Diseño de sensores fluídicos de radiofrecuencia basados en dumbbell-shaped DGS

González Sánchez, Mario (2019). Diseño de sensores fluídicos de radiofrecuencia basados en dumbbell-shaped DGS. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Diseño de sensores fluídicos de radiofrecuencia basados en dumbbell-shaped DGS
Author/s:
  • González Sánchez, Mario
Contributor/s:
  • Gil Barba, Marta
  • Aznar Ballesta, Francisco
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación
Date: July 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Resonadores; Metamateriales
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La estructura dumbbell-shaped defected ground structure (DGS), permite modificar el comportamiento de una línea de transmisión fabricada mediante tecnología microstrip. Al situar otros materiales sobre este resonador, cambian las propiedades dieléctricas del conjunto, cambiando solidariamente la respuesta en frecuencia del resonador. Se aprovechará este comportamiento para analizar y diseñar un sensor que sea capaz de identificar y diferenciar fluidos con distinta permitividad dieléctrica. El dispositivo que se va a diseñar es un sensor diferencial que compara cómo se comportan los parámetros S de dos líneas de transmisión totalmente simétricas cargadas con un resonador dumbbellshaped DGS. Las variables de salida del sensor son dos, por un lado, el coeficiente de transmisión y por otro el coeficiente de transmisión cruzado. El primero servirá para diferenciar líquidos cuya permitividad eléctrica sea muy distinta a la del líquido de referencia, en nuestro caso, el agua desionizada. En la estructura dumbbell-shaped DGS, los grandes cambios de permitividad del material que se coloque sobre él, se reflejan en un cambio de la frecuencia de resonancia del conjunto. Por otro lado, la segunda variable de salida será el coeficiente de transmisión cruzado (cross-mode transmission coefficient). Este segundo parámetro de salida será fundamental para diferenciar líquidos cuya permitividad sea muy similar a la del líquido de referencia. En este caso, el cambio en frecuencia puede ser demasiado pequeño, por lo tanto, no se conseguiría suficiente sensibilidad, el coeficiente de transmisión cruzado es muy sensible a cambios de simetría entre los dos canales, detectando pequeños cambios en la magnitud y fase del coeficiente de transmisión S21. El hecho de utilizar dos canales sirve para evitar que elementos externos como la temperatura influyan en el resultado, obteniendo así una respuesta mas consistente. El sensor será caracterizado y empleado para medir disoluciones en volumen de etanol con agua desionizada, y otros líquidos con distintas permitividades. Adicionalmente, ha sido puesto a prueba como sensor de muestras sólidas. Este modo de funcionamiento requiere el desmontaje del circuito de fluídica, lo cual permite su empleo como detector de defectos en dieléctricos sólidos. Abstract: The dumbbell-shaped defected ground dtructure (DGS) allows modifying the behavior of a transmission line built on microstrip technology. When placing other materiales with different dielextric permitivity, the dielectric properties of the assembly change, modifying the frequency respone of the resonator. This behavior will be used to analyze and design a sensor able to identify and distinguish between fluid with differente dielextric permitivity. The designes device is a differential sensor that compares the behavior of the S parameters of two fully symmetrical trasnmissions lines charged with a DGS dumbbell-shaped resonator. The output variables of the sensor are two, on the one hand, the trasmissipn coefficient S21. On the other hand, cross-mode trasnmission coefficiente S DC 21. The transmissión coefficiente will serve to differentiate liquid whose dielectric permittivity is very differente from the reference channel, in our case, the referen channel will be load with deionized water. In the DGS dumbbell-shaped structure, large changes in the permittivity of the material placed on it. are reflected in a change int he resonance frequency of the conjunct. The cross-mode transmission coefficient with be fundamental to differencitate liquids whose permitivitvty is very similar from the reference channel. In this case, the change in frequency may be too small, therefore, sufficient sensitivity would not be acheived on S21. The advantages of using the cross-mode transmission coefficient for sensing is the robusteness against environmental changes sucha as temperature, thus obtaining a more consistente response. The sensor will be charecterized form measuring solutions by volume of ethanol with deinonized water, and other liquids with different permittivity. the device has been tested as a sensor for solid samples too. This operation mode requires disassembling the fluidic channels and allows use it as a defects detector in solid dielectrics.

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Item ID: 56824
DC Identifier: http://oa.upm.es/56824/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56824
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 11 Oct 2019 06:31
Last Modified: 11 Oct 2019 06:31
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