s e t o c h a r a c t e r i z e b o t h 6 a n d , u a s a n i n s i t u m e t h o d . H o w e v e r , a d d i t i o n a l w o r k i s n e e d e d t o m o r e f u l l y u n d e r s t a n d t h e s t r e n g t h s a n d w e a k n e s s e s o f t h e s e m e t h o d s . T h e f o l l o w i n g s u g g e s t i o n s a r e g i v e n f o r f u t u r e w o r k t o u n d e r s t a n d a n d d e v e l o p t h e s e t e c h n i q u e s . A d d i t i o n a l m e a s u r e m e n t s f o r t h e t w o i r i s m e t h o d , w i t h r e p a i r e d p l a t e a n d a d d i - t i o n a l m a t e r i a l s T h e g o u g e t h a t w a s o b s e r v e d n e a r t h e a p e r t u r e o n t h e b o t t o m s i d e o f A p e r t u r e H m a y p o s s i b l y h a v e a f f e c t e d t h e m e a s u r e d d a t a f r o m A p e r t u r e H . E i t h e r a r e p a i r o f t h e p l a t e o r t h e c o n s t r u c t i o n o f a n o t h e r d e v i c e w i l l p r o v i d e a d d i t i o n a l d a t a t o d e t e r - m i n e t h e v i a b i l i t y o f t h i s t e c h n i q u e f o r m a t e r i a l c h a r a c t e r i z a t i o n . l V ‘ I e a s u r e m e n t s o f a d d i t i o n a l m a t e r i a l s w i l l g i v e a g r e a t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e m a t e r i a l s w h i c h m a y b e m o s t l i k e l y t o ‘ r e s p o n d t o t h e t w o i r i s m e t h o d . I n c r e a s e t h e C o m p u t a t i o n a l S p e e d o f t h e M e t h o d s T h e c o m p u t e r c o d e u s e d t o i m p l e m e n t t h e s e m e t h o d s i s r e s e a r c h - g r a d e c o d e , d e s i g n e d t o s i m p l y i m p l e m e n t t h e t h e o r y d e v e l o p e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . T h e s p e e d c o u l d b e i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y f o r a l l t h r e e m e t h o d s b y a c o m p l e x p l a n e a n a l y s i s a n d i m p l e - m e n t a t i o n o f t h e r e s u l t a n t p o l e s e r i e s . S t e w a r t [ 3 6 ] a n d B o g l e [ 4 0 ] h a v e i m p l e m e n t e d t h i s t e c h n i q u e f o r t h e s i n g l e l a y e r G r e e n ’ s f u n c t i o n a n d a c h i e v e d s i g n i f i c a n t s p e e d i n c r e a s e s . S p e e d c o u l d a l s o b e i n c r e a s e d b y a m o r e d e t a i l e d m o d a l a n a l y s i s t h a t c o u l d f u r t h e r r e d u c e t h e s i z e o f t h e m a t r i x u s e d i n o b t a i n i n g t h e t h e o r e t i c a l r e fl e c t i o n 3 7 1 c o e f fi c i e n t . E r a m i n e o t h e r m a t e r i a l s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d O n l y a s e l e c t e d g r o u p o f m a t e r i a l s w a s e x a m i n e d f o r t e s t i n g a s t h e t o p l a y e r i n t h e t w o l a y e r m e t h o d . A d d i t i o n a l s i m u l a t i o n s m a y u n c o v e r a c o m m o n , e a s i l y u s e d m a t e r i a l f o r u s e a s t h e t o p l a y e r m a t e r i a l i n t h i s m e t h o d . P o s s i b l e c a n d i d a t e s f o r t h i s t o p l a y e r i n c l u d e s t y r o f o a m o r a n o t h e r l o w l o s s d i e l e c t r i c w i t h a d i e l e c t r i c c o n s t a n t n e a r u n i t y . T e s t d i f f e r e n t t h i c k n e s s e s f o r t w o l a y e r m e t h o d O n l y a s e l e c t f e w t h i c k n e s s e s o f d i f f e r e n t m a t e r i a l s w e r e u s e d i n s i m u l a t i o n s o r e x - p e r i m e n t s f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d . A d d i t i o n a l s i m u l a t i o n s m a y a l s o a l l o w f o r t h e d i s c o v e r y o f a n o p t i m a l t h i c k n e s s w h i c h m a y m a k e t h e m e a s u r e m e n t t e c h n i q u e m o r e u s e f u l . 3 7 2 A P P E N D I C E S 3 7 3 A P P E N D I X A W A V E G U I D E T R A N S V E R S E M O D E F U N C T I O N S A N D A S S O C I A T E D I N T E G R A L S T h i s a p p e n d i x p r o v i d e s t h e r e a d e r w i t h t h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a n d t h e a s s o c i a t e d i n t e g r a l s a n d f u n c t i o n s t h a t a r e u s e d t o s o l v e t h e M F I E f o r t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a n d t h e t w o l a y e r m e t h o d . T h e s e m o d e f u n c t i o n s a r e u s e d i n t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e t w o l a y e r m e t h o d , a n d t h e t w o i r i s m e t h o d . A . 1 T r a n s v e r s e W a v e g u i d e M o d e F u n c t i o n s T h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e e x p a n s i o n f u n c t i o n s a r e w e l l - k n o w n f r o m t h e l i t e r a - t u r e [ 4 1 ] , [ 4 3 ] . I n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e n o t a t i o n f o r t h e q t h m o d e i s r e p r e s e n t e d a s a T E u q v q m o d e i f i t i s T E Z , o r a s a T M u q v q m o d e i f i t i s T M z . T h e s u b s c r i p t s a r e c h o s e n s u c h t h a t t h e fi r s t s u b s c r i p t , u q , d e n o t e s t h e q t h m o d e i n d e x i n t h e x - d i r e c t i o n . T h e s e c o n d s u b s c r i p t , v q , d e n o t e s t h e q t h m o d e i n d e x i n t h e y - d i r e c t i o n . T h e s e m o d e f u n c t i o n s s a t i s f y t h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s o f t h e w a v e g u i d e w a l l . F o r t h e X - b a n d w a v e g u i d e , t h e x — d i m e n s i o n , a , i s l a r g e r t h a n t h e y - d i m e n s i o n , b , a s s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 b . F o r T E 2 m o d e s , t h e m o d e f u n c t i o n s f o r t h e q t h m o d e a r e 5 5 9 ( 5 ) 2 K f fi q u [ : i ' l c y q c o s ( l s - m a t ) s i n ( k y q y ) — 3 ) ( k m ) s i n ( k z q a ‘ ) c o s ( k y q y fl ( A . 1 ) - + n g - . . . h é u g w ' ) z 2 7 % ; ? ? ? [ : r k z q s m ( 1 6 m m ) c o s ( k y q y ) + y k y q c o s ( I r m a ? ) S l n ( k y q y fl ( A 2 ) q U q = 0 , 1 , 2 , . . . v q = 0 , 1 , 2 , . . . . . , U q + v q > O ( A . 3 ) T h e d i r e c t i o n a l i m p e d a n c e f o r t h e q t h ‘ T E z m o d e i n a w a v e g u i d e fi l l e d w i t h f r e e s p a c e 3 7 4 i s u ' g T E 9 1 / 1 0 q u s z y . ( A n 2 0 T h e a d d i t i o n a l t e r m s a r e u . 7 r 1 ’ 7 r k - I q = — : — ‘ a k y q = ’ 5 2 — , ( A - P ) . . 2 . 2 . 2 . . . 1 . 0 , , = A 1 , , + k w , k 3 , , = A 3 — A 3 , . ( A . 6 ) , v ' U N . , . . . . . . T h e t e r m A u q ’ v q I S t h e T E ; n o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t , a n d i t I S d e f i n e d 1 n s e c t i o n A . 2 . F o r T l l / [ z m o d e s , t h e m o d e f u n c t i o n s a r e 6 : 1 9 ( , 5 ) = N n g [ a t / c m c o s ( I r m a ? ) s i n ( k y q y ) — Q k y q s i n ( k q u ) c o s ( k g / ( 1 . 2 1 ) ] ( A . 7 ) “ 7 n g l , . . x . h g g m ‘ ) : 2 7 1 % ; [ r k y q s 1 n ( I r m a ? ) c o s ( k y q y ) — y q u c o s ( I r m a ? ) s r n ( k y q y fl ( A 8 ) ( I u q = 1 , 2 , . . . 1 ) , : 1 , 2 , . . . . . ( A 9 ) . . u , ‘ . . . . T h e n o r m a h z a t l o n c o n s t a n t N q u v q i s d e f i n e d i n s e c t l o n A 2 . T h e w a v e g u i d e i m p e d a n c e f o r t h e q t h T I l l z m o d e i n a w a v e g u i d e fi l l e d w i t h f r e e s p a c e i s d e f i n e d a s 1 1 ’ 1 6 5 0 9 I n t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d , t h e m a t e r i a l u n d e r t e s t i s i n t e r r o g a t e d u s i n g a fl a n g e d r e c t a n g u l a r w a v e g u i d e p r o b e . W h e n t h e i n c i d e n t fi e l d i s t h e d o m i n a n t T E 1 0 m o d e , t h e p h y s i c a l s y m m e t r y o f t h e w a v e g u i d e a n d m a t e r i a l r e q u i r e s t h a t t h e r e fl e c t e d fi e l d c o m p o n e n t s b e s y m m e t r i c a b o u t t h e c e n t e r o f t h e a p e r t u r e [ 3 6 ] . I t i s s h o w n b y B o i s [ 3 7 ] t h a t o n l y t h e m o d e s f o r w h i c h a n 2 o d d a n d o n 2 e v e n a r e c o u p l e d w i t h t h e i n c i d e n t T E 1 0 m o d e . T h u s , i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s , t h e s e a r e t h e o n l y m o d e s c o n s i d e r e d . 3 7 5 l o g 5 3 9 ( 5 ) e s t / a d s = 1 ( A 1 1 ) ( r a , i r m [ t i n t + A 9 r g m fl , f ] t 0 * i f 0 A . 2 N o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t s T h e t r a n s v e r s e m o d e f u n c t i o n s h a v e t h e p r o p e r t y o f m o d e o r t h o g o n a l i t y , s u c h t h a t F o r t h e T E c a s e , t h i s b e c o m e s a b / 0 / 0 ( K g 7 r ? ’ U ’ , z ) 2 [ k i n € 0 8 2 ( k l - 7 1 . 1 ? ) S i l l ? ( k y n y ) ] + k 3 , , s i n 2 ( I s m s ) c o s 2 ( k y n y ) ] d r d y = 1 . ( A . 1 2 ) E q u a t i o n ( A . 1 2 ) c a n b e r e w r i t t e n a s a b , . ' l 2 7 . ” M a r g y " ? [ k y n / c o s 2 ( k m r h l r / s 1 n 2 ( k y n y ) d y 1 : 0 y = 0 a b + k 3 , , / s i n 2 ( k ‘ m a r ) d . r / c o s 2 ( k y n y ) d y [ = 1 ( A . 1 3 ) r — y = 0 T o e v a l u a t e ( A . 1 3 ) , n o t e t h e i d e n t i t i e s / 0 0 8 2 ( a x ) d : c = E + i s i n ( 2 a m ) ( A M ) 2 4 a . 2 $ 1 . s 1 n ( a r ) d : r = — — — s m ( 2 a m ) . ( A . 1 5 ) 2 4 a E v a l u a t i n g t h e i n t e g r a l s i n ( A . 1 3 ) p r o d u c e s 1 : ( K i l q u v r 1 l 2 [ 3 2 3 1 1 9 2 2 + k g n % ] ” i t = 0 0 7 ' 1 ’ 7 2 = 0 ( A 1 6 ) 3 7 6 N . U R _ . R ” U = — [ . l m c a A ( . 1 8 ) R e a r r a n g i n g t h i s e q u a t i o n l e a d s t o t h e T E n o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t 2 k c m . \ / a _ b u ” # - 0 , U n ¢ 0 K 3 5 ? = ( A . 1 ? ) v 2 — — - — — ’ I . . = o r J . : — t a m ‘ P 0 l P 0 B y u s i n g a s i m i l a r p r o c e d u r e , t h e n o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t f o r t h e T M c a s e i s m y 2 A - 3 0 3 1 0 1 1 1 3 1 5 0 1 1 0 f f x n ( k . z t ) k y ) a f y n l k r i k y l a 9 x m ( k ; r ) k y ) a a n d g y m - ( k m ) l 3 y ) I n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e m a t r i x e l e m e n t s f o r t h e M F I E i n t h e t w o l a y e r a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d s , i t i s n e c e s s a r y t o e v a l u a t e t h e i n t e g r a l s i n v o l v i n g t h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s . T h e s e a r e d e fi n e d a s h u m p / w ) f 8 h % ; € ( p " ’ ) e — J " P P d s ' , ( A . 1 9 ) f y n ( k 1 7 1 k y ) - — _ / h w g ( p P l ) e - j k p d s l ’ ( A 2 0 ) C S 9 1 - " , ( k $ , k y ) = / h 3 , 9 , , ( ( m e j k p d s , ( A 2 1 ) 0 5 g J , 7 1 ( k r , k y ) = [ C S h , ’ , , % ( ) o ) e j d e s . ( A 2 2 ) F i r s t t h e i n t e g r a l s o n t h e u n p r i m e d v a r i a b l e s t h a t a r e f o u n d i n ( A 2 1 ) - ( A 2 2 ) a r e e v a l u a t e d . T h e s e i n t e g r a l s i n v o l v e s i n e s a n d c o s i n e s a n d e x p o n e n t i a l f u n c t i o n s . T h e fi r s t i n t e g r a l i s a . . . e j k l ' a e j k I - m fl _ 1 e j k - J - a e — j k m m a _ 1 / s m ( k 1 : 7 - , - , , : t : ) e fl ” 1 ’ r d g : = + 0 — 2 ( k . ’ r : + [ C a r - m ) 2 ( k r - k r m ) ( A 2 3 ) A s m e n t i o n e d a t t h e e n d o f s e c t i o n A . 1 , t h e o n l y m o d e s w h i c h a r e s u p p o r t e d b y t h e 3 7 7 e — j ( j l J , j k c ' m r k k y a m a b b m y m e - e = : : : g e e e i — — j n - m t t j j m u v m i m t r r r = : r r 1 — _ 1 _ _ : 1 _ 1 ( ( ( ( A A A A 2 2 2 2 4 5 6 7 ) ) ) ) a S i n ( k z r m 1 ’ ) € 2 ‘ ‘ 1 k ‘ r r d $ = / 0 j : 1 6 9 k : r a + 2 0 1 m ) + k x _ j k j 7 1 . a ‘ — e . 2 0 1 n ) + k m W R — 9 0 w a v e g u i d e i n t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d a r e t h o s e w h e r e t h e fi r s t i n d e x o f t h e m t h ' m o d e , a m , i s o d d , a n d t h e s e c o n d i n d e x , p m , i s e v e n . U s i n g t h i s f a c t , t h e f o l l o w i n g f o r m u l a s w i l l b e u t i l i z e d i n t h i s a p p e n d i x f o r t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t h e t w o t h i c k n e s s m e t h o d : T h i s a l l o w s ( A 2 3 ) t o b e r e w r i t t e n a s k x m ( e j k x a + 1 ) 2 _ A 2 8 ( i s . — e . . . ) ‘ ) T h e o t h e r i n t e g r a l t o b e e v a l u a t e d w i t h r e s p e c t t o t h e v a r i a b l e : 1 : i s e j h ' r ‘ l e fl ‘ a ‘ r n a _ 1 e j l t ' r a C — j h ‘ r m a _ _ 1 2 j ( k : 1 ; + k w m ) + 2 i ( k 1 : — k a r m ) e j k - I a + 1 e j k g j a + 1 2 _ 2 3 . 0 % + k x m ) — 2 i “ ) ? — k r m ) _ k fi e j k x a + 1 ) _ _ J ' ( k 7 . « f ~ . — k i l n ) a . / c o s ( k y m a f ) e fl ‘ ~ " ‘ r d . r = 0 ( A 2 9 ) T h e s e c o n d i n t e g r a t i o n v a r i a b l e i n ( A . 2 1 ) - ( A . 2 2 ) i s t h e y - d i m e n s i o n . T h u s , t h e 3 7 8 f o l l o w i n g i n t e g r a l s a r e e v a l u a t e d f o r u s e i n ( A . 2 1 ) - ( A . 2 2 ) : e j k y b e j k y m b _ 1 e j k y b e - j k y m b _ 1 2 j ( k y + k y m ) + 2 . 7 0 % ‘ k y m ) e j k y b _ 1 e j k y b _ 1 ‘ 2 ) ( k y + k y m ) + 2 ) ( k : , , - — k g . . . ) _ l r y ( e j k y b — 1 ) b . / C O S ( k ’ y r r i ' y k j k y y d y : 0 _ _ ( A s e ) . 7 0 9 3 _ k i l n ) b _ ’ j k y b j k y m b _ 1 j k y b — j k y m b _ _ 1 0 2 ( k y + k y m ) 2 0 % ! — k y m ) _ _ e j k y b — 1 + e j k i l / b - — 1 2 ( k y + k y m ) 2 ( k y “ k y m ) _ k y m ( 6 3 k y b T 1 ) ( A 3 1 ) ( k 3 ? ) _ k g ' m ) F o u r a d d i t i o n a l i n t e g r a l s w i t h r e s p e c t t o t h e p r i m e d v a r i a b l e s a r e a l s o u s e d i n t h e c o m p u t a t i o n o f ( A . 1 9 ) - ( A 2 0 ) . B y a p p l y i n g s i m i l a r t e c h n i q u e s , t h e r e m a i n i n g i n t e g r a l s w i t h r e s p e c t t o t h e p r i m e d v a r i a b l e s a r e e v a l u a t e d , p r o d u c i n g s i n ( k g , a : ) e — J fl d 1 : = — ( A 3 2 ) » / 0 I n ( k 2 _ k g n ) a I ' k , I k l : ( e - j k x a + 1 ) c o s ( k g r ) e ’ ] 3 4 ” " : ( 1 : 1 : 2 , ( A 3 3 ) / 0 I n . 7 0 5 3 ? — A 4 3 7 1 . ) b , ~ ‘ k , I k t y n ( e _ j k y b — 1 ) f 0 S i n l k y n y l e J i y y d ' y : ( k 2 _ 1 . 2 ) ( A 3 4 ) y y n 3 7 9 a b Z T E , 1 g l / 0 ) / 0 k m . 8 1 1 1 ( k a r ' r i - T ’ ) C 0 3 ( k g / ” 3 1 0 5 . 3 I 3 “ e — , . b ' e I y C l i l f l d y , . 7 0 2 3 _ k a r t ) b - I [ 0 c o s ( k y n y ’ ) e _ ] k y y d y ’ = — A . 3 . 1 F u n c t i o n v a l u e s f o r T B ; m o d e s T h e t r a n s v e r s e w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s a r e d i f f e r e n t f o r T E Z m o d e s a n d T 1 1 ] : m o d e s , a s s h o w n i n ( A . 1 ) - ( A 2 ) a n d ( A . 7 ) - ( A 8 ) . 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( A 4 0 ) A . 3 . 2 F u n c t i o n v a l u e s f o r T M 3 m o d e s T h e f u n c t i o n s f £ n ( k r , k y ) , f y n ( k x , k y ) , g m , , l ( k r , k r y ) , a n d g y m ( k r , k y ) a r e e v a l u a t e d f o r t h e T i l / { z m o d e s i n a m a n n e r s i m i l a r t o t h e s t e p s t a k e n i n s e c t i o n A . 3 . 1 f o r t h e T E Z m o d e s . B y u t i l i z i n g t h e i n t e g r a l s i n ( A 2 8 ) - ( A . 3 5 ) . t h e f u n c t i o n s a r e e v a l u a t e d . 3 8 1 f y n ( A I 7 3 7 ? 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B . 1 # 1 0 y 1 1 # 2 8 y 2 1 ( ) N o t e t h a t i n t h e t w o l a y e r g e o m e t r y , t h e s p a t i a l b o u n d a r y b e t w e e n t h e m a t e r i a l s i s i n v a r i a n t w i t h r e s p e c t t o t h e x - y p l a n e . U s i n g t h e i n v e r s e s p a t i a l F o u r i e r t r a n s f o r m a p p r o a c h f r o m s e c t i o n 3 . 7 o n ( B . 1 ) y i e l d s M o v i n g t h e d e r i v a t i v e s i n s i d e t h e i n t e g r a l a n d p e r f o r m i n g t h e d e r i v a t i v e s y i e l d s U s i n g t h e F o u r i e r i n t e g r a l t h e o r e m , t h e t e r m s i n t h e b r a c k e t s m a y b e s e t t o z e r o , y i e l d i n g t h e r e l a t i o n s h i p 1 1 1 1 1 1 ; ; ( k m , k g , : ) — 1 1 2 I ~ I g z ( k m , I c y , z ) = 0 . ( B A ) T a k i n g ( B A ) a n d a p p l y i n g t h e f o r w a r d t r a n s f o r m y i e l d s 3 8 3 w h i c h p r o d u c e s # 1 1 1 1 2 ( 1 3 , 1 1 , 2 1 ) = # 2 H 2 z ( £ 1 3 , 1 1 2 ) ~ ( 3 6 ) 3 8 4 0 0 1 1 3 ( 1 ‘ 1 1 " ’ = 4— 1 2 / / : ( 3 ‘ a fl a k y ) e z j ‘ 3 ( / 7 — 1 7 ' > d k , d k y . ( ( 3 . 2 ) A P P E N D I X C T H E R E L A T I O N S H I P O F T H E S I N G L E L A Y E R A N D T W O L A Y E R P A R A L L E L P L A T E G R E E N ’ S F U N C T I O N S R e c a l l f r o m ( 3 . 2 2 5 ) t h a t t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e d y a d i c G r e e n ‘ s f u n c t i o n f o r a t a n g e n t i a l l y d i r e c t e d s o u r c e i s r e p r e s e n t e d i n t h e s p a t i a l d o m a i n a s é P P 1 x , y , z ) = 0 0 , , A , ( 0 . 1 ) L G Z J : G z y A - w h e r e t h e A w a s n o t d e r i v e d i n t h i s s t u d y , a n d e a c h e l e m e n t o f t h e m a t r i x i s a f u n c t i o n o f t h e . s p a t i a l v a r i a b l e s x , y , a n d 2 . E a c h e l e m e n t c a n b e d e s c r i b e d b y i t s i n v e r s e t r a n s f o r m , T h i s a p p e n d i x d e m o n s t r a t e s t h a t t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e H e r t z i a n p o t e n t i a l d y a d i c G r e e n ’ s f u n c t i o n r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n w h e n b o t h l a y e r s a r e c o m p o s e d o f t h e s a m e m a t e r i a l . T h i s i s o n l y s h o w n f o r t h e f o u r e l e m e n t s w h i c h a r e n e e d e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d a n d t w o t h i c k n e s s m e t h o d 1 1 ( C l ) . F r o m C h a p t e r 3 , t h e e l e m e n t s o f t h e p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n s w h i c h a r e o f 3 8 5 i n t e r e s t f r o m ( 3 . 2 1 3 ) , ( 3 . 2 1 9 ) , ( 3 . 2 2 2 ) , a n d ( 3 . 2 2 4 ) a r e 1 1 2 4 1 1 1 1 1 _ _ I I T - , , _ [ 6 p l l z z l + e p 1 ( z + z ) — 2 c o s h p 1 z c o s h p 1 2 ' m g e p l d l ] , 6 1 1 7 ( k 1 7 7 k y 1 2 1 ' z i ) : m ( C 3 ) 6 n d , , k y , 2 , 2 ’ ) = — , — - — — 1 — — — . 3 2 1 1 1 1 1 1 1 0 1 [ j k m ( # 2 6 2 — 1 ) s i n h ( 2 p 2 ( d 1 — h » c o s h p l z ’ s i n h p l z ] , ( O 4 ) # 1 6 1 P 1 T m T e é y y ( k l - , k g , 2 : , 3 ’ ) 2 m . — 7 1 — 7 , ' 7 ' 7 , T _ [ e P 1 | ~ " l + € p 1 ( ~ + ~ ) — 2 c o s h p 1 z c o s h p l z ’ fl e 1 2 1 1 1 1 ] , 7 7 1 ( C 5 ) ( 3 ( k k z z ' ) — — — ; 1 — 2 y " T y ’ ’ 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 2 6 2 s i n h ( 2 p 2 ( d 1 - h ) ) / - J k — 1 c o s h z s m h z . 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( C . 9 ) U s i n g ( C . 7 ) , ( C 8 ) , a n d ( C 9 ) i n ( C 3 ) , a n d n o t i n g t h a t p 1 = [ 1 2 , p r o d u c e s ~ 1 G k 7 k : 3 I " ' 1 7 — . m I y Z Z ) 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I I " P l h e ‘ p 1 l 2 _ z l + e p 1 ( z + z J + 2 c o s h ( p 1 2 ) c o s h ( p g ’ ) , — e — — . s m h ( p 1 h ) ( 0 1 0 ) T h i s i s a l s o t h e e x p r e s s i o n f o r t h e o t h e r d i a g o n a l e l e m e n t , n y fl t x , k y , z , 2 ' ) . W h e n 5 1 = 6 2 a n d , 1 1 1 = 1 1 2 , t h e o f f - d i a g o n a l e l e m e n t s C z y ( k r , I c y , z , 2 ’ ) = O a n d fi z z / ( k m , k y , Z , 2 , ) = 0 . T h e d i a g o n a l e l e m e n t s o f t h e s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n a r e g i v e n 3 8 7 E : k k ~ 1 ? . 1 ? 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C . 1 C a s e 1 : z ’ > z I n e v a l u a t i n g t h e e x p r e s s i o n f o r t h e d i a g o n a l e l e m e n t , 6 1 : 3 ; ( k m , I c y , z , 3 ’ ) , w h e n t h e s o u r c e i s g r e a t e r t h a n t h e o b s e r v e r , | z — — z ’ l = z ' — z , y i e l d s ~ 1 G k , k , , ’ = , — — - M x y z z ) 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 e — p 1 ( Z ’ - 2 ) + e p 1 ( Z + z ’ ) + 2 ( 6 — 1 1 1 2 + e - p 1 Z ) ( e - P 1 2 ' + e - m Z ' ( C . 1 2 ) T h i s c a n b e e v a l u a t e d t o p r o d u c e C ( k k z 2 ’ ) — 1 . 1 7 3 3 I ) y : a j W fl l e p 1 ( h — z ’ + z ) + e p 1 ( h + z + z ’ ) + e — p 1 ( h + z — — z ’ ) + e — p 1 ( h + z + z ’ ) 4 1 7 1 s i n h ( p 1 h ) ( 0 1 3 ) T o e v a l u a t e t h e e x p r e s s i o n g i v e n b y H a n s e n , o b s e r v e f r o m F i g u r e C . 1 t h a t h i s 3 8 8 e _ p 1 h ) 4 s i n h ( p 1 h . ) 5 ' . I ‘ : 1 ? ( H ) ( k ; z ‘ a ( C y , Z , 2 ’ ) : d e r i v a t i o n u s e s a d i f f e r e n t s e t o f c o o r d i n a t e s t o e s t a b l i s h t h e s a m e G r e e n ’ s f u n c t i o n . A c h a n g e o f c o o r d i n a t e s i s m a d e w h e r e 2 ' = — ~ ; z a n d z = _ ~ h . - T h u s , t h e e q u i v a l e n t c a s e f o r z ' > z i s w h e r e z } , > z g . T h u s , w h e n 2 ; , > . 2 2 , t h e n | z h — z “ = z } , — 2 ) , . U s i n g t h e s e v a l u e s , ( C . 1 1 ) b e c o m e s 6 1 1 1 ( 1 - ( 2 / 1 - 4 , » + e - P 1 ( t - ( z h - Z ; , ) ) + e p 1 ( t - ( Z h + 3 ; , ) ) + e - I ) 1 ( t - ( z h + 2 ) , ) ) . 1 4 4 1 1 1 s i n h ( p 1 1 ) ( C ) M a k i n g t h e c h a n g e o f c o o r d i n a t e s , z ) , c a n b e r e p l a c e d b y — z ' , : 5 } , c a n b e r e p l a c e d b y — z , a n d t i s r e p l a c e d b y h . T h u s , ( C . 1 4 ) b e c o m e s 5 Y : 1 ? : 1 : ( H ) ( k - 1 3 1 k y ’ Z 1 Z I ) = e p 1 ( h + z — z ’ ) + e — p 1 ( h + z - z ’ ) + e p 1 ( h + z + z ' ) + e — p 1 ( h + z + z ’ ) 3 4 P 1 s i n h ( m t ) ( 0 1 5 ) w h i c h i s e q u i v a l e n t t o t h e t e r m i n b r a c k e t s s h o w n i n ( C . 1 3 ) . C . 2 C a s e 2 : z ’ < 2 I n e v a l u a t i n g t h e e x p r e s s i o n f o r t h e d i a g o n a l e l e m e n t , C m fl r r , k y , z , 2 ’ ) , w h e n t h e s o u r c e i s l e s s t h a n t h e o b s e r v e r , [ 2 : — z ’ l = z — 2 ' , y i e l d s ~ 1 G k , k : , , ' = _ — — - m < x y 2 Z ) fl w m p l ‘ P l h — P 1 ( Z — Z ’ ) P 1 ( Z + Z ’ ) 2 - P 1 Z - P 1 2 - P 1 2 ’ - P 1 2 ’ _ _ L _ _ 6 + 6 + ( 6 + 6 ) ( 6 + 6 ) 4 s i n h ( p 1 h ) ( C . 1 6 ) 3 8 9 ~ G l ‘ . ’ l ‘ ( k 1 ‘ 3 k y , z , 2 , ) = . 1 1 1 1 1 8 1 P . ( 1 1 1 ( 1 — z + z ’ ) + 6 ] ) 1 ( h + 3 + z ’ ) + e — P 1 ( h — z + z ’ ) + € - P 1 ( h + z + z ’ ) T h i s c a n b e r e a r r a n g e d t o p r o d u c e 4 1 1 1 s i n h ( p 1 h ) ( C . 1 7 ) T o e v a l u a t e t h e e x p r e s s i o n g i v e n b y H a n s e n , n o t e f r o m F i g u r e C . 2 t h a t t h e e q u i v - 1 - , , , , , 1 , , 1 . , _ 1 _ , 1 _ a l e n t c a s e f o r z < z 1 8 w h e r e 1 . } , < “ 1 1 ' T h u s , w h e n 2 ; , < “ 1 2 , 1 t h e n I s } , 2 1 1 — “ h Z h - U s i n g t h e s e v a l u e s , ( C . 1 1 ) b e c o m e s @ I $ ( H ) ( k m 1 k y ’ Z , 2 , ) : - e p 1 ( t ~ ( 2 ; , * z h ) ) + 8 — 1 1 1 ( t - ( Z ; , - 2 1 L ) ) + € P 1 ( t - ( ~ ’ h + 3 ; , ) ) + e - P 1 ( t - ( Z h + 3 ; , ) ) 4 P 1 s i n h ( P 1 1 ) ( C . 1 8 ) M a k i n g t h e c h a n g e o f c o o r d i n a t e s , 3 ; , c a n b e r e p l a c e d b y — z ' , 2 } , c a n b e r e p l a c e d b y - — z , a n d t i s r e p l a c e d b y h . T h u s , ( C . 1 8 ) b e c o m e s é m ( H ) f k r v k y a 3 1 3 ’ ) = 8 1 1 1 ( h . — z + z ’ ) + e — p 1 ( h — z + z ’ ) + e p 1 ( h + z + z ’ ) + e — p 1 ( h + z + z ’ ) 4 p 1 s i n h ( p l h ) ’ ( C . 1 9 ) w h i c h i s e q u i v a l e n t t o t h e t e r m i n b r a c k e t s s h o w n i n ( C . 1 7 ) . T h u s , f o r t h e c o o r d i n a t e s y s t e m u s e d i n t h e t w o l a y e r m e t h o d , w h e n b o t h l a y e r s a r e c o m p o s e d o f t h e s a m e m a t e r i a l , t h e e x p r e s s i o n f o r t h e t w o l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n r e d u c e s t o t h e s i n g l e l a y e r p a r a l l e l p l a t e G r e e n ’ s f u n c t i o n f o r t h e fi r s t t w o d i a g o n a l e l e m e n t s . T h i s d e r i v a t i o n d o e s n o t e x p l o r e t h e e l e m e n t s f o r t h e t h i r d c o l u m n o f t h e G r e e n ’ s f u n c t i o n , s i n c e t h e n o r m a l c o m p o n e n t s o f t h e c u r r e n t i n 3 9 0 Z 1 a ) Z I > Z b ) Z h < Z h : : Z Z O 4 : Z Z O ‘ z ' ‘ Z h 2 2 — 6 1 1 C Z . 3 1 1 : : Z _ — _ _ h < : Z Z t Z F i g u r e C . 1 . E q u i v a l e n t p r o b l e m c o o r d i n a t e s y s t e m s f o r a ) t h i s d i s s e r t a t i o n a n d b ) H a n s o n ’ s d e r i v a t i o n . F o r c a s e 1 , w h e r e z , > : 5 . t h e a p e r t u r e w e r e n o t u s e d i n t h e s e m e t h o d s . 3 9 1 Z 1 a ) z > z ’ b ) Z h > Z h : : Z Z O 4 : Z Z O C Z . 3 1 1 Z Z — d l D Z , 0 2 ; , : ; Z = — h A v : Z Z t 1 F i g u r e C . 2 . E q u i v a l e n t p r o b l e m c o o r d i n a t e s y s t e m s f o r a ) t h i s d i s s e r t a t i o n a n d b ) H a n s o n ’ s d e r i v a t i o n . F o r c a s e 2 , w h e r e z ’ < z . 3 9 2 A P P E N D I X D W A V E G U I D E C U T O F F F R E Q U E N C I E S F O R W R — 9 0 W A V E G U I D E 3 9 3 [ I n d e x ( p ) I M o d e I f c u t o f f ( G H Z ) J 1 T E 1 0 6 . 5 5 7 2 T E 3 0 1 9 . 6 7 1 3 T E 1 2 3 0 . 2 2 7 4 T 1 1 1 1 2 3 0 . 2 2 7 5 T E 5 0 3 2 . 7 8 6 6 T E 3 2 3 5 . 4 6 3 7 T f l / [ 3 2 3 5 . 4 6 3 8 T E 5 2 4 4 . 1 0 9 9 T M 5 2 4 4 . 1 0 9 1 0 T E 7 0 4 5 . 9 0 0 1 1 T E 7 2 5 4 . 5 6 6 1 2 T 3 1 7 2 5 4 . 5 6 6 1 3 T E Q O 5 9 . 0 1 4 1 4 T E 1 4 5 9 . 3 7 7 1 5 T 1 1 1 1 4 5 9 . 3 7 7 1 6 T E 3 4 6 2 . 2 0 7 1 7 T A 1 3 4 6 2 . 2 0 7 1 8 T E 9 2 6 5 . 9 8 0 1 9 T 1 1 1 9 2 6 5 . 9 8 0 2 0 T E 5 4 6 7 . 5 1 0 2 1 T 3 1 5 4 6 7 . 5 1 0 2 2 T E 1 1 0 7 2 . 1 2 9 2 3 T E 7 4 7 4 . 7 6 3 2 4 T 1 1 1 7 4 1 7 4 . 7 6 3 2 5 T E 1 1 2 7 7 . 9 3 1 2 6 T M 1 1 2 7 7 . 9 3 1 2 7 T E 9 4 8 3 . 4 5 9 2 8 T M 9 4 8 3 . 4 5 9 2 9 T E 1 3 0 8 5 . 2 4 3 3 0 T E 1 6 8 8 . 7 6 4 3 1 T 1 1 1 1 6 8 8 . 7 6 4 T a b l e D 1 I n d e x o f w a v e g u i d e m o d e s a n d c u t o f f f r e q u e n c i e s f o r W R — 9 0 W a v e g u i d e 3 9 4 A P P E N D I X E T R A N S V E R S E A P E R T U R E M O D E F U N C T I O N S A N D A S S O C I A T E D I N T E G R A L S T h i s a p p e n d i x p r o v i d e s t h e r e a d e r w i t h t h e d e s c r i p t i o n o f t h e t r a n s v e r s e a p e r t u r e m o d e f u n c t i o n s p r e s e n t i n t h e a p e r t u r e r e g i o n . T h e s e m o d e f u n c t i o n s a r e u s e d i n t h e t w o i r i s m e t h o d . I n a d d i t i o n , t h e c a l c u l a t i o n o f t h e a s s o c i a t e d i n t e g r a l s a n d f u n c t i o n s w h i c h a r e u s e d i n t h e t w o i r i s m e t h o d a r e s h o w n . E . 1 T r a n s v e r s e A p e r t u r e M o d e F u n c t i o n s T h e a p e r t u r e r e g i o n w h i c h e x i s t s i n t h e t w o i r i s m e t h o d m a y b e t h o u g h t o f a s a w a v e g u i d e w i t h d i f f e r e n t d i m e n s i o n s . T h e t r a n s v e r s e a p e r t u r e m o d e e x p a n s i o n f u n c - t i o n s a r e t h u s t h e w e l l — k n o w n w a v e g u i d e m o d e f u n c t i o n s s h o w n i n A p p e n d i x A , w i t h d i f f e r e n t d i m e n s i o n s f o r t h e w a v e g u i d e w a l l s . F o r T E z m o d e s , t h e m o d e f u n c t i o n s f o r t h e n t h m o d e a r e é ' g i p b a ) 7 " n g ' v n [ I k A y n C O S ( 1 6 2 1 1 7 7 1 6 1 3 _ 2 3 1 ) ) 8 1 1 1 ( k A y ' n ( y _ 3 1 1 ) ) — 3 : / ( A I / 1 . 1 7 1 . ) S i n ( k A I a n — 3 3 1 ) ) C O S ( k A y n ( y — ' 9 0 ) ] ( E 1 ) . 1 1 1 ) K U 7 1 . 1 1 7 1 . 7 1 1 3 , 1 3 1 7 ) 2 W [ I k A x n 5 1 1 1 ( k A 1 1 1 ( I " ' " 3 7 1 ) ) C O S ( k A y n i y — " 9 1 ) ) n + 9 k r ’ l y n C O S ( k t / 1 . 1 7 1 1 6 1 : — 3 3 1 ) ) 8 1 1 1 ( k A y - n ( y _ 9 1 ) ) 1 ( E 2 ) S i n c e t h i s i s a T E z m o d e , t h e d i r e c t i o n a l i m p e d a n c e f o r t h e n t h m o d e i n t h e a p e r t u r e fi l l e d w i t h f r e e s p a c e i s ( 1 ] ) ( T E ) 0 1 , 1 1 0 7 : 1 1 ( a 3 ) A d d i t i o n a l t e r m s u s e d i n t h i s a p p e n d i x a r e u n w v n w k a = — , k ; , = — , 1 3 . 4 A m A ] : A y n , A y ( ) . 2 _ . 2 . ‘ 2 . _ . ‘ 2 , . ‘ 2 k c A n _ A A x t n + k ' A y n ? A Z ” _ k 0 — A ‘ c A n ' ( E ' S ) U 1 " 2 0 , 1 , 2 , ' U n : 0 , 1 , 2 , . . . . . , U r n , + ’ U n > 0 . F o r T 1 1 1 ; m o d e s , t h e m o d e f u n c t i o n s a r e E S P U T ) 2 N 3 3 v n [ “ i i k A x n C O S ( 1 9 1 1 7 1 0 3 _ 5 3 1 ) ) S i n ( k A y n ( y _ 9 1 ) ) ‘ g k A y n S i n ( k A x n ( $ — 1 3 1 ) ) C 0 5 ( k A y n , ( y — 9 0 ) ] ( E 6 ) a N a p . ( l v , . U A . h n p h s ) Z 2 7 % [ g - T k A y ' n 8 1 1 1 ( k A . r n ( I — 4 3 1 ) ) C O S ( k A y ' n i y — 3 1 1 ) ) n . ‘ Q k A z r n C O S ( I f / { I n i l ' _ 1 1 ) ) 5 i n ( k A y r z ( y _ 3 1 0 ) ] I L " : 1 , 2 , . . . U " = 1 , 2 , . . . . . ( E . 7 ) T h e a p e r t u r e i m p e d a n c e f o r t h e n t h T M 3 m o d e i n t h e a p e r t u r e f i l l e d w i t h f r e e s p a c e i s d e f i n e d a s t a p i k ; Z g fl T r I ) = n . w e o ( E 8 ) . . y a . ( I . . o . T h e a p e r t u r e n o r m a h z a t l o n c o n s t a n t s N W 1 : m a n d K u f i . W a r e f o u n d i n a S l m l l a r m a n n e r t o t h e w a v e g u i d e c o n s t a n t s f o u n d i n A p p e n d i x A . T h e y a r e g i v e n b y 2 u . 0 , 1 ! . 0 k c A ' r n / A - T A E I n 7 ' 5 n # R i f i i o n 2 ( E 9 ) V 5 _ u = O 0 7 ‘ v : 1 “ c h A . 1 : A g n n 3 9 6 . e — k I d . x 5 A a I x A - 1 3 7 ' 1 1 / 2 : S i n ( / / A 3 . S l I l y t y l ( k ( A l k A r A r y , ( z 1 I n f $ M y — ’ 5 , — 5 I 1 ) n l _ 9 1 ) » ) 6 c 1 ) _ _ I J , - v I . . I I y y d y c o s n 7 r e ) k ‘ g ” , = k A r , = — A : k A A ] ’ r y n . [ [ ” [ c m o s I n m ( ( n v n A , V r I ) k A ' 7 ( k y _ e 2 j — y k e ‘ j k y y l ] I E - 1 7 ) j “ k _ ' l k W _ _ t I x I A A A l ‘ " y g y - - m — n ) ) — - n k a l ] ( E l e - A — J j ‘ W I } - 1 1 5 ) 6 ) 3 ( ( B y u s i n g a s i m i l a r p r o c e d u r e , t h e n o r m a l i z a t i o n c o n s t a n t f o r t h e T 1 1 4 c a s e i s 2 k c A n V A l f / 4 y . 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B y u t i l i z i n g t h e i n t e g r a l s n ( E . 1 5 ) - ( E 2 2 ) , t h e f u n c t i o n s a r e e v a l u a t e d , p r o d u c i n g A r a p U n " l n g i i f o C I a k g ) 2 “ W A I / A A r r z k A y n n . [ ( ' o s ( u . I I , 7 r ) e _ - j k $ $ " _ * e j k ‘ r r l ] [ 6 0 8 ( 1 ’ n 7 l ' ) € - j k y y t _ e — j k y y z ] ( E 2 8 ) I 2 ' j ( k 3 / — k A y n X A ' J ‘ _ k A r n ) a p N 3 5 1 m f w d / A l v a k y ) : W k a A I n k A g / n ' [ c o s ( u . 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E . 3 . 1 I n t e g r a l u s e d i n D 2 a n d D 3 C a l c u l a t i n g t h e m a t r i x e l e m e n t s f o r t h e m a t r i c e s D 2 a n d D 3 r e q u i r e s t h e e v a l u a t i o n o f t h e i n t e g r a l f o u n d i n ( 7 . 3 9 ) , w h i c h i s g i v e n b y / 5 5 5 9 ( 5 ) - 5 3 % " ; d e ( E 3 2 ) n a p F o u r p o s s i b l e c a s e s e x i s t f o r t h e e v a l u a t i o n o f t h i s i n t e g r a l , d e p e n d i n g o n w h e t h e r t h e m o d e i s T E ; o r T A / I z . T h e fi r s t c a s e , w h i c h i s t h e c o u p l i n g b e t w e e n t h e T E w g 1 ’ » n 1 , ” U m , . ( I . 2 . m o d e a n d t h e T E U L ‘ I I T , m o d e , 1 8 e v a l u a t e d h e r e . B y u s i n g t h e m o d e f u n c t i o n s i n ( A . 1 ) a n d ( E l ) , t h e i n t e g r a l m a y b e w r i t t e n a s u m U m . 4 A T E . . 4 T E , A , / § 2 6 7 1 1 2 “ ) ( 5 ) ' 6 : “ ) ( fi l d s = A u g K g i i v n ' u p 1 3 7 ' y t / / [ i ' k y m c o s ( l e m m a ? ) s i n ( k y m y ) — Q ( k x m ) s i n ( k x m r r ) c o s ( k g / m m ] - w A : [ i k A y n C 0 5 ( ’ I C A : 1 : 7 2 . ( 3 3 ’ 3 3 1 ) ) S i n ( k A y n ( y — 3 1 1 ) ) _ y k A I n S i n ( k A z r n ( 4 r — 3 7 ) ) C 0 5 ( k A y n ( y — 9 0 ) ] ( 1 1 7 d y ( E 3 3 ) 4 0 1 T E - 6 + 7 2 : ’ 2 . “ - o ' T E ) ( fi ) ' 6 3 M ) ( fi l d s : ' , v fi K g a g g ' l I / m ' f u p B y c a r r y i n g o u t t h e d o t p r o d u c t , ( E 3 3 ) c a n b e r e a r r a n g e d , y i e l d i n g I r y t k y m k A g / n / C O S ( M i r a - " 1 7 ) C O S “ A r - 7 & 1 " “ $ 1 ) ) d : 1 7 / S i “ ( k y m y ) S i “ ( A l A y n U / — y l l l d ' y . 1 ' 1 3 ! ] I r { I t * k r m k A x n / s i n ( 1 6 1 7 7 2 . 1 1 3 ) s i n ( k A m h t — — 3 3 1 ) ) ( 1 1 : / c o s ( k y m y ) C 0 S ( k A y n . ( y — 9 1 ) ) d y $ 1 I ” ( 1 3 . 3 4 ) T h e i n t e g r a l s i n ( E l - . 3 4 ) a r e s t a n d a r d i n t e g r a l s i n t e g r a l s t h a t a r e n e e d e d t o e v a l u a t e n o t o n l y t h i s c a s e , b u t a l s o o t h e r c a s e s a s w e l l . T o s i m p l i f y t h e n o t a t i o n f o r t h e o t h e r c a s e s , t h e s e i n t e g r a l s t a k e a c o m m o n f o r m , w h e r e t h e e x p r e s s i o n f o r t h e s e d e f i n i t e i n t e g r a l s a r e [ 6 4 ] ( 1 2 ( D 1 ( A , B , C , D , ( 1 1 , 0 2 ) = 2 / c o s ( A m + B ) c o s ( C 1 ? + D ) d 1 ? 0 ‘ 1 _ s i n [ ( A — C ) : c + ( B — 0 ) ] + s i n [ ( A + C ) 2 : + ( B + 0 ) ) “ 2 _ 2 ( A — C ) 2 ( A + C ) 0 1 ( 1 3 . 3 . 5 ) 0 ' 2 ( 1 ) 2 ( A , B , C , D , 0 1 , a 2 ) 2 / s i n ( A 2 : + B ) s i n ( C a : + D ) d : 1 : 0 1 _ s i n [ ( A — C ) . n + ( B — 0 ) ] _ s i n [ ( A + C ) ; z : + ( B + 0 ) ) " 2 — 2 ( A - — C ) 2 ( A + C ) 0 1 ( £ 3 . 3 6 ) U s i n g t h e e x p r e s s i o n s f o u n d i n ( E 3 5 ) a n d ( E 3 6 ) , t h e i n t e g r a l f o r C a s e 1 i s w r i t t e n 4 0 2 { k ‘ y ' m k A y ' n ¢ 1 ( ] € L I / ‘ T n 3 0 3 k A - J m a “ k A x 7 1 $ l v $ l v 1 ' 7 ‘ ) ( I ) 2 ( k ’ y m ’ 0 ’ k A Z / n ’ — k A ' £ / n y l ’ y " y t ) 8 . 8 u m 0 7 7 1 n ' _ . ' 9 T E _ I . ' T E ; / Q g r a t i n ) ( 5 ) , 8 7 3 1 1 4 ) ( fi ' ) d s = R w y K 3 2 0 a ' p _ k f n ' l k / l i l f n q ) 1 ( k y n l v 0 7 k A y n a — k A y T L y l ) y l i y t ) q ) 2 ( k l r m a O i k A I n a _ k A Q ' n x l a ( C l , 1 1 % ) } ( E 3 7 ) T h e r e m a i n i n g t h r e e c a s e s a r e e v a l u a t e d u s i n g t h e c o r r e c t m o d e f u n c t i o n s f o u n d i n ( A . 1 ) , ( A . 7 ) , ( E 1 ) a n d ( E 6 ) . I n a d d i t i o n , t h e e x p r e s s i o n s f o r t h e d e fi n i t e i n t e g r a l s f o u n d i n ( E 3 5 ) a n d ( E 3 6 ) a r e u s e d i n e a c h c a s e . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n s e c t i o n 7 . 6 . 2 . E . 3 . 2 C a l c u l a t i o n o f t h e I n t e g r a l u s e d i n D 4 a n d b 2 C a l c u l a t i n g t h e m a t r i x e l e m e n t s f o r t h e m a t r i c e s D 4 a n d ( ) 2 r e q u i r e s t h e e v a l u a t i o n o f t h e i n t e g r a l f o u n d i n ( 7 . 4 0 ) . T h i s e q u a t i o n i s / 5 3 5 ( 5 ) . m a g m a s . ( E 3 8 ) n a p S i m i l a r t o t h e i n t e g r a l d e s c r i b e d i n s e c t i o n E . 3 . 1 f o u r p o s s i b l e c a s e s e x i s t f o r t h e e v a l u a t i o n o f t h i s i n t e g r a l , d e p e n d i n g o n w h e t h e r t h e m o d e i s T E Z o r T M 2 . T h e fi r s t c a s e , w h i c h i s t h e c o u p l i n g b e t w e e n t h e T E S fi W m m o d e a n d t h e T E L ’ f v n m o d e , i s e v a l u a t e d h e r e . 4 0 3 - " I 1 ' 7 . - [ 9 u " ; I ? ( k A i A 1 : d - s = 1 n , s l 1 1 3 . , 4 2 1 k A 1 Z K ( m 9 1 I , ) ( 9 7 t L m ( T E ) - T — K Z - 3 3 9 A P v T ( 7 3 6 1 ) ) ; E A c ) o / Q u p ‘ 0 1 “ I ( t ) y / 1 3 1 A $ ) / 1 . s ( k A y m ( y — 3 1 1 ) ) ( E 3 9 ) / g a p 1 3 m 0 k % m - i i n A A < m d s — — ) k ‘ A x m 3 3 7 ‘ s i n ( 9 1 3 7 1 ‘ c o s ( k m x ) c o s ( + k y n k A y m y t - / 3 1 1 s i n ( k y n y ) K Z 1 i fi fl d 6 m m m v E s T ) ) i n K g k n ( y t C O S ( k l / fl i ( A y k p a ) A v T t n E m ) ( $ C O S ' ( — 3 3 5 ) ) d a : k A y m ( y _ y l ) ) d y x s m ( $ — 2 : 1 ) i n ( k A y m ( ) y d : 1 ; — y l ) ) d y . ( E 4 2 ) / l m / l A B y u s i n g t h e m o d e f u n c t i o n s i n ( E 2 ) a n d ( A 2 ) , t h e i n t e g r a l m a y b e w r i t t e n a s + Q k A y m C O S ( k A x m ( $ — 3 3 1 ) ) 3 1 1 1 ( k A y m ( y _ y l ) ) ] ' ( B A G ) [ i k m s i n ( 1 9 m m ) c o s ( k y n y ) + y k y n c o s ( 1 3 m m ) s i n ( k - y 7 z y ) ] d 1 ? d y . ( E 4 1 ) T h i s e q u a t i o n c a n b e r e w r i t t e n a s N o t e t h a t t h e i n t e g r a l s a r e t h e d e fi n i t e i n t e g r a l s i n ( E 3 5 ) a n d ( E 3 6 ) . U s i n g t h e s e , 4 0 4 T h a l i p t ( [ 7 ) ' T h ! u n “ ‘ l ( m d s - _ — _ / u p K ' 3 f . 5 2 t fl 7 / " g ( ' ” 1 T m E ; ) K 3 Z S 2 M 9 1 n T . E ' n , ) . t h e s o l u t i o n f o r t h e fi r s t c a s e i s k r n k A x m © l ( k A y m a _ k A y m y l v k y n a 0 : y l a y t ) q ) 2 ( k A . r m a _ k A m - m x l a k r n i 0 7 1 7 1 3 3 7 7 ) k y 7 l k A y m ¢ l ( k A m m a _ k ‘ A x m m l v k i n : 0 1 1 : 1 ) $ T ) ( I ) 2 ( k A y m a ’ k A y ' I ' r ' I , ? / l s k y n a 0 ' ) y l a g t ) - ( 1 3 . 4 3 ) T h e r e m a i n i n g t h r e e c a s e s m a y b e e v a l u a t e d u s i n g t h e c o r r e c t m o d e f u n c t i o n s f o u n d i n ( A 2 ) , ( A . 8 ) , ( E 2 ) a n d ( E 7 ) T h e e x p r e s s i o n s f o r t h e d e fi n i t e i n t e g r a l s f o u n d i n ( E 3 5 ) a n d ( E 3 6 ) a r e u s e d i n e a c h c a s e . T h e r e s u l t s a r e s h o w n i n s e c t i o n 7 . 6 . 3 . 4 0 5 A P P E N D I X F N O M I N A L M A T E R I A L P A R A M E T E R S U S E D I N S I M U L A T I O N S A N D E X T R A C T I O N S I F r e q u e n c y ( G H Z ) I 6 ; . I 6 4 . , I “ I . I , q u I 8 . 2 0 2 . 6 5 0 9 2 0 . 0 0 7 6 8 1 1 0 8 . 4 1 2 . 6 4 9 7 6 1 0 . 0 0 7 8 6 2 1 0 8 . 6 2 2 . 6 4 9 3 1 6 0 . 0 0 7 0 0 8 1 0 8 . 8 3 2 . 6 4 9 9 3 5 0 . 0 0 8 6 7 8 1 0 9 . 0 4 2 . 6 4 8 9 0 5 0 . 0 0 8 8 3 7 1 0 9 . 2 5 2 . 6 4 7 9 5 9 0 . 0 1 0 1 5 1 0 9 . 4 6 2 . 6 4 8 7 3 9 0 . 0 1 0 4 5 9 1 0 9 . 6 7 2 . 6 4 7 9 9 3 0 . 0 1 2 6 8 7 1 0 9 . 8 8 2 . 6 4 9 1 6 4 0 . 0 0 9 4 8 4 1 0 1 0 . 0 9 2 . 6 4 7 7 7 8 0 . 0 1 0 3 9 9 1 0 1 0 . 3 0 2 . 6 4 8 1 7 5 0 . 0 0 8 6 9 5 1 0 1 0 . 5 1 2 . 6 4 6 8 1 8 0 . 0 0 9 8 1 4 1 0 1 0 . 7 2 2 . 6 4 5 3 3 2 0 . 0 1 2 1 3 5 1 0 1 0 . 9 3 2 . 6 4 5 8 6 9 0 . 0 1 2 1 6 8 1 0 1 1 . 1 4 2 . 6 4 5 3 3 7 0 . 0 1 3 3 7 1 0 1 1 . 3 5 2 . 6 4 5 2 0 5 0 . 0 1 2 3 0 9 1 0 1 1 . 5 6 2 . 6 4 4 1 8 0 . 0 1 2 5 3 4 1 0 1 1 . 7 7 2 . 6 4 3 8 5 9 0 . 0 1 1 2 9 9 1 0 1 1 . 9 8 2 . 6 4 1 8 7 1 0 . 0 1 1 9 5 8 1 0 1 2 . 1 9 2 . 6 4 4 3 9 3 0 . 0 1 6 0 0 8 1 0 1 2 . 4 0 2 . 6 4 1 8 3 9 0 . 0 1 3 9 8 1 1 0 T a b l e F . 1 . N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r P l e x i g l a s s , e = 6 0 ( E I . — j a g ! ) a n d n = # 0 0 1 4 . — j u g ) . T h e s e d a t a w e r e o b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . 4 0 6 I F r e q u e n c y ( G H Z ) I ( I I 4 ' M r I , u fl 8 . 2 0 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 8 . 4 1 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 8 . 6 2 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 8 . 8 3 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 9 . 0 4 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 9 . 2 5 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 9 . 4 6 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 9 . 6 7 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 9 . 8 8 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 0 . 0 9 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 0 . 3 0 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 0 . 5 1 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 O 1 0 . 7 2 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 0 . 9 3 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 1 . 1 4 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 1 . 3 5 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 1 . 5 6 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 1 . 7 7 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 1 . 9 8 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 2 . 1 9 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 1 2 . 4 0 3 . 0 4 0 0 0 0 . 0 4 5 6 0 1 0 T a b l e F . 2 . N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r N y l o n , 6 2 6 0 ( 6 4 . — 3 ' 6 4 ! ) a n d p = # 0 0 1 4 . — j u g ) . T h e s e v a l u e s w e r e e s t i m a t e d f r o m d a t a f o u n d i n [ 6 ] , F i g u r e s 2 7 a n d 2 8 , a n d w e r e u s e d i n s i m u l a t i o n s a n d t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s . 4 0 7 I F r e q u e n c y ( G H Z ) I a ; I 6 ’ ; I n ; I n ? I 8 . 2 0 2 . 7 4 0 0 0 0 . 0 2 0 5 5 1 0 8 . 4 1 2 . 7 4 0 0 0 0 . 0 2 0 5 5 1 0 8 . 6 2 2 . 7 4 0 0 0 0 . 0 2 0 5 5 1 0 8 . 8 3 2 . 7 4 0 0 0 0 . 0 2 0 5 5 1 0 9 . 0 4 2 . 7 4 0 0 0 0 . 0 2 0 5 5 1 0 9 . 2 5 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 7 5 1 0 9 . 4 6 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 7 5 1 0 9 . 6 7 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 7 5 1 0 9 . 8 8 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 7 5 1 0 1 0 . 0 9 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 1 0 2 1 0 1 0 . 3 0 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 1 0 2 1 0 1 0 . 5 1 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 7 5 1 0 1 0 . 7 2 2 . 7 3 0 0 0 0 . 0 2 0 4 8 1 0 1 0 . 9 3 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 2 0 1 3 1 0 1 1 . 1 4 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 1 9 8 6 1 0 1 1 . 3 5 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 1 9 5 8 1 0 1 1 . 5 6 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 1 9 8 6 1 0 1 1 . 7 7 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 2 0 1 3 1 0 1 1 . 9 8 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 2 0 4 0 1 0 1 2 . 1 9 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 2 0 6 7 1 0 1 2 . 4 0 2 . 7 2 0 0 0 0 . 0 2 0 4 0 1 0 T a b l e F . 3 . N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r P V C , 6 = 6 0 ( 6 4 . — 3 ' 6 ? ) a n d p = p . 0 ( u ’ r — j u g ) . T h e s e v a l u e s w e r e e s t i m a t e d f r o m d a t a f o u n d i n [ 6 ] , F i g u r e s 2 7 a n d 2 8 , a n d w e r e u s e d i n s i m u l a t i o n s a n d t w o l a y e r m e t h o d e x t r a c t i o n s . 4 0 8 I F r e q u e n c y ( G H Z ) I e ' r J n ; , u I . ’ 8 . 2 0 2 1 . 8 6 3 8 5 6 0 . 3 8 9 6 8 7 2 . 0 8 7 7 4 2 . 5 3 7 0 6 2 8 . 4 1 2 1 . 8 8 3 9 2 9 0 . 3 1 8 7 3 7 2 . 0 2 9 6 4 6 2 . 5 0 6 9 1 2 8 . 6 2 2 1 . 9 2 0 5 0 7 0 . 3 2 4 5 5 9 1 . 9 8 5 7 2 3 2 . 4 8 4 3 8 5 8 . 8 3 2 1 . 9 6 7 4 6 5 0 . 3 3 3 0 6 6 1 . 9 3 3 8 2 7 2 . 4 6 2 5 3 9 9 . 0 4 2 1 . 9 6 4 6 9 2 0 . 3 4 3 6 3 3 1 . 8 9 8 9 0 6 2 . 4 5 0 0 4 4 9 . 2 5 2 2 . 0 0 1 9 0 6 0 . 3 5 3 7 9 1 1 . 8 5 5 6 0 2 2 . 4 2 8 0 2 9 9 . 4 6 2 2 . 0 3 1 3 1 5 0 . 3 4 5 2 8 5 1 . 8 0 6 9 6 1 2 . 4 1 4 1 8 5 9 . 6 7 2 1 . 9 8 8 0 2 5 0 . 3 6 8 6 2 6 1 . 7 6 0 2 6 5 , 2 . 4 0 1 0 5 9 9 . 8 8 2 2 . 0 0 7 3 9 6 0 . 3 3 2 0 4 4 1 . 7 1 1 0 8 1 2 . 3 7 6 2 3 4 1 0 . 0 9 2 2 . 0 3 6 0 9 4 0 . 3 3 1 9 1 1 . 6 6 7 8 7 6 2 . 3 5 3 7 2 7 1 0 . 3 0 2 2 . 0 5 0 9 9 2 0 . 2 7 3 6 7 7 1 . 6 1 5 4 6 1 2 . 3 2 1 9 1 3 1 0 . 5 1 2 2 . 0 9 7 6 8 7 0 . 3 0 8 8 4 3 1 . 5 9 0 7 3 2 . 3 0 4 8 5 6 1 0 . 7 2 2 2 . 1 4 0 5 1 2 0 . 3 4 6 6 3 1 . 5 5 6 9 1 3 2 . 2 8 4 4 0 5 1 0 . 9 3 2 2 . 1 4 7 1 4 4 0 . 3 9 7 8 6 3 1 . 5 2 2 4 2 4 2 . 2 6 3 5 0 6 1 1 . 1 4 2 2 . 1 2 9 6 3 6 0 . 3 9 0 0 5 9 1 . 4 8 1 5 9 4 2 . 2 4 9 6 7 5 1 1 . 3 5 2 2 . 1 0 0 2 8 9 0 . 3 9 6 2 5 1 . 4 4 0 7 9 4 2 . 2 3 4 2 1 8 1 1 . 5 6 2 2 . 0 3 0 0 0 4 0 . 4 4 0 1 5 7 1 . 4 1 0 8 1 2 . 2 1 2 9 9 1 1 1 . 7 7 2 2 . 1 0 3 8 7 7 0 . 3 5 6 6 3 6 1 . 3 6 1 6 3 9 2 . 1 8 9 4 7 4 1 1 . 9 8 2 2 . 0 6 1 6 0 8 0 . 3 1 4 1 6 6 1 . 3 2 5 8 8 7 2 . 1 7 3 0 5 4 1 2 . 1 9 2 1 . 9 5 8 8 1 6 0 . 3 0 1 3 3 1 . 2 9 6 2 5 5 2 . 1 5 3 0 8 3 1 2 . 4 0 2 2 . 2 4 3 4 9 0 . 1 6 6 1 4 4 1 . 2 4 5 4 1 8 2 . 1 0 9 9 6 5 T a b l e F . 4 . N o m i n a l m a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r F G M 4 0 , e = 6 0 ( e fi . — — j e I ’ ) a n d u = # 0 0 4 . — j n f r ’ ) . T h e s e d a t a w e r e o b t a i n e d u s i n g t h e w a v e g u i d e T / R m e t h o d . D a t a p r o v i d e d b y C a p t a i n M i l o H y d e I V f r o m t h e A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , W r i g h t - P a t t e r s o n A F B , D a y t o n , O H . 4 0 9 [ F r e q u e n c y ( G H z ) I 6 ; . I 6 ’ . ’ I [ 1 , 7 6 1 [ 1 “ T 8 . 2 0 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 8 . 4 1 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 8 . 6 2 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 8 . 8 3 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 9 . 0 4 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 9 . 2 5 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 9 . 4 6 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 9 . 6 7 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 9 . 8 8 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 . 0 9 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 . 3 0 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 . 5 1 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 . 7 2 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 . 9 3 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 . 1 4 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 . 3 5 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 . 5 6 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 . 7 7 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 . 9 8 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 2 . 1 9 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 1 2 . 4 0 1 . 5 0 0 . 0 0 0 0 0 1 1 0 T a b l e F . 5 . M a t e r i a l p a r a m e t e r s f o r M a t e r i a l 1 . 5 , e = C U R L — j a g ! ) a n d , u = # 0 0 1 1 . — j y fi . ’ ) . T h e s e v a l u e s a r e f o r a fi c t i t i o u s m a t e r i a l a n d a r e u s e d i n t h e s e n s i t i v i t y a n a l y s i s t o s i m u l a t e a l o w l o s s , l o w - d i e l e c t r i c c o n s t a n t m a t e r i a l 4 1 0 B I B L I O G R A P H Y 4 1 1 B I B L I O G R A P H Y [ 1 ] A . v o n H i p p e l , e d . , D i e l e c t r i c M a t e r i a l s a n d A p p l i c a t i o n s , M I T P r e s s , C a m b r i d g e , M a s s a c h u s e t t s , 1 9 6 1 . [ 2 ] R . J . C o o k , R . G . J o n e s , C . B . R o s e n b e r g , “ C o m p a r i s o n o f C a v i t y a n d O p e n - R e s o n a t o r M e a s u r e m e n t s o f P e r m i t t i v i t y a n d L o s s A n g l e a t 3 5 G H z , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 2 3 , n o . 4 , p p . 4 3 8 - 4 4 2 , D e c . 1 9 7 4 . [ 3 ] A g i l e n t B a s i c s o f M e a s u r i n g t h e D i e l e c t r i c P r o p e r t i e s o f M a t e r i a l s : A p p l i c a t i o n N o t e , A i g i l e n t T e c h n o l o g i e s , 2 0 0 6 . [ 4 ] J . B a k e r - J a r v i s , M . D . J a n e z i c , J . S . G r o s v e n o r , a n d R . G . G e y e r , T r a n s m i s - s i o n / R e f l e c t i o n a n d S h o r t — C i r c u i t M e t h o d s f o r M e a s u r i n g P e r m i t i v i t y a n d P e r - m e a b i l i t y , N I S T T e c h n i c a l N o t e 1 3 5 5 - R , D e c . 1 9 9 3 . [ 5 ] A . B o g l e , M . H a v r i l l a , D . N y q u i s t , L . K e m p e l , a n d E . R o t h w e l l , “ E l e c t r o m a g n e t i c M a t e r i a l C h a r a c t e r i z a t i o n u s i n g a P a r t i a l l y - F i l l e d R e c t a n g u l a r W a v e g u i d e , ” , J . o f E l e c t r o m a g n . W a v e s a n d A p p l . , V o l . 1 9 , N o . 1 0 , p p . 1 2 9 1 - 1 3 0 6 , 2 0 0 5 . [ 6 ] J . B a k e r - J a r v i s , M . D . J a n e z i c , B . F . R i d d l e , R . T . J o h n k , P . K a b o s , C . L . H o l l o w a y , R . G . G e y e r , a n d C . A . G r o s v e n o r , M e a s u r i n g t h e P e r m i t t i v i t y a n d P e r m e a b i l i t y o f L o s s y M a t e r i a l s : S o l i d s , l i q u i d s a n d N e g a t i v e - I n d e x M a t e r i a l s , N I S T T e c h n i c a l N o t e 1 3 3 6 , F e b . 2 0 0 5 . [ 7 ] B . K a n g , J . C h o , C . C h e o n , a n d Y . K w o n , “ N o n d e s t r u c t i v e M e a s u r e m e n t o f C o m p l e x P e r m i t t i v i t y a n d P e r m e a b i l i t y U s i n g M u l t i l a y e r e d C o p l a n a r W a v e g u i d e S t r u c t u r e s , ” I E E E M i c r o w . W i r e l e s s C o m p o n . L e t t . , v o l . 1 5 , n o . 5 , M a y 2 0 0 5 . [ 8 ] M . A . S t u c h l y , S . S . S t u c h l y , ” C o a x i a l L i n e R e fl e c t i o n M e t h o d s f o r M e a s u r i n g D i — e l e c t r i c P r o p e r t i e s o f B i o l o g i c a l S u b s t a n c e s a t R a d i o a n d M i c r o w a v e F r e q u e n c i e s - A R e v i e w , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . I M - 2 9 , n o . 3 , p p . 1 7 6 — 1 8 3 , S e p t . 1 9 8 0 . [ 9 ] L . C h e n , C . O n g , C . N e o , V . V . V a r a d a n , a n d V . K . V a r a d a n , M i c r o w a v e E l e c - t r o n i c s : M e a s u r e m e n t a n d M a t e r i a l s C h a r a c t e r i s a t i o n , J o h n W i l e y a n d S o n s , W e s t S u s s e x , E n g l a n d , 2 0 0 4 . [ 1 0 ] B . C l a r k e , e d . , A G u i d e t o t h e C h a r a c t e r i z a t i o n o f D i e l e c t r i c M a t e r i a l s a t R F a n d M i c r o w a v e R e q u e n c i e s , I n s t i t u t e o f M e a s u r e m e n t a n d C o n t r o l , L o n d o n , 2 0 0 3 . 4 1 2 [ 1 1 ] J . B a k e r - J a r v i s , R . G . G e y e r , “ D i e l e c t r i c C h a r a c t e r i z a t i o n o f L o w - l o s s M a t e r i a l s : A C o m p a r i s o n o f T e c h n i q u e s , ” I E E E T r a n s . D i e l e c t . a n d E l e c t . I n s , v o l . 5 , n o . 4 , p p . 5 7 1 - 5 7 7 , 1 9 8 8 . [ 1 2 ] E . J . V a n z u r a , J . B a k e r - J a r v i s , J . H . G r o s v e n o r , M . D . J a n e z i c , “ I n t e r c o m p a r i s o n o f P e r m i t t i v i t y M e a s u r e m e n t s U s i n g t h e T r a n s m i s s i o n / R e fl e c t i o n M e t h o d i n 7 - m m C o a x i a l T r a n s m i s s i o n L i n e s , ” I E E E T r a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . v o l . 4 2 , n o . 1 1 , p p . 2 0 6 3 - 2 0 7 0 , N o v . 1 9 9 4 . [ 1 3 ] H . B u s s e y , “ M e a s u r e m e n t o f R F p r o p e r t i e s o f M a t e r i a l s - A S u r v e y , ” P r o c . I E E E , v o l . 5 5 , n o . 6 , p p . 1 0 4 6 - 1 0 5 3 , J u n e 1 9 6 7 . [ 1 4 ] R . Z o u g h i , M i c r o w a v e N o n - D e s t r u c t i v e T e s t i n g “ a n d E v a l u a t i o n , K l u w e r A c a - d e m i c P u b l i s h e r s , T h e N e t h e r l a n d s , 2 0 0 0 . [ 1 5 ] A . M . N i c o l s o n , G . F . R o s s , “ M e a s u r e m e n t o f t h e I n t r i n s i c P r o p e r t i e s o f M a t e r i a l s b y T i m e - D o m a i n T e c h n i q u e s , ” I E E E T r a n s . o n I n s t r u m . M e a s . , v o l . I M - 1 9 , p p . 3 7 7 - 8 2 , N o v . 1 9 7 0 . [ 1 6 ] W . B . W e i r , “ A u t o m a t i c M e a s u r e m e n t o f C o m p l e x D i e l e c t r i c C o n s t a n t a n d P e r - m e a b i l i t y a t M i c r o w a v e F r e q u e n c i e s , ” P r o c . I E E E , v o l . 6 2 , n o . 1 , p p . 3 3 — 3 6 , J a n . 1 9 7 4 . [ 1 7 ] D . L e m a i r e , D . C r o s , H . J a l l a g e a s , a n d P . G u i l l o n , “ M a t e r i a l c h a r a c t e r i s a t i o n f r o m - 1 6 0 ° C u p t o 8 0 0 ° C i n c e n t i m e t e r a n d m i l l i m e t e r w a v e l e n g t h f r e q u e n c y ‘ b a n d , ” 1 9 9 6 C o n f e r e n c e o n P r e c i s i o n E l e c t r o m a g n e t i c M e a s u r e m e n t s D i g e s t , p p . 7 2 - 7 3 , 1 9 9 6 . [ 1 8 ] V . V . V a r a d a n , R . D . H o l l i n g e r , D . K . G h o d g a o n k a r , V . K . V a r a d a n , “ F r e e - S p a c e , B r o a d b a n d M e a s u r e m e n t s o f H i g h - T e m p e r a t u r e , C o m p l e x D i e l e c t r i c P r o p e r t i e s a t M i c r o w a v e F r e q u e n c i e s , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 0 , n o . 5 , p p . 8 4 2 — 8 4 6 , O c t . 1 9 9 1 . [ 1 9 ] D . K . G h o d g a o n k a r , V . V . V a r a d a n , a n d V . K . V a r a d a n , “ A F r e e S p a c e M e t h o d f o r M e a s u r e m e n t o f D i e l e c t r i c C o n s t a n t a n d L o s s T a n g e n t a t M i c r o w a v e F r e - q u e n c i e s , I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 3 7 , p p . 7 8 9 - 7 9 3 , J u n e 1 9 8 9 . [ 2 0 ] H . H . O u s l i m a n i , R . A b d e d d a i m , a n d A . P r i o u , “ F r e e - S p a c e E l e c t r o m a g n e t i c C h a r a c t e r i z a t i o n o f M a t e r i a l s f o r M i c r o w a v e a n d R a d a r A p p l i c a t i o n s , ” P r o g r e s s I n E l e c t r o m a g n e t i c s R e s e a r c h S y m p o s i u m 2 0 0 5 , H a n g z h o u , C h i n a , 2 0 0 5 . 4 1 3 [ 2 1 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] W [ 2 7 ] [ 2 8 ] [ 2 9 ] [ 3 0 ] V . V . V a r a d a n , K . A . J o s e , V . K . V a r a d a n , “ I n s i t u M i c r o w a v e C h a r a c t e r i z a t i o n o f N o n p l a n a r D i e l e c t r i c O b j e c t s , ” I E E E D a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . v o l . 4 8 , n o . 3 , p p . 3 8 8 - 3 9 4 , M a r . 2 0 0 0 . M . H . U m a r i , D . K . G h o d g a o n k a r , V . V . V a r a d a n , V . K . V a r a d a n , “ A F r e e - S p a c e B i s t a t i c C a l i b r a t i o n T e c h n i q u e f o r t h e M e a s u r e m e n t o f P a r a l l e l a n d P e r p e n d i c u - l a r R e f l e c t i o n C o e f fi c i e n t s o f P l a n a r S a m p l e s , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 0 , n o . 1 , p p . 1 9 - 2 4 , F e b . 1 9 9 1 . F . S m i t h , B . C h a m b e r s , a n d J . B e n n e t t , “ M e t h o d o l o g y f o r a c c u r a t e f r e e s p a c e c h r a c t e r i s a t i o n o f r a d a r a b s o r b i n g m a t e r i a l s , ” I E E P r o c . - S c i . M e a s . T e c h n o l , v o l 1 4 1 , n o . 6 , p p . 5 3 8 - 5 4 6 , N o v . 1 9 9 4 . A . L . C u l l e n , “ A n e w f r e e - w a v e m e t h o d f o r f e r r i t e m e a s u r e m e n t a t m i l l i m e t e r w a v e l e n g t h s , ” R a d i o S c i . , v o l . 2 2 , n o . 7 , p p . 1 1 6 8 1 1 7 0 , 1 9 8 7 . J . R . M o s i g , J . E . B e s s o n , M . G . F a b r y , a n d F . E . G a r d i o l , “ R e fl e c t i o n o f a n o p e n - e n d e d c o a x i a l l i n e a n d a p p l i c a t i o n t o n o n - d e s t r u c t i v e m e a s u r e m e n t o f m a t e r i a l s , ” I E E E T i a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . I M - 3 0 , , p p . 4 6 - 5 1 , O c t . 1 9 9 1 . J . B a k e r - J a r v i s , M . D . J a n e z i c , P . D . D o m i c h , R . G . G e y e r , “ A n a l y s i s o f a n o p e n - e n d e d c o a x i a l p r o b e w i t h l i f t - o f f f o r n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g , ” I E E E T i a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 3 , n o . 5 , p p . 7 1 1 - 7 1 8 , O c t 1 9 9 4 . S . I . G a n c h e v , N . Q a d d o u m i , S . B a k h t i a r i , R . Z o u g h i , “ C a l i b r a t i o n a n d m e a s u r e - m e n t o f d i e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f fi n i t e t h i c k n e s s c o m p o s i t e s h e e t s w i t h o p e n - e n d e d c o a x i a l s e n s o r s , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 4 , n o . 6 , p p . 1 0 2 3 - 1 0 2 9 , D e c 1 9 9 5 . S . B r i n g h u r s t , M . F . I s k a n d e r , a n d M . J . W h i t e , “ T h i n s a m p l e m e a s u r e m e n t s a n d e r r o r a n a l y s i s o f h i g h t e m p e r a t u r e c o a x i a l d i e l e c t r i c p r o b e s , ” I E E E M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . , v o l . 4 5 , p p . 2 0 7 3 2 0 8 3 , D e c . 1 9 9 7 . S . I . G a n c h e v , “ N o n d e s t r u c t i v e M i c r o w a v e M e a s u r e m e n t s o f D i e l e c t r i c m a t e r i - a l s , ” 1 2 t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n M i c r o w a v e s a n d R a d a r , 1 9 9 8 . M I K O N ’ 9 8 , v o l . 3 , p p . 6 8 7 — 6 9 1 , M a y 2 0 - 2 2 , 1 9 9 8 . O . T a n t o t , M . C h a t a r d - M o u l i n , a n d P . G u i l l o n , “ M e a s u r e m e n t o f C o m p l e x P e r - m i t t i v i t y a n d P e r m e a b i l i t y a n d T h i c k n e s s o f M u l t i l a y e r e d M e d i u m b y a n O p e n - E n d e d W a v e g u i d e M e t h o d , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 6 , n o . 2 , p p . 5 1 9 - 5 2 2 , A p r i l 1 9 9 7 . 4 1 4 [ 3 1 ] [ 3 2 ] [ 3 3 ] [ 3 4 ] [ 3 5 ] [ 3 6 ] [ 3 7 ] [ 3 8 ] [ 3 9 ] C W . C h a n g , K . M . C h e n a n d J . Q i a n , “ N o n d e s t r u c t i v e M e a s u r e m e n t s o f C o m - p l e x T e n s o r P e r m i t t i v i t y o f A n i s o t r o p i c M a t e r i a l s U s i n g a W a v e g u i d e P r o b e S y s - t e m , ” I E E E T r a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . , v o l . 4 4 , n o . 7 , p p . 1 0 8 1 - 1 0 9 0 , J u l y 1 9 9 6 . V . T e o d o r i d i s , T . S p h i c o p o u l o s , F . E . G a r d i o l , “ T h e R e fl e c t i o n f r o m a n O p e n - E n d e d R e c t a n g u l a r W a v e g u i d e T e r m i n a t e d b y a L a y e r e d D i e l e c t r i c M e d i u m , ” I E E E T r a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . , v o l . 3 3 , n o . 5 , p p . 3 5 9 - 3 6 6 , M a y 1 9 8 5 . S . B a k h t i a r i , S . G a n c h e v , a n d R . Z o u g h i , “ O p e n - E n d e d R e c t a n g u l a r W a v e g u i d e f o r N o n d e s t r u c t i v e T h i c k n e s s M e a s u r e m e n t a n d V a r i a t i o n D e t e c t i o n o f L o s s y D i e l e c t r i c S l a b s B a c k e d b y a C o n d u c t i n g P l a t e , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 2 , n o . 1 , p p . 1 9 - 2 3 , F e b r u a r y 1 9 9 3 . N . M a o d e , S . Y o n g , Y J i n k u i , F . C h r n p u n g , a n d X . D e m i n g , “ A n I m p r o v e d O p e n - E n d e d W a v e g u i d e M e a s u r e m e n t T e c h n i q u e o n P a r a m e t e r s e r a n d , u r o f H i g h - L o s s M a t e r i a l s , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l 4 7 , n o . 2 , p p . 4 7 6 - 4 8 1 , A p r . 1 9 9 9 . J . W . S t e w a r t a n d M . J . H a v r i l l a , “ E l e c t r o m a g n e t i c C h a r a c t e r i z a t i o n o f a M a g - n e t i c M a t e r i a l U s i n g a n O p e n - E n d e d W a v e g u i d e P r o b e a n d a R i g o r o u s F u l l - W a v e M u l t i m o d e M o d e l , ” J . o f E l e c t r o m a g n . W a v e s a n d A p p l . , v o l . 2 0 , n o . 1 4 , p p . 2 0 3 7 - 2 0 5 2 , 2 0 0 6 . J . S t e w a r t , “ S i m u l t a n e o u s E x t r a c t i o n o f t h e P e r m i t t i v i t y a n d P e r m e a b i l i t y o f C o n d u c t o r - B a c k e d L o s s y M a t e r i a l s U s i n g O p e n - E n d e d W a v e g u i d e P r o b e s , ” P h . D . D i s s e r t a t i o n , A i r F o r c e I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , 2 0 0 6 . K . B o i s , A . B e n a l l y , a n d R . Z o u g h i , “ M u l t i m o d e S o l u t i o n f o r t h e R e fl e c t i o n P r o p e r t i e s o f a n O p e n - E n d e d R e c t a n g u l a r W a v e g u i d e R a d i a t i n g i n t o a D i e l e c t r i c H a l f - S p a c e : T h e F o r w a r d a n d I n v e r s e P r o b l e m s , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 8 , n o . 6 , p p . 1 1 3 1 - 1 1 4 0 , D e c e m b e r 1 9 9 9 . C W . C h a n g , K . M . C h e n a n d J . Q i a n , “ N o n d e s t r u c t i v e D e t e r m i n a t i o n o f E l e c - t r o m a g n e t i c P a r a m e t e r s o f D i e l e c t r i c M a t e r i a l s a s X - B a n d F r e q u e n c i e s U s i n g a W a v e g u i d e P r o b e S y s t e m , ” I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 4 6 , n o . 5 , p p . 1 0 8 4 - 1 0 9 2 , O c t o b e r 1 9 9 7 . M . W . H y d e I V , a n d M . J . H a v r i l l a “ A N o n d e s t r u c t i v e T e c h n i q u e f o r D e t e r m i n i n g C o m p l e x P e r m i t t i v i t y a n d P e r m e a b i l i t y o f M a g n e t i c S h e e t M a t e r i a l s U s i n g T w o 4 1 5 F l a n g e d R e c t r a n g u l a r W a v e g u i d e s , ” P r o g r e s s i n E l e c t r o m a g n . R e s e a r c h , P I E R 7 9 , p p . 3 6 7 - 3 8 6 , 2 0 0 8 . [ 4 0 ] A . B o g l e , “ E l e c t r o m a g n e t i c M a t e r i a l C h a r a c t e r i z a t i o n o f a P E C B a c k e d L o s s y S i m p l e M e d i a U s i n g a R e c t a n g u l a r W a v e g u i d e R e s o n a n t S l o t T e c h n i q u e , ” P h . D . D i s s e r t a t i o n , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i s y , E a s t L a n s i n g , M I , 2 0 0 7 . [ 4 1 ] R E . C o l l i n , F i e l d T h e o r y o f G u i d e d W a v e s , S e c o n d E d i t i o n , I E E E P r e s s , P i s - c a t a w a y , N J , 1 9 9 1 . [ 4 2 ] R F . H a r r i n g t o n , T i m e - H a r m o n i c E l e c t r o m a g n e t i c F i e l d s , I E E E P r e s s , P i s c t - a w a y , N J , 2 0 0 1 . [ 4 3 ] E . J . R o t h w e l l a n d M . J . C l o u d , E l e c t r o m a g n e t i c s , C R C P r e s s , B o c a R a t o n , F l o r i d a , 2 0 0 1 . [ 4 4 ] R F . H a r r i n g t o n , F i e l d C o m p u t a t i o n b y M o m e n t M e t h o d s , h / I a c h ' v ' l i l l a n , N e w Y o k , 1 9 6 8 . [ 4 5 ] G . W . H a n s o n , a n d A . B . Y a k o l e v , O p e r a t o r T h e o r y f o r E l e c t r o m a g n e t i c s : A n I n t r o d u c t i o n , S p r i n g e r - V e r l a g , N e w Y o r k , 2 0 0 1 . [ 4 6 ] M . B l i s c h k e , “ B r o a d b a n d A n a l y s i s o f R a d i a t i n g , R e c e i v i n g a n d S c a t t e r i n g C h a r - a c t e r i s t i c s o f M i c r o s t r i p A n t e n n a s a n d A r r a y s , ” P h . D . D i s s e r t a t i o n , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i s y , E a s t L a n s i n g , M I , 1 9 8 9 . [ 4 7 ] A . P a p o u l i s , T h e F o u r i e r I n t e g r a l a n d i t s A p p l i c a t i o n s , l \ » " I c G r a w - H i l l , N e w Y o r k , 1 9 6 2 . [ 4 8 ] R V . C h u r c h i l l a n d J . W . B r o w n , C o m p l e x V a r i a b l e s a n d A p p l i c a t i o n s , F o u r t h E d i t i o n , M c G r a w - H i l l , N e w Y o r k , 1 9 8 4 . [ 4 9 ] D . M a r c u s e , T h e o r y o f D i e l e c t r i c O p t i c a l W a v e g u i d e s , A c a d e m i c P r e s s , N e w Y o r k , 1 9 7 4 . [ 5 0 ] W . P r e s s , B . F l a n n e r y , S . T e u k o l s k y , a n d W . V e t t e r l i n g , N u m e r i c a l R e c i p e s , C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s , C a m b r i d g e , 1 9 8 6 . [ 5 1 ] R . P i e s s e n s , e t . a 1 . , Q u a d p a e k : a s u b r o u t i n e p a c k a g e f o r a u t o m a t i c i n t e g r a t i o n , S p r i n g e r - V e r l a g , B e r l i n , 1 9 8 3 . [ 5 2 ] S . G . R a b i n o v i c h , M e a s u r e m e n t E r r o r s : T h e o r y a n d P r a c t i c e , A m e r i c a n I n s t i t u t e o f P h y s i c s , N e w Y o r k , N Y , 1 9 9 3 . 4 1 6 [ 5 3 ] C . W i l k e r , a n d D . S c h r e u r s , “ G u e s t E d i t o r i a l o n M e a s u r e m e n t ” , I E E E l \ r ‘ I i c r o w a v e M a g a z i n e , v o l . 8 , n o . 4 , p p . 6 - 1 3 , A u g . 2 0 0 7 . [ 5 4 ] N . R i d l e r , , B . L e e , J . M a r t e n s , K . W o n g , “ M e a s u r e m e n t , U n c e r t a i n t y , T r a c e a b i l - i t y , a n d t h e G U M ” , I E E E M i c r o w a v e M a g a z i n e , v o l . 8 , n o . 4 , p p . 4 4 - 5 3 , A u g . 2 0 0 7 . [ 5 5 ] H . D . Y o u n g , S t a t i s t i c a l T r e a t m e n t o f E x p e r i m e n t a l D a t a , h - I c G r a w - H i l l , N e w Y o r k , 1 9 6 2 . [ 5 6 ] G . D a h l q u i s t , a n d A . B j o r c k , N u m e r i c a l M e t h o d s , P r e n t i c e - H a l l , E n g l e w o o d C l i f f s , N J , 1 9 7 4 . [ 5 7 ] J . M e e u s e n , “ E r r o r A n a l y s i s o f M a t e r i a l C h a r a c t e r i z a t i o n U s i n g a W a v e G u i d e A p p l i c a t o r ” , M . S . D i s s e r t a t i o n , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , E a s t L a n s i n g , M I , 2 0 0 4 . [ 5 8 ] C . G e r a l d , A p p l i e d N u m e r i c a l A n a l y s i s , S e c o n d E d i t i o n , A d d i s o n - W e s l e y , R e a d - i n g , M A , 1 9 7 8 . [ 5 9 ] R a n d o m o r g , h t t p : / / w w w . r a n d o m . o r g / , l a s t a c c e s s e d 1 0 / 2 8 / 2 0 0 8 . [ 6 0 ] S P . D o r e y , M . J . H a v r i l l a , L . L . F r a s c h , C . C h o i , a n d E . J . R o t h w e l l , “ S t e p p e d - W a v e g u i d e M a t e r i a l - C h a r a c t e r i z a t i o n T e c h n i q u e , ” I E E E A n t e n n a s P r o p . M a g , v o l . 4 6 , n o . 1 , p p . 1 7 0 - 1 7 5 , F e b r u a r y 2 0 0 4 . [ 6 1 ] L i u , K . , B a l a n i s , C . A . , B i r t c h e r , C . R . , B a r b e r , G . C . , “ A n a l y s i s o f p y r a m i d a l h o r n a n t e n n a s u s i n g m o m e n t m e t h o d s , ” I E E E T r a n s . A n t e n n a s P r o p a g a t , v o l 4 1 , n o . 1 0 , p p . 1 3 7 9 - 1 3 8 9 , 1 9 9 3 [ 6 2 ] S t r e m l e r , 1 . , C o m m u n i c a t i o n S y s t e m s f o r E n g i n e e r s , P r e n t i c e H a l l , N e w Y o r k , 1 9 8 4 . [ 6 3 ] D . K . G h o d g a o n k a r , V . V . V a r a d a n , a n d V . K . V a r a d a n , “ F r e e - S p a c e M e a s u r e - m e n t o f C o m p l e x P e r m i t t i v i t y a n d C o m p l e x P e r m e a b i l i t y o f M a g n e t i c M a t e r i a l s a t M i c r o w a v e F r e q u e n c i e s , I E E E T r a n s . I n s t r u m . M e a s . , v o l . 3 9 , p p . 3 8 7 - 3 9 4 , A p r i l 1 9 9 0 . [ 6 4 ] I G r a d s t e y n , a n d I . R e s n i c k , T a b l e o f I n t e g r a l s , S e r i e s , a n d P r o d u c t s , A c a d e m i c P r e s s , S a n D i e g o , 2 0 0 0 . [ 6 5 ] M . A f s a r , J . B . B i r c h , R . N . C l a r k e , E d . G . W . C h a n t r y , “ h ’ l e a s u r e m e n t o f t h e P r o p e r t i e s o f M a t e r i a l s , ” P r o c . I E E E , v o l . 7 4 , n o . 1 , p p . 1 8 3 - 1 9 9 . J a n 1 9 8 6 . 4 1 7 [ 6 6 ] J . E n c i n a r , a n d J . R e b o l l a r , “ C o n v e r g e n c e o f N u m e r i c a l S o l u t i o n s o f O p e n - E n d e d W a v e g u i d e b y M o d a l A n a l y s i s a n d H y b r i d M o d a l - S p e c t r a l T e c h n i q u e s , ” I E E E T r a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h . , v o l . M T T - 3 4 , n o . 7 , p p . 8 0 9 - 8 1 4 , J u l y 1 9 8 6 . 4 1 8 " ' ” l [ 1 ] ] i ] [ [ 1 ] ] [ l ] [ ] [ i ] l ] ] ] ] ] ] “ A N S 3 1 3 2 9 4 1 , . . . . . .