Electromagnetismo

UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA AREA DE ELECTROMAGNETISMO.

Caracterización de dieléctricos a frecuencia de microondas.
Eduardo Nebot del Busto

Memoria presentada para la evaluación de trabajo academicamente dirigido. Zaragoza, 5 de Julio de 2004

AGRADECIMIENTOS.

Me gustaría agradecer a la Universidad de Zaragoza la puesta en marcha delsistema de superación de asignaturas optativas mediante la realización de trabajos académicamente dirigidos, que permiten al alumno introducirse en el mundo de la física experimental de una manera mucho más profunda de lo que requiere la titulación en Ciencias Físicas. Una mención especial para mi director Juan Pablo Martínez por su inagotable paciencia y a Jose María Forniés por su desinteresadacolaboración a lo largo de los meses que ha durado esta experiencia.

Caracterización de dieléctricos a frecuencia de microondas

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INDICE
1. Introducción. 2. Medios dieléctricos. 2.1 Desarrollo multipolar del potencial escalar. 2.2 Aproximación dipolar, mecanismos de polarización y vector polarización. 2.3 Comportamiento bajo campos armónicos. 2.4 Ecuaciones de Debye. 3. Caracterización dedieléctricos. 3.1 Propagación de ondas guiadas. 3.2 Líneas de transmisión. 3.3 Fundamento del método de la guía cortocircuitada. Método de Roberts Von Hippel. 4. Adquisición y tratamiento de los datos. 4.1 El montaje experimental. 4.2 Adquisición y tratamiento. 4.3 Resultados. 5. Conclusiones. 6. Referencias. 37 39 41 51 53 33 21 27 7 11 14 5 3

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1. INTRODUCCIÓN.
Una parte del electromagnetismo experimental concentra su interés en la completa caracterización de diferentes medios por su posible aplicación a la fabricación de dispositivos de microondas. En este trabajo nos concentramos en la determinación de la permitividad compleja de ciertos mediosdieléctricos, propiedad que fija la respuesta que van a tener dichos materiales bajo la acción de una señal electromagnética. Esta determinación se hace para una frecuencia fija de 9.226 GHz y diferentes temperaturas (0-160ºC). Existen varios métodos para la determinación de la permitividad dieléctrica compleja como son las técnicas de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) y el método de laguía cortocircuitada, técnica utilizada en nuestro caso. El primero de los dos métodos nos permite con una sola medida el conocimiento de la constante dieléctrica del material en un amplio rango de frecuencias mientras que el segundo, caracteriza al medio a una frecuencia determinada. Aunque pueda parecer más pobre en cuanto a la información obtenida, el método de la guía cortocircuitada permiteadaptar la instalación experimental de forma más sencilla que el primero de ellos para obtener la variación de la constante dieléctrica con la temperatura. A lo largo del curso pasado, en la parte experimental de la asignatura Propagación guiada y sistemas radiantes, ya se utilizó la técnica de TDR para la caracterización de dieléctricos. Debido a esto, en este trabajo nos centraremos en el método deRoberts-Von Hippel para la guía cortocircuitada como un método alternativo para la determinación de constantes dieléctricas. A partir de este método vamos a poder obtener información a cerca de la dependencia con la temperatura de dicha magnitud, algo que no nos permiten las instalaciones de TDR de que disponemos. Ambos métodos se nutren del amplio conocimiento que se tiene hoy en día de lapropagación guiada de campos electromagnéticos. Los parámetros de interés se obtienen experimentalmente situando la muestra dieléctrica problema en una sección de una guía de ondas o línea coaxial, y estudiando en detalle el comportamiento de la estructura del campo en el interior de la guía en cuestión.

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La primera parte del...