Un resonador Fabry-Pérot abierto (FPOR) proporcionado por QWED permite caracterizar con precisión láminas dieléctricas en el rango de frecuencias de 110 GHz hasta 170 GHz con solo un elemento de fijación.
Configuración de resonador Fabry-Pérot abierto controlada por software con un analizador de redes vectoriales R&S®ZNA26 y dos convertidores de ondas milimétricas R&S®ZC170.
Su misión
Necesita conocer las propiedades de microondas de una lámina dieléctrica de un material de producción propia o adquirido a otro fabricante. Esta información puede ser útil bien para optimizar el proceso de producción o para el diseño de un circuito de ondas milimétricas, por ejemplo para aplicaciones de tecnología 6G.
Estos materiales pueden ser polímeros (p. ej. polipropileno, policloruro de vinilo), substratos de tarjetas impresas (p. ej. FR-4, RT5880), vidrio (p. ej. silicio fundido, borosilicatos) u obleas monocristalinas (p. ej. cuarzo, zafiro). La tangente de pérdidas del material puede ser de hasta tan solo 1 × 10–4, y todavía se puede medir con una precisión extraordinaria en el rango de 110 GHz a 170 GHz. Si un elemento de fijación de medida no resonante, como una solución basada en espacio libre o guía de ondas, no satisface los requisitos en la banda D, se puede probar con el resonador Fabry-Pérot abierto (FPOR).
El FPOR facilita un método preciso para medir la permitividad compleja de películas dieléctricas en el rango de frecuencias entre 110 GHz y 170 GHz con una resolución de 1,5 GHz. Para la medida se necesita, además del elemento de fijación de FPOR, un analizador de redes vectoriales (VNA) R&S®ZNA26 con dos puertos y un PC. La medida se realiza de forma automática, rápida y sencilla. En la banda D se necesita también un adaptador de guía de ondas para conectar los dos convertidores de ondas milimétricas R&S®ZC170 al FPOR acoplado por cable coaxial.
La caracterización del material examinado se lleva a cabo en el FPOR en modos de gaussianos impares consecutivos, indicados como TEM0,0,q, donde q es un orden de modo longitudinal. El material examinado se posiciona generalmente exactamente en el centro del resonador en una cintura de haz gaussiano en el máximo del campo eléctrico. El material examinado se inserta en el FPOR sobre un soporte de muestras de policarbonato especial con una abertura circular en el centro (diámetro exterior < 50 mm). Si la muestra cabe en el FPOR, la medida se puede realizar sin destrucción y no se necesita más preparación del material.
Los datos en bruto de la medida, en particular los cambios en la frecuencia de resonancia y el factor Q correspondiente derivado de la inserción del material, se convierten a constante dieléctrica (Dk) y factor de disipación (Df), respectivamente. Para el valor Dk se calculan durante una fase de preprocesamiento tablas de búsqueda de la frecuencia de resonancia como función del grosor y Dk del material utilizando un modelo electromagnético (EM) del FPOR.
Una vez que se ha evaluado el Dk del material se calcula el valor Df correspondiente utilizando la siguiente fórmula:
Necesita conocer las propiedades de microondas de una lámina dieléctrica de un material de producción propia o adquirido a otro fabricante. Esta información puede ser útil bien para optimizar el proceso de producción o para el diseño de un circuito de ondas milimétricas, por ejemplo para aplicaciones de tecnología 6G.
Estos materiales pueden ser polímeros (p. ej. polipropileno, policloruro de vinilo), substratos de tarjetas impresas (p. ej. FR-4, RT5880), vidrio (p. ej. silicio fundido, borosilicatos) u obleas monocristalinas (p. ej. cuarzo, zafiro). La tangente de pérdidas del material puede ser de hasta tan solo 1 × 10–4, y todavía se puede medir con una precisión extraordinaria en el rango de 110 GHz a 170 GHz. Si un elemento de fijación de medida no resonante, como una solución basada en espacio libre o guía de ondas, no satisface los requisitos en la banda D, se puede probar con el resonador Fabry-Pérot abierto (FPOR).
Qt es el factor Q del resonador con una muestra y Q0 sin muestra, y pe indica un factor de relleno de energía eléctrica del material examinado. Este se calcula utilizando una regla incremental de frecuencia.
QWED ofrece una sofisticada solución para la caracterización de material de EM utilizando un resonador Fabry-Pérot abierto.
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La incertidumbre de medida de Dk procede principalmente y casi directamente de la incertidumbre de medida del grosor del material examinado. Por ejemplo, un 1 % de la incertidumbre del grosor conduce a alrededor de 1 % de incertidumbre de Dk. La precisión del propio método de medida de Dk es de 0,25 %, siempre que se mantengan unas condiciones de medida adecuadas. Adicionalmente se compensan fluctuaciones provocadas por derivas térmicas.
La incertidumbre de Df depende de varios factores, como el grosor del material examinado, el nivel de Df, los ajustes del analizador de redes vectoriales y las vibraciones. No obstante, un factor Q bastante por encima de 200 000 permite alcanzar una incertidumbre mejor a ±5 %, incluso en materiales con pérdidas de solamente 1 × 10–4.
Puesto que los modos gaussianos utilizados en el FPOR están polarizados linealmente, se puede medir la anisotropía planar de la muestra, lo cual no es posible con métodos resonantes alternativos. Diferentes tipos de materiales pueden mostrar esta anisotropía planar, bien por la estructura física (p. ej. cristales) o por procesamiento del material (p. ej. algunas películas de poliestireno). Si se inserta arbitrariamente una muestra de este tipo en el FPOR, es muy probable que se produzca una división de modo y, con ello, se presenten dos frecuencias de resonancia. En este caso debe rotarse la muestra hasta que desaparezca una de las curvas de resonancia. Entonces se puede proseguir con la medida de permitividad compleja. La muestra se rota otros 90 grados y se repite el procedimiento completo. Típicamente, el valor Df no presenta tanta anisotropía como el valor Dk.
