Un risuonatore aperto Fabry-Pérot, fornito da QUED, consente di caratterizzare con precisione i fogli dielettrici nell'intervallo di frequenza compreso tra 110 GHz e 170 GHz utilizzando una sola attrezzatura.
Configurazione del risuonatore aperto Fabry-Pérot controllata tramite software con analizzatore di rete vettoriale R&S®ZNA26 e due convertitori a onde millimetriche R&S®ZC170.
Attività da eseguire
È necessario conoscere le proprietà delle microonde di una lastra dielettrica del materiale che si produce in proprio o che si acquista da un produttore terzo. Queste conoscenze possono essere utili sia per l'ottimizzazione del processo di produzione del materiale sia per la progettazione di un circuito a onde millimetriche, ad esempio per la tecnologia 6G.
Questi materiali possono essere polimeri (ad esempio polipropilene, cloruro di polivinile), substrati di PCB (ad esempio FR-4, RT5880), vetro (ad esempio silice fusa, borosilicati) o wafer a cristallo singolo (ad esempio quarzo, zaffiro). La tangente di perdita del materiale può essere inferiore a 1 × 10-4 e può essere misurata con straordinaria accuratezza nell'intervallo tra 110 GHz e 170 GHz. Se un dispositivo di misura non risonante, come una soluzione basata sullo spazio libero o sulla guida d'onda, non è in grado di soddisfare le vostre esigenze nella banda D, provate il risuonatore aperto Fabry-Pérot (FPOR).
Il risuonatore FPOR dispone di una tecnica accurata per misurare la permittività complessa dei film dielettrici nell'intervallo di frequenza da 110 GHz a 170 GHz con una risoluzione di 1,5 GHz. Oltre all'attrezzatura FPOR, è necessario un analizzatore di rete vettoriale (VNA) R&S®ZNA26 con due porte e un PC per la misura, che sarà automatica, rapida e facile da eseguire. Nella banda D, è necessario anche un adattatore a guida d'onda per collegare i due convertitori a onde millimetriche R&S®ZC170 al risuonatore FPOR ad accoppiamento coassiale.
La caratterizzazione del materiale in esame (MUT) viene effettuata nel FPOR a modi gaussiani dispari consecutivi, indicati come TEM0,0,q, dove q è un ordine di modo longitudinale. Il MUT è tipicamente posizionato esattamente al centro del risuonatore in una vita del fascio gaussiano, quando il campo elettrico è al massimo. Il MUT viene inserito nel FPOR su un apposito portacampioni in policarbonato con un'apertura circolare al centro (diametro esterno < 50 mm). Se il campione entra nel FPOR, la misura non è distruttiva e non è necessaria alcuna preparazione speciale del MUT.
I dati di misura grezzi, in particolare le variazioni della frequenza di risonanza e del corrispondente fattore Q dovute all'inserimento del MUT, vengono tradotti rispettivamente in costante dielettrica (Dk) e fattore di dissipazione (Df). Per Dk, le tabelle che riportano la frequenza di risonanza in funzione dello spessore e di Dk del MUT sono calcolate durante una fase di preelaborazione utilizzando un modello elettromagnetico (EM) del FPOR.
Una volta valutata la Dk della MUT, la Df corrispondente viene calcolata con la seguente formula:
È necessario conoscere le proprietà delle microonde di una lastra dielettrica del materiale che si produce in proprio o che si acquista da un produttore terzo. Queste conoscenze possono essere utili sia per l'ottimizzazione del processo di produzione del materiale sia per la progettazione di un circuito a onde millimetriche, ad esempio per la tecnologia 6G.
Questi materiali possono essere polimeri (ad esempio polipropilene, cloruro di polivinile), substrati di PCB (ad esempio FR-4, RT5880), vetro (ad esempio silice fusa, borosilicati) o wafer a cristallo singolo (ad esempio quarzo, zaffiro). La tangente di perdita del materiale può essere inferiore a 1 × 10-4 e può essere misurata con straordinaria accuratezza nell'intervallo tra 110 GHz e 170 GHz. Se un dispositivo di misura non risonante, come una soluzione basata sullo spazio libero o sulla guida d'onda, non è in grado di soddisfare le vostre esigenze nella banda D, provate il risuonatore aperto Fabry-Pérot (FPOR).
Qt è il fattore Q del risuonatore con un campione e Q0 senza campione, mentre pe indica il fattore di caricamento dell'energia elettrica del MUT. Quest'ultimo viene valutato utilizzando una regola di incremento della frequenza.
QUED propone una soluzione sofisticata per la caratterizzazione dei materiali EM utilizzando un risuonatore aperto Fabry-Pérot.
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L'incertezza della costante dielettrica (Dk) è determinata principalmente e quasi direttamente dall'incertezza dello spessore del MUT. Ad esempio, l'1% dell'incertezza dello spessore porta a circa l'1% dell'incertezza Dk. L'accuratezza del metodo di misura Dk è dello 0,25%, a condizione che vengano mantenute condizioni di misura adeguate. Inoltre, vengono compensate le fluttuazioni dovute alle derive termiche.
L'incertezza del fattore di dissipazione (Df) dipende da molti fattori, come lo spessore del MUT, il livello Df, le impostazioni dell'analizzatore di rete vettoriale e le vibrazioni. Tuttavia, un fattore Q ben superiore a 200.000 consente di ottenere un'incertezza migliore di ±5 %, anche per materiali con perdite inferiori a 1 × 10-4.
Dal momento che i modi gaussiani sfruttati nel FPOR sono polarizzati linearmente, è possibile misurare l'anisotropia planare del campione, che con metodi di risonanza alternativi non è, invece, accessibile. Tale anisotropia planare, dovuta alla struttura fisica (ad esempio, i cristalli) o alla lavorazione del materiale (ad esempio, alcuni film di polistirene), può essere riscontrata in diversi tipi di materiale. Se un campione di questo tipo viene inserito arbitrariamente nell'FPOR, è molto probabile che si verifichi una divisione di modo e che, a sua volta, siano presenti due frequenze di risonanza. In questo caso, il campione deve essere ruotato finché una delle curve di risonanza non scompare. Dopodiché, la misura della permittività complessa può essere proseguita. Il campione viene poi ruotato di altri 90 gradi e l'intera procedura ripetuta. In genere, il Df non presenta un'anisotropia pari a quella della Dk.
