Milimetre Dalga Alanında Kullanılan Malzemeler için Dielektrik Ölçüm Çözümleri

~Keycom × Anritsu Dielektrik Sabiti Ölçüm Sistemleri~

Bu bölümde, bir VNA kullanılarak gerçekleştirilen dört yöntem ile her birine uygun numuneler ve ölçüm koşulları tanıtılmaktadır.

Kauçuk ve radar emici malzemeleri ölçmeye yönelik sondalama yöntemi

Birincisi, yarı katı malzemeler, sıvılar ve katıların ölçümüne uygun olan, radyo emisyon yöntemine dayanan “prob yöntemi”dir (Şekil 4). Prob, nesneyle temas ettirilerek dielektrik sabiti ölçülebilir. Ölçüm frekans aralığı, probun özelliklerine bağlı olarak yaklaşık 10 MHz ile 55 GHz arasındadır. Kayıp tanjantının ölçüm aralığı 0,001 ile 10 arasındadır; bu da yöntemin çok çeşitli ölçüm nesnelerine uygulanabilir olmasını sağlar. Prob yöntemi ayrıca kauçuk, beton ve diğer malzemelerin yaşlanmasını değerlendirmek için de kullanılır. Bu konfigürasyon basittir ve taşınabilirdir. Ayrıca sahada ölçüm yapmak üzere sahaya da götürülebilir.

Film ve yüksek hassasiyetli dielektrik ölçümleri için Fabry-Perot/açık rezonatör yöntemi

“Fabry-Perot veya açık rezonatör yöntemi”, filmlerin ve numunelerin anizotropisini yüksek hassasiyetle ölçmek için uygundur (Şekil 5). Ölçüm frekansı 20 MHz ile 170 GHz arasında değişmektedir. Kayıp tanjantı 0,0001 ile 0,05 arasında olan malzemeler için yüksek doğrulukta ölçüm yapılabilmektedir. Açık rezonatör yönteminde, tek bir rezonatör, milimetre dalga radar ekipmanları ve ölçüm hedefleri olarak kullanılan malzemeler tarafından kullanılan 75,6, 79 ve 81 GHz frekanslarını kapsayabilir. Ayrıca, mikro düzeyde otomatik kontrol mekanizmasına sahip Anritsu’nun VNA’sı, rezonans frekansının numuneye göre optimize edilmesini sağlayarak ölçüm doğruluğunu artırır.

Tozları, filmleri, plakaları, sıvıları ve düşük basınçlı numuneleri ölçmek için TM boşluk rezonatör yöntemi

“TM boşluklu rezonatör yöntemi”, tozların, filmlerin, plakaların ve sıvıların ölçülmesinin yanı sıra düşük basınçlı ortamlarda kullanım için de uygundur (Şekil 6). Bu yöntem, “pertürbasyon yöntemi” olarak da adlandırılır. Ölçüm frekansı 200 MHz ile 10 GHz arasında değişir ve açık rezonatör yöntemine kıyasla daha düşük bir frekans aralığını kapsar. Açık rezonatör yöntemine benzer şekilde, bu yöntem 0,0001 ile 0,05 arasında düşük dielektrik kaybına sahip malzemelerle çalışabilir (düşük dielektrik kaybı). Bu yöntem, elektronik cihazlarda kullanılan baskılı devre kartları için tozlar geliştiren ve üreten birçok üretici tarafından kullanılmaktadır. Yüksek hassasiyetli ölçümler için çoklu rezonanslar kullanılmaz. Bunun yerine, her ölçüm frekansı için ayrı bir fikstür sağlanır.

Boyalar, çok katmanlı yapılar, yapıştırıcılar ve sıvıların ölçümüne yönelik serbest alan yöntemi

Radyo dalgalarının yayılımına dayanan “serbest alan yöntemi”, boyaların, çok katmanlı malzemelerin, yapıştırıcıların ve sıvıların ölçümü için uygundur. “Serbest alan yöntemi”, düşük dielektrik kaybına sahip malzemelerin ölçümü için uygun olan “frekans değiştirme yöntemi” ile yüksek dielektrik kaybına sahip malzemelerin ölçümü için kullanılan “S-parametre yöntemi”ni içerir. Serbest alan yöntemi cihazının anteni, istenmeyen radyo dalgası yansımalarını bastırmak için bir radyo dalgası merceği ile donatılmıştır; bu sayede serbest alanda ölçüm yapılabilmekte ve yankısız odaya olan ihtiyaç ortadan kalkmaktadır. Bu yöntem, genellikle otomotiv ile ilgili ekipmanların geliştirilmesinde kullanılır.

Anritsu’nun Çeşitli Dielektrik Ölçümleri İçin Uygun VNA Çözümleri

Prob yöntemi için VNA

Basit bir sistem yapılandırmasına sahip prob yönteminde, kompakt ve hafif 1-portlu model, basit bir sabitleme aparatı ve bir bilgisayar yardımıyla çeşitli konumlara taşınarak, halihazırda çalışmakta olan veya sahadan taşınamayan ekipmanların dielektrik sabitini ölçebilir. Anritsu, çeşitli uygulamaları karşılamak üzere maksimum 6 GHz frekans aralığına sahip MS46121B ve 8 GHz/20 GHz/43,5 GHz frekans aralığına sahip MS46131A modellerini 1 bağlantı noktalı modeller olarak sunmaktadır.

Rezonatör yöntemi için VNA

Açık ve TM boşluklu rezonatörlerle yapılan ölçümler, ayrı çıkış ve girişler gerektirdiğinden, bu uygulamalar için iki bağlantı noktalı bir VNA ideal bir seçimdir. Nispeten yüksek frekans aralığındaki ölçümleri kapsayan açık rezonatör yöntemi için, aşağıdaki ölçülebilir frekans aralığına sahip VNA’lar mevcuttur.

• MS4640B 10 MHz den 40/70 GHz e

• ME7838A/D 70 kHz den 110/125/145 GHz e

Nispeten düşük frekans bantlarını kapsayan TM boşluk rezonatör yöntemi için aşağıdaki VNA’lar mevcuttur.

• MS46122B ve MS46522B ; 1 MHz den 8/20/43.5 GHz e

Serbest alan yöntemi için VNA

Serbest alan yöntemi uygulanırken 2 bağlantı noktalı bir VNA da tercih edilir. Serbest alan yöntemlerinden birini uygularken, aynı yöntemle geniş bir frekans aralığını kapsayabilen frekans değiştirme yöntemi uygundur.

• MS46522B ; 1 MHz den 8.5/20/43.5 GHz

• ME7838A/D ; 70 kHz den 110/110/ 125/145 GHz e

5G’nin ötesindeki gelişmeler, 300 GHz bandına kadar dielektrik sabitlerinin ölçülmesi ihtiyacını doğurmuştur; ME7838x serisinin milimetre dalga modüllerini frekans genişletme modülleriyle değiştirerek, bu son derece yüksek frekans bandı uygulamaları da karşılanabilmektedir.

E-bandı otomotiv radar uygulamaları için, 55 ile 95 GHz arasındaki frekanslarda MS46522B-08x, yukarıda bahsedilen geniş frekans aralığında ise ME7838A/D kullanılabilir.

Öte yandan, 43,5 GHz’e kadar olan frekans aralığındaki ölçümler için, 2 bağlantı noktalı bir VNA’ya sahip olduğu sürece nispeten uygun fiyatlı bir model bile kullanılabilir. Buna bir örnek olarak MS46122B verilebilir. Ölçülecek numunenin dielektrik kaybı yüksekse, SHOCKLINE serisindeki bir başka yüksek çıkışlı model olan MS46522B seçilebilir. MS46522B, zahmetli bakım gerektirmeden ölçüm kablosunun fikstüre kolayca bağlanmasına olanak tanıyan, ustaca tasarlanmış ve kullanımı kolay bir modeldir.

Daha fazla ayrıntı için, aşağıdaki bağlantıdan ilgili uygulama notuna ulaşabilirsiniz.

Kaynak: https://dl.cdn-anritsu.com/en-en/test-measurement/files/Application-Notes/Application-Note/vna-webinar1-ef1100.pdf