Un résonateur ouvert Fabry-Pérot (FPOR) proposé par QWED permet de caractériser précisément des feuilles diélectriques dans la gamme de fréquence de 110 GHz à 170 GHz en utilisant un seul montage.
Configuration d'un résonateur ouvert Fabry-Pérot contrôlé par logiciel avec un analyseur de réseaux vectoriels R&S®ZNA26 et deux convertisseurs à ondes millimétriques R&S®ZC170.
Votre tâche
Vous devez connaître les propriétés micro-ondes d'une feuille diélectrique du matériau que vous produisez vous-même ou que vous achetez auprès d'un fabricant tiers. Cette connaissance peut être très pratique dans l'optimisation du processus de production du matériau ou dans la conception d'un circuit à ondes millimétriques, par exemple à des fins de la technologie 6G.
Ces matériaux peuvent être des polymères (par exemple polypropylène, chlorure de polyvinyle), des substrats PCB (par exemple FR-4, RT5880), du verre (par exemple silice fondue, borosilicates) ou des plaquettes monocristallines (par exemple quartz, saphir). La tangente de perte du matériau peut être aussi faible que 1 × 10–4 et elle peut encore être mesurée avec une précision exceptionnelle dans la gamme de 110 GHz à 170 GHz. Si un montage de mesure non-résonant, tel qu'une solution basée sur un espace libre ou un guide d'onde, ne répond pas à vos exigences dans la bande D, essayez le résonateur ouvert Fabry-Pérot (FPOR).
Le FPOR fournit une technique précise pour la mesure de la permittivité complexe des films diélectriques dans la gamme de fréquence de 110 GHz à 170 GHz avec une résolution de 1,5 GHz. En plus du montage FPOR, un analyseur de réseaux vectoriels R&S®ZNA26 (VNA) avec deux ports et un PC sont nécessaires pour la mesure, qui est automatique, rapide et simple à réaliser. Dans la bande D, un adaptateur guide d'ondes est également nécessaire pour connecter les deux convertisseurs à ondes millimétriques R&S®ZC170 au FPOR couplé coaxial.
La caractérisation du matériau sous test (MUT) est entrepris dans le FPOR avec des modes Gaussien impairs consécutifs, désignés par TEM0,0,q, où q est un ordre de mode longitudinal. Le MUT se trouve généralement exactement au milieu du résonateur dans un faisceau Gaussien au maximum du champ électrique. Le MUT est inséré dans le FPOR sur un échantillon en dédié en polycarbonate avec une ouverture circulaire au milieu (diamètre extérieur < 50 mm). Si l'échantillon correspond au FPOR, la mesure est non destructive et aucune préparation spécifique du MUT n'est nécessaire.
Les données de mesure brutes, en particulier les changements dans la fréquence de résonance et le facteur Q correspondant dus à l'insertion du MUT, sont traduits par la constante diélectrique (Dk) et le facteur de dissipation (Df), respectivement. Pour le Dk, des tableaux de recherche de la fréquence de résonance en fonction de l'épaisseur et du Dk du MUT sont calculés au cours d'une étape de pré-traitement, en utilisant un modèle électromagnétique (EM) du FPOR.
Une fois que le Dk du MUT est évalué, le Df correspondant est calculé en utilisant la formule suivante :
Vous devez connaître les propriétés micro-ondes d'une feuille diélectrique du matériau que vous produisez vous-même ou que vous achetez auprès d'un fabricant tiers. Cette connaissance peut être très pratique dans l'optimisation du processus de production du matériau ou dans la conception d'un circuit à ondes millimétriques, par exemple à des fins de la technologie 6G.
Ces matériaux peuvent être des polymères (par exemple polypropylène, chlorure de polyvinyle), des substrats PCB (par exemple FR-4, RT5880), du verre (par exemple silice fondue, borosilicates) ou des plaquettes monocristallines (par exemple quartz, saphir). La tangente de perte du matériau peut être aussi faible que 1 × 10–4 et elle peut encore être mesurée avec une précision exceptionnelle dans la gamme de 110 GHz à 170 GHz. Si un montage de mesure non-résonant, tel qu'une solution basée sur un espace libre ou un guide d'onde, ne répond pas à vos exigences dans la bande D, essayez le résonateur ouvert Fabry-Pérot (FPOR).
Qt est le facteur Q du résonateur avec un échantillon et Q0 sans échantillon et pe désigne un facteur de remplissage d'énergie électrique du MUT. Cette dernière est évaluée à l'aide d'une règle incrémentielle de fréquence.
QWED fournit une solution sophistiquée pour la caractérisation de matériau EM en utilisant un résonateur ouvert Fabry-Pérot.
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L'incertitude Dk est principalement et quasiment directement dépendante de l'incertitude de l'épaisseur du MUT. Par exemple, 1 % d'incertitude d'épaisseur engendre environ 1 % d'incertitude Dk. La précision de la méthode de mesure du Dk elle-même est de 0,25 %, à condition que des conditions de mesure décentes soient maintenues. De plus, les fluctuations dues aux dérives thermiques sont compensées.
L'incertitude Df dépend de nombreux facteurs, tels que l'épaisseur du MUT, le niveau Df, les réglages de l'analyseur de réseaux vectoriels et des vibrations. Cependant, un facteur Q bien au-delà de 200 000 permet d'obtenir une incertitude meilleure de ±5 %, même pour des matériaux avec des pertes aussi faibles que 1 × 10–4.
Du fait que les modes Gaussiens exploités dans le FPOR sont polarisés linéairement, l'anisotropie dans le plan de l'échantillon peut être mesurée, ce qui n'est pas possible avec des méthodes de résonance alternatives. Divers types de matériaux peuvent présenter une telle anisotropie dans le plan, du fait de leur structure physique (par exemple des cristaux) ou du traitement du matériau (par exemple certains films polystyrène). Si un tel échantillon est inséré arbitrairement dans le FPOR, il est très probable que le mode séparation se produira et, à son tour, deux fréquences de résonance seront présentes. Dans ce cas, l'échantillon doit être tourné jusqu'à ce que l'une des résonances disparaisse. La mesure complexe de la permittivité peut aussi être poursuivie. L'échantillon est alors tourné de 90 degrés supplémentaires et la procédure entière est répétée. Généralement, le Df ne présente pas d'anisotropie autant que le fait le Dk.
