Estudio sobre resonadores en tecnología microstrip como sensor de medida de grosor de materiales a 24GHz
Fecha
2019Autor
Director
Versión
Acceso abierto / Sarbide irekia
Tipo
Trabajo Fin de Grado/Gradu Amaierako Lana
Impacto
|
nodoi-noplumx
|
Resumen
Diversas aplicaciones industriales requieren de la caracterización y medición de
materiales con alta precisión.
En las últimas décadas se han investigado métodos para realizar
dichas
mediciones
de manera destructiva y
no destructiva
[1].
Cada vez más se emplean
métodos no destructivos por razones evidentes. Los sensores
implementados en
líneas ...
[++]
Diversas aplicaciones industriales requieren de la caracterización y medición de
materiales con alta precisión.
En las últimas décadas se han investigado métodos para realizar
dichas
mediciones
de manera destructiva y
no destructiva
[1].
Cada vez más se emplean
métodos no destructivos por razones evidentes. Los sensores
implementados en
líneas de
transmisión planas
son una de las múltiples alternativas para este fin.
El objetivo de
este
trabajo es comprobar la viabilidad
de
utilizar resonadores
basados en
metamateriales, en concreto Split ring resonators (SRR)
en tecnología microstrip para realizar
mediciones
de grosores
sobre materiales dieléctricos ubicados encima de un metal.
La medición
se lleva a cabo a través de la curva del coeficiente de transmisión en un ancho de banda
determinado contrastada con las respuestas esperadas para los diferentes grosores.
Los
requerimientos iniciales para este sensor es que sea capaz de discernir grosores
de entre 50 μm
y 200 μm de material dieléctrico en la banda de 24 GHz con un ancho de banda de unos 2 GHz.
Se ha seleccionado como banda de funcionamiento la de 24 GHz ya que se dispone de chips
transceptores inicialmente pensados para aplicaciones radar que son aplicables en estas
configuraciones
[2].
Para ello, se ha realizado una recopilación bibliográfica para obtener ideas y comprender
mejor el funcionamiento de los resonadores
SRR
para después aplicarlo en este campo. Se han
analizado diferentes parámetros y configuraciones
con distintos tipos de anillos
en el simulador
y obtenido relaciones cualitativas que han permitido caracterizar y diseñar los dispositivos
finales.
Se
han realizado una serie de propuestas de posibles configuraciones para medir los
grosores de materiales de diferentes
constantes
dieléctricas.
Las configuraciones elegidas
utilizan resonadores basados en tecnología de metamateriales, concretamente Split ring
resonators (SRR).
Estos ejemplos han
obtenido un
a respuesta en frecuencia de sus parámetros
de transmisión más ajustadas al ancho de banda especificado en los objetivos del proyecto.
Se ha comprobado que la tecnología de SRR en línea microstrip es viable para realizar
medidas de grosores de materiales sobre metales de alta precisión.
La principal limitación para
este
caso
es
el ancho de banda, dado que las resonancias de los anillos no son suficientemente
selectivas para realizar una amplia gama de medidas con el ancho de banda
disponible,
aproximadamente de
2 GHz.
Esta limitación obliga al diseño de configuraciones adaptadas al
material que se quiere medir. En caso de disponer de un dispositivo transceptor de mayor ancho
de banda
el rango de grosores medibles
con este tipo de dispositivos sería mayor. [--]
Multiple industrial
applications
need of high accuracy characterization and measurement
of materials. In the last decades, some methods have been researched to perform such
measurements
in a destructive and non-destructive manner [1]. For practical reasons, non-destructive
methods are being used increasingly. Planar transmission sensors are one of the
...
[++]
Multiple industrial
applications
need of high accuracy characterization and measurement
of materials. In the last decades, some methods have been researched to perform such
measurements
in a destructive and non-destructive manner [1]. For practical reasons, non-destructive
methods are being used increasingly. Planar transmission sensors are one of the
multiple alternatives
for this purpose.
The objective of this project is to verify the viability of using resonators b
ased on
metamaterials, specifically Split ring resonators (SRR) in microstrip technology to perform
thickness measurements on dielectric materials located above a metal. The measurement is
carried out through the transmission coefficient curve in a certain
bandwidth contrasted with
the expected responses for the different thicknesses. The initial requirements for this sensor is
that it is capable of measure thicknesses between 50 μm and 200 μm of dielectric material in
the 24 GHz band with a bandwidth of about 2 GHz.
It has been selected as the 24 GHz operating
band as it has transceiver chips initially intended for radar applications that are applicable in
these configurations
[2].
For this
purpose, a
bibliographical
compilation
has been accomplished to obtain ideas and
better understand the
behaviour
of split ring resonators
to
afterward
apply in this field. Different
parameters and set ups have been
analysed
with varied kind of rings in the simulator.
Qualitative
relationships
between parameters were found,
which helped to the design and characterization
of the final devices.
Several proposals have been made for possible configurations to measure the thicknesses
of materials from different dielectric constant. The chosen configurations use resonators based
on metamaterials technology, specifically Split ring resonators (SRR). These examples have
obtained a frequency response of their transmission parameters more adjusted to the
bandwidth specified in the project objectives.
It has been checked to prove that SRR technology in microstrip line can be used to perform
high resolution thickness measurements of materials placed above metal plates
or without
them. The main limitation for this case is the bandwidth, since the resonances of
the rings are
not sufficiently selective to carry out a wide range of measures with the available bandwidth,
approximately 2 GHz. This limitation requires the design of configurations adapted to the
material to be measured. In case of having a transceiver
with higher band width, the range of
measurable thicknesses with this type of devices would be greater. [--]
Materias
Microstrip,
Metamaterials,
Split ring resonators,
Thickness,
Measurement
Titulación
Graduado o Graduada en Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación por la Universidad Pública de Navarra /
Telekomunikazio Teknologien Ingeniaritzako Graduatua Nafarroako Unibertsitate Publikoan