Tecniche di misura delle proprietà EM dei materiali

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Taddeo Fadda
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1 Università di Roma Tor Vergata INSTM-Consorzio Interuniversitario per la Scienza e Tecnologia dei Materiali Gruppo Scienza e Tecnologia dei Materiali Tecniche di misura delle proprietà EM dei materiali Francesca Nanni CONTATTI: Francesca Nanni UdR Università di Roma Tor Vergata Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche Via della Ricerca Scientifica Roma Tel Fax e.mail: fnanni@ing.uniroma2.it

CONTATTI: Francesca Nanni UdR Università di Roma Tor Vergata Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche

2 L analizzatore di rete L analizzatore di rete è lo strumento base per la misura delle proprietà elettromagnetiche dei materiali Principio di funzionamento dello strumento è comparazione di un segnale incognito (il segnale proveniente dalla misura) con un segnale di riferimento e produce, quale risultato, l ampiezza e la fase del segnale incognito. Analizzatore di rete vettoriale Per preservare la coerenza del risultato, sia il segnale di riferimento che il segnale impiegato per illuminare il campione, ed effettuarne quindi la misura delle proprietà elettromagnetiche, vengono entrambi emessi dalla stessa sorgente e sono inizialmente identici in ampiezza e fase. Dal momento che si è raramente interessati a condurre misure ad una singola frequenza, gli analizzatori sono in grado di generare onde elettromagnetiche in ampi intervalli di frequenza impostabili dall operatore.

Analizzatore di rete vettoriale Per preservare la coerenza del risultato, sia il segnale di riferimento che il segnale impiegato per illuminare il campione, ed effettuarne quindi la misura delle

3 I parametri di scattering La completa caratterizzazione della matrice di scattering di un materiale sconosciuto richiede la misura di almeno 8 grandezze, ovvero i 4 parametri di scattering in ampiezza e fase (oppure le loro parti reali ed immaginarie). Nel caso di un materiale isotropo ed omogeneo si dimostra che S 12 =S 21 e S 11 =S 22 ; pertanto rimane necessario misurare soltanto due parametri complessi.

fase (oppure le loro parti reali ed immaginarie).

4 Metodi di misura i metodi di misura delle proprietà EM dei materiali si dividono in NON_RISONANTI RISONANTI Info su ampia frequenza Bassa accuratezza Info su frequenze discrete massima accuratezza Guide d onda Coassiale Free -space Proprietà dedotte dall impedenza e dalla velocità di trasmissione delle onde nel mezzo

Info su frequenze discrete massima accuratezza Guide d onda Coassiale Free

5 Le misure in guida d onda Sono impiegate nella valutazione delle proprietà EM dei materiali perché la teoria della propagazione nelle linee è molto solida, inoltre le onde sono confinate nel sistema. la flangia in cui viene allocato il provino è un a piccola sezione della linea di trasmissione e si misura la parte di onda riflessa e quella trasmessa attraverso il provino.

6 Le misure in guida d onda queste misure presuppongono che il materiale sia: 1. ragionevolmente omogeneo Sistema che non va bene, ad esempio per honeycomb, struttura fortemente disomogenea 2. Il provino riempia perfettamente la linea altrimenti si sviluppano modi superiori di trasmissione che generano errori nella misura. ci sono 2 modalità di trasmissione dell onda: TEM (transverse electromangetic) in cui E ed H sono entrambi trasversali rispetto alla linea il che si traduce nel fatto che l energia si propaga esattamente come se la linea non fosse confinata (coassiale, misura banda larga)

Il provino riempia perfettamente la linea altrimenti si sviluppano modi superiori di trasmissione che generano errori nella misura.

7 Le misure in guida d onda TE (o TM)(transverse electric) E (o H) è trasversale rispetto alla direzione di propagazione. (guida d onda, misura a bande fissate di frequenza).

8 Le misure in guida d onda

9 Le misure in guida d onda Errori commessi nella misura in guida d onda in presenza di air gap per: Materiali con poche perdite Materiali con elevate perdite

10 Le misure in free space Misura tipo TEM copre larga banda provini di dimensioni maggiori, più rappresentativi del materiale, La misura simula meglio le condizioni operative, migliore per materiali non omogenei

11 Le misure in free space coassiale: misura tipo TEM copre larga banda Sample Vector Network Analyzer 5 m

12 Le misure EM Cosa si misura??? I parametri di scattering in trasmissione e riflessione (metal backed o no) Porta 1 S11 S21 Porta 2 come passo dai parametri di scattering alle proprietà EM dei materiali? con dei software adatti, pochi quelli commerciali in commercio ed in genere poco adatti alla ricerca Ci sono analisi che tengono conto della propagazione delle onde e della perturbazione

Porta 2 come passo dai parametri di scattering alle proprietà EM dei materiali?

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