Desarrollo de una celda de medida de permitividad eléctrica para caracterización de materiales sólidos y semisólidos
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2021
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Resumen
El siguiente documento presenta el desarrollo de una celda de meda de medida para la obtención de la permitividad eléctrica de los materiales sólidos y semisólidos; dicha celda de medida consiste de un analizador vectorial de redes (VNA) y una sonda coaxial de extremo abierto (OECP) que, mediante el coeficiente de reflexión obtenido en el punto de contacto entre la sonda y la muestra, y el método de calibración estándar de un puerto, permiten obtener el valor de la constante dieléctrica de la muestra bajo prueba (MUT). El proceso de desarrollo de la celda de medida consistió en la selección de la sonda coaxial, la cual fue un conector SMA Macho cuyo pin central fue limado hasta conseguir una superficie uniforme sobre la cual hacer contacto directo y perpendicular con la muestra. Los resultados obtenidos fueron comparados con diferentes modelos matemáticos implementados en Matlab para la obtención de la permitividad teórica de los diferentes materiales sólidos y semisólidos; la comparación entre las curvas prácticas y teóricas permitieron obtener un análisis de la repetividad en la medición de la permitividad y estimar el error porcentual existente entre medición y modelo teórico para las frecuencias utilizadas común mente en estudios de microondas y tratamientos de hipertermia para cáncer de mama, estas frecuencias fueron las de 915 MHz y 2.45 GHz.
Descripción
Abstract
The following document presents the development of a measuring cell to obtain the electrical permittivity of solid and semi-solid materials; this measuring cell consists of a vector network analyzer (VNA) and an open-ended coaxial probe (OECP) which, by means of the reflection coefficient obtained at the contact point between the probe and the sample, and the standard, single port calibration method, they allow to obtain the value of the dielectric constant of the sample under test (MUT). The measurement cell development process consisted in the selection of the coaxial probe, which was a SMA Male connector whose central pin was partially cut until a uniform surface was obtained on which to make direct and perpendicular contact with the sample. The results obtained were compared with different mathematical models implemented in Matlab to obtain the theoretical permittivity of the different solid and semi-solid materials; The comparison between the practical and theoretical curves made it possible to obtain an analysis of the repeatability in the measurement of permittivity and to estimate the percentage error existing between the measurement and the theoretical model for the frequencies commonly used in microwave studies and hyperthermia treatments for breast cancer. These frequencies were 915 MHz and 2.45 GHz.
Palabras clave
Celda de medida, Sonda coaxial, Permitividad, Debye, Cole-Cole
Keywords
Measuring cell, Coaxial probe, Permittivity, Debye, Cole-Cole