Publication: Caracterización de materiales para sensores de radiofrecuencia
Loading...
Identifiers
Publication date
2015-07
Defense date
2015-07-08
Authors
Tutors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Impact
Export
Abstract
El conocimiento de la permitividad dieléctrica es imprescindible para cualquier ámbito en electromagnetismo, microelectrónica, RF (Radiofrecuencia), óptica, y en general en los problemas de transmisión de información desde un punto de vista electromagnético. Cuando se emplean dieléctricos comerciales para una aplicación particular, estos vienen caracterizados por el fabricante, que emplea una técnica determinada de medida de la permitividad. Sin embargo, cuando se desea conocer la permitividad de dieléctricos que no son comerciales, se hace conveniente emplear técnicas de caracterización específicas para poder estimar su valor con precisión.
La aplicación concreta donde surge este TFG (Trabajo Fin de Grado), que es donde es necesario aplicar las técnicas de medida, es en el diseño de sensores de RF basados en estructuras metamateriales, en ámbitos como el industrial o el biomédico, con aplicaciones tales como la detección de sustancias o biomoléculas. El objetivo fundamental de este trabajo es investigar y corroborar técnicas experimentales precisas de caracterización de la permitividad de dieléctricos, en el rango de microondas, con el fin de aplicarlas a substratos (p. ej., cuarzo, vidrio, silicio puro, etc.) que presentan ciertas ventajas si se utilizan como substrato para los sensores mencionados. Se trata de materiales paramagnéticos de bajas pérdidas cuya permitividad dieléctrica relativa, εr, se desconoce a priori y se desea averiguar. Por ejemplo, un caso interesante en el vidrio es que puede usarse como substrato en la detección de proteínas, con ciertas técnicas como la espectrometría de masas y la resonancia de plasmones superficiales.
Se ha llevado a cabo una metodología exhaustiva para la selección de la técnica adecuada, en tres niveles distintos (de la teoría a la práctica). En el primer nivel, teórico, se ha descrito y discutido una serie de alternativas que se emplean en la actualidad. En el segundo nivel, de simulación electromagnética, se han comparado las prestaciones de distintas técnicas seleccionadas, basadas en tecnologías planas, y se han descartado las que no interesaban. Y en el tercer nivel, de medida experimental con el VNA (Analizador Vectorial de Redes), finalmente se han comprobado los resultados previos y se han seleccionado las técnicas óptimas. Tanto en simulación como en medida en el laboratorio, primeramente se ha determinado la εr de varios materiales de RF estandarizados y disponibles en el laboratorio a partir de los parámetros de scattering, [S]. A continuación, la εr obtenida se ha contrastado con la proporcionada por el fabricante, para cada uno de las variantes utilizadas. Se ha demostrado la fiabilidad de dos técnicas concretas: el resonador en “T” y el resonador en anillo.
Como complemento a lo anterior, se han realizado pruebas del resonador en anillo en los substratos que nos interesan, que en este caso han sido el vidrio borosilicato y el cuarzo, ya que disponemos de sus muestras. La dificultad añadida por la capa de Kapton®, que debe adherirse a los substratos para poder metalizarlos, hace que se deban investigar soluciones ad hoc para obtener una caracterización más precisa.
Description
Keywords
Biomoléculas, Dieléctricos, Metamateriales, Sensores de radiofrecuencia, Biomolecules, Dielectrics, Metamaterials, Radio-frequency sensors