Sistema para caracterización dieléctrica mediante resonadores coaxiales miniaturizados integrados en substrato

Abstract

The present TFM deals with the design, fabrication and experimental validation of a system for characterizing dielectric materials using substrate integrated coaxial sensors. In order to obtain a highly compact implementation, multi-layer ceramic materials in LTCC technology will be used for developing the sensor. It will consists on a capacitively-loaded coaxial resonator with an small open cavity for introducing the material under test. Thus, by obtaining the reflection coefficient of the one-port resonator it is possible to determine the resonant frequency and therefore the real part of the material permittivity. In order to perform this measurement, several RF circuits for signal generation, transmitted/reflected signal separation, as well as supply and control electronics must be developed. The TFM can be divided in the following phases:

-Study of the state-of-the-art. -Analysis of substrate integrated coaxial resonators and design of an S-band coaxial sensor. -Study of correlation between resonant frequency and effective permittivity of the material. -Design of a one-port reflectometry system including source signal generation, RF circuitry and control electronics. -Manufacturing and assembly of the developed module. -Experimental validation.

En el presente TFM se aborda el diseño, fabricación y validación experimental de un sistema para la caracterización de materiales dieléctricos mediante sensores coaxiales integrados en substrato. Para la realización de una implementación extremadamente compacta se emplearán materiales cerámicos en tecnología LTCC para la realización del sensor, que constará de un resonador coaxial cargado capacitivamente incluyendo una pequeña cavidad abierta donde se puede introducir el material a caracterizar. De este modo, mediante la evaluación del coeficiente de reflexión del resonador medido con un único puerto, es posible determinar la frecuencia de resonancia y a partir de ella el valor de la parte real de la permitividad efectiva del material. Para poder llevar a cabo dicha medida es necesario desarrollar los circuitos de RF necesarios que incluirán los subsistemas de generación de señal de excitación del resonador, circuitería de RF para separación de señal transmitida y reflejada, así como electrónica de control y alimentación. El objetivo es desarrollar un módulo compacto que pueda ser implementado mediante tecnologías de bajo coste.

La realización del trabajo implicará diferentes fases:

-Estudio del estado del arte. -Análisis de los resonadores coaxiales integrados en substrato y diseño de un sensor en banda S. -Estudio de la dependencia entre la frecuencia de resonancia y la permitividad efectiva del material. -Desarrollo del sistema de reflectometría (generación de señal, RF y control) -Fabricación y esamblado -Validación experimental