Caracterización y diseño de sensores basados en resonadores implementados con tecnología CPW

Abstract

En el presente estudio se propone un sensor de propiedades dieléctricas basado en un resonador de anillos abiertos SRR (Split-ring Resonator) acoplado a una línea de transmisión mediante tecnología coplanar (CPW). Dicho dispositivo presenta una respuesta resonante que se ve modificada por la presencia de una sustancia dieléctrica dispuesta sobre los anillos. Analizando dicha variación, se pueden caracterizar las propiedades dieléctricas de la muestra. Para conocer el funcionamiento del sensor propuesto, se comienza explicando las estructuras metamateriales, su origen, el porqué de su importancia y su posible fabricación mediante elementos resonantes. Posteriormente, se expone el funcionamiento de un sensor basado en estos elementos y se plantea una topología concreta del dispositivo, la cual será objeto de análisis en este estudio. Los resultados presentados por dicho sensor se ven afectados por las dimensiones de los conductores y las propiedades dieléctricas del material con el que está construido, por lo que se realiza un análisis de cómo influyen estos parámetros en su respuesta final. Se busca entonces optimizar el diseño propuesto para lograr un sensor con la mayor sensibilidad y fiabilidad posible. Finalmente, se detalla el proceso de construcción de un prototipo, con el fin de comprobar la relación de los resultados simulados con los reales obtenidos experimentalmente, y se exponen las conclusiones del estudio. Abstract: The present study proposes a dielectric sensor based on open rings resonator SRR (Split-Ring Resonator) coupled to a transmission line, by means of co-planar technology (CPW). This device offers a resonant response, which is modified by the presence of a dielectric substance on the rings. Analysing the variation, the dielectric properties of the sample can be extracted. In order to know the sensor performance, the study begins explaining the metamaterial structures, their origin, their importance and the possibility for the sensor to be manufactured with resonant elements. This is followed by the description of the operation of a sensor based on these elements and a specific topology of the device is set out. This topology will be object of analysis in the study. The results obtained from the sensor are affected by the dimensions of the conductor materials and by the dielectric properties of the material that the sensor is made of. That is why an analysis about the influence of these parameters on the final response is made. The optimization of the design in order to provide the highest sensitivity and reliability is pursued. Finally, the details of the process to construct a prototype are shown, so that the relationship between the simulated results and the measured ones can be proved, and the conclusions of the study are presented.