EO_474

EDA/SW/T&M HIGH FREQUENCY MEASUREMENTS la sonda coassiale a terminazione aperta offre un inter- vallo di frequenza continuo di diverse decadi. Sebbene di solito i costi per i campioni di materiale siano relativa- mente bassi, alcuni campioni come liquidi o semi-solidi possono risultare estremamente cari, richiedendo una dimensione del campione ed un dispositivo con il minor ingombro possibile. Processo di misura La permittività non è un valore che può essere misurato direttamente. Oltre al dispositivo appropriato, è necessa- ria la misurazione dei parametri-S del campione, insieme ad un software di post-elaborazione. Solitamente un Vec- tor Network Analyzer (VNA) viene utilizzato per determi- nare i parametri-S di un campione del materiale. Sfortu- natamente, la calibrazione coassiale normalmente usata con un VNA, non tiene conto dell’effetto del porta cam- pioni, pertanto è necessario stabilire una taratura spe- ciale dispositivo/sonda. Dopo una corretta calibrazione e la misura dei parametro-S del campione, un pacchetto software estrae la permittività complessa del materiale sotto test (MUT). Esempio di sonda coassiale aperta a 125GHz Il concept di questa sonda è illustrato in figura 1. La sua struttura consiste in una terminazione planare di una li- nea coassiale con un piano di terra esteso. Il diagramma schematico è mostrato in figura 2, per illustrare una vi- sta in sezione della sonda vicino alla faccia. I campi si estendono dall’apertura e interagiscono con il materiale sotto test, alterando così il coefficiente di riflessione mi- surato. Il limite superiore della frequenza è generalmente imposto dalla dimensione dell’apertura coassiale mentre il limite inferiore della frequenza dalla dimensione del corpo della sonda rispetto a tale apertura. Per la sonda V, è possibile operare fino a ~100 MHz mentre per la son- da W, 500-900 MHz è una frequenza minima comune. Per le applicazioni di misura sui liquidi, un’importante pro- prietà della sonda è l’impermeabilità alla contaminazione da parte del materiale in esame, in quanto ciò potrebbe alterare le misure successive. Queste sonde sono state costruite con un’interfaccia di per- line di vetro sigillata contro le pareti me- talliche circostanti con un processo avanzato per impe- dire qualsiasi ingresso anche negli ambienti più corrosi- vi. Un esempio di configurazione è mostrato in figura 3 dove la sonda (nella parte inferiore dell’immagine) è col- legata tramite un cavo coassiale con connettore W ad un modulo millimetrico Anritsu 3743A (parte di un sistema a banda larga ME7838A 70 kHz-125 GHz). L’intero grup- po sonda-cavo-modulo si trova su una guida posiziona- trice in modo tale che la sonda possa essere abbassata in campioni di liquidi senza cavo flessibile e senza troppe complicazioni meccaniche. Processo di calibrazione Il piano di riferimento per una misura dei materiali è sulla faccia della sonda; questo è il luogo dove bisogna an- che effettuare la calibrazione. Come con qualsiasi misura di riflessione ad una porta, sono richiesti tre standard di calibrazione. Lasciare la sonda aperta è un semplice “standard” poiché i fringing field nello spazio libero sono facilmente calcolabili. L’acqua deionizzata (DI) è un se- condo standard poiché le sue caratteristiche sono ben note e di solito sono pratiche da configurare. Spesso un corto è usato come terzo standard e questo può essere implementato in vari modi, tra cui vernice conduttiva ar- gento, schiume metalliche o una lamina metallica premu- ta contro la sonda. L’uso di altri materiali di calibrazione è sempre possibile quando la riflessione generata è suf- ficientemente diversa dagli altri standard; in tal modo si evita l’insorgere di singolarità numeriche e il materiale è ben caratterizzato. Tra gli esempi possiamo citare: Open-short-DI water (approccio standard) Open-short-methanol Open-short-ethanol Open-short-isopropanol Open-DI water-methanol Esecuzione delle misure, software e algoritmo di conversione Una volta completata la calibrazione, il piano di riferimen- to calibrato per la misura della riflessione si è spostato Fig. 2 – Vista in sezione della sonda vicina alla faccia Fig. 3 – Sonda collegata tramite un cavo coassiale con connettoreWal modulomillimetrico Anritsu 3743A 73 - ELETTRONICA OGGI 474 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2018