Um ressonador aberto de Fabry-Pérot (FPOR) fornecido pela empresa QWED permite que as chapas dielétricas sejam caracterizadas com precisão na faixa de frequência de 110 GHz a 170 GHz usando apenas uma jiga de teste.
Configuração do ressonador aberto de Fabry-Pérot controlado por software com o analisador de redes vetoriais ZNA26 e dois conversores de ondas milimétricas R&S®ZC170.
Sua tarefa
Você precisa conhecer as propriedades das micro-ondas de uma chapa dielétrica do material que você mesmo produz ou compra de um fabricante terceirizado. Esse conhecimento pode ser útil na otimização do processo de produção do material ou no design de um circuito de ondas milimétricas, por exemplo, para fins de utilização na tecnologia 6G.
Esses materiais podem ser polímeros (por exemplo, polipropileno, cloreto de polivinila), substratos de placas de circuito impresso (por exemplo, FR-4, RT5880), vidro (por exemplo, sílica fundida, borossilicatos) ou wafers de cristal único (por exemplo, quartzo, safira). A tangente de perda do material pode ser tão baixa quanto 1 × 10⁻⁴ e ainda pode ser medida com excelente precisão na faixa de 110 GHz a 170 GHz. Se uma jiga de teste para medição não ressonante — como uma solução baseada em guia de ondas ou espaço livre — não puder atender aos seus requisitos na banda D, experimente o ressonador aberto de Fabry-Pérot (FPOR).
O FPOR fornece uma técnica precisa para medir a permissividade complexa de películas dielétricas na faixa de frequência de 110 GHz a 170 GHz com uma resolução de 1,5 GHz. Além da jiga de teste FPOR, um analisador de redes vetoriais (VNA) R&S®ZNA26 com duas portas e um computador são necessários para a medição, que é automática, rápida e fácil de executar. Na banda D, um adaptador de guia de ondas também é necessário para conectar os dois conversores de ondas milimétricas R&S®ZC170 ao FPOR com acoplamento coaxial.
A caracterização do material em teste (MUT) é realizada no FPOR em modos Gaussianos ímpares consecutivos, denotados como TEM0,0,q, na qual o «q» é uma ordem de modo longitudinal. Normalmente, o material em teste está localizado exatamente no meio do ressonador em uma cintura do feixe gaussiano no máximo do campo elétrico. O material é inserido no FPOR em um suporte específico de amostra feito de policarbonato com uma abertura circular no meio (diâmetro externo < 50 mm). Se a amostra se encaixar no FPOR, a medição não será destrutiva e não será necessária nenhuma preparação especial do material a ser testado.
Os dados brutos de medição, em particular as alterações na frequência de ressonância e o fator Q correspondente devido à inserção do material, são apresentados na constante dielétrica (Dk) e no fator de dissipação (Df), respectivamente. Para a Dk, as tabelas de consulta de frequência de ressonância em função da espessura e da constante dielétrica do material são calculadas durante um estágio de pré-processamento usando um modelo eletromagnético (EM) da FPOR.
Depois que a Dk do material é avaliada, o Df correspondente é calculado usando a seguinte fórmula:
Você precisa conhecer as propriedades das micro-ondas de uma chapa dielétrica do material que você mesmo produz ou compra de um fabricante terceirizado. Esse conhecimento pode ser útil na otimização do processo de produção do material ou no design de um circuito de ondas milimétricas, por exemplo, para fins de utilização na tecnologia 6G.
Esses materiais podem ser polímeros (por exemplo, polipropileno, cloreto de polivinila), substratos de placas de circuito impresso (por exemplo, FR-4, RT5880), vidro (por exemplo, sílica fundida, borossilicatos) ou wafers de cristal único (por exemplo, quartzo, safira). A tangente de perda do material pode ser tão baixa quanto 1 × 10⁻⁴ e ainda pode ser medida com excelente precisão na faixa de 110 GHz a 170 GHz. Se uma jiga de teste para medição não ressonante — como uma solução baseada em guia de ondas ou espaço livre — não puder atender aos seus requisitos na banda D, experimente o ressonador aberto de Fabry-Pérot (FPOR).
Qt é o fator Q do ressonador com uma amostra e Q0 sem uma amostra, e pe denota um fator de preenchimento de energia elétrica do material. Este último é avaliado usando uma regra de incremento de frequência.
A QWED oferece uma solução sofisticada para a caracterização de materiais de um modelo eletromagnético usando um ressonador aberto de Fabry-Pérot.
Visite www.qwed.eu
A incerteza da Dk é impulsionada principalmente e quase diretamente pela incerteza da espessura do material em teste. Por exemplo, 1% da incerteza de espessura leva a cerca de 1% da incerteza da constante dielétrica. A precisão do próprio método de medição da Dk é de 0,25 %, desde que sejam mantidas condições de medição adequadas. Além disso, as flutuações devido a variações térmicas são compensadas.
A incerteza do Df depende de muitos fatores, como a espessura do material, o nível do Df, as configurações do analisador de redes vetoriais e as vibrações. No entanto, um fator Q de mais de 200.000 permite uma incerteza melhor que ±5%, mesmo para materiais com perdas tão baixas quanto 1 × 10-4.
Devido ao fato dos modos Gaussianos explorados no FPOR serem linearmente polarizados, a anisotropia no plano da amostra pode ser medida, o que não é possível com métodos ressonantes alternativos. Vários tipos de materiais podem apresentar essa anisotropia no plano, devido à estrutura física (por exemplo, cristais) ou ao processamento do material (por exemplo, algumas películas de poliestireno). Se essa amostra for inserida arbitrariamente no FPOR, é muito provável que ocorra uma divisão de modo e, por sua vez, duas frequências de ressonância estarão presentes. Nesse caso, a amostra deve ser rotacionada até que uma das curvas de ressonância desapareça. A medição da permissividade complexa pode então prosseguir. A amostra é então rotacionada em mais 90 graus e todo o procedimento é repetido. Normalmente, o Df não apresenta anisotropia tanto quanto a Dk.
