Diseño de un Analizador Vectorial de Redes de bajo coste para la caracterización de medios dieléctricos

Abstract

[SPA]El presente proyecto tiene su origen en la necesidad de poder caracterizar los medios dieléctricos de una forma precisa, más económica y más rápida. La medida de la permitividad es muy importante en aplicaciones científicas, industriales y médicas y, por tanto, es fundamental conocer su valor en los principales materiales dieléctricos. Para ello, el trabajo se centra en la realización del diseño de un Analizador de redes vectorial (VNA, Vector Network Analyzer) de tamaño reducido, portátil y de bajo coste que ofrezca una buena calidad y precisión de medida y una velocidad rápida para la medición y la calibración en la caracterización de medios dieléctricos. El VNA diseñado dispone de un microcontrolador para gestionar todo el sistema, realizar el tratamiento de la señal y realizar la adquisición de los datos, además de otros componentes como osciladores, generador de señales a diferentes frecuencias, mezcladores de frecuencia o códec de audio, entre otros. Se ha realizado la implementación de un solo puerto de medida para realizar las medidas de reflexión. Además, se ha implementado un sistema de comunicación SDI-12 para la adquisición de datos mediante un datalogger. En primer lugar, se ha realizado un estudio previo sobre el funcionamiento de un VNA. Seguidamente, se ha desarrollado el diseño electrónico de un prototipo de VNA usando herramientas de diseño de PCB. Después, se ha procedido a la adquisición de todos los componentes necesarios y a la fabricación del prototipo de VNA, así como a la programación del microcontrolador en lenguaje C, que se encargará de gestionar el sistema. Finalmente, se han realizado los experimentos y ensayos con el prototipo funcional para validar el funcionamiento del mismo.[ENG]This research results from the need to characterize dielectric media in a precise, cheaper and faster way. The measurement of permittivity is very important in scientific, industrial and medical applications, being essential to know its value in the main dielectric materials. Thus, the project is focused on the design of a small, portable and low-cost Vector Network Analyzer (VNA) that offers good quality and precision of measurement and a fast speed for measurement and calibration in the characterization of dielectric media. The designed VNA has a microcontroller to manage the entire system and perform the signal processing and data acquisition, in addition to other components, such as oscillators, signal generator at different frequencies, frequency mixers or audio codec, among others. A single measurement port has been implemented to perform reflection measurements. Moreover, an SDI-12 communication system has been implemented for data acquisition through a datalogger. First of all, a preliminary study has been carried out on the functioning of a VNA. Next, the electronic design of a VNA prototype has been developed using PCB design tools. Then, all the necessary components have been acquired and the VNA prototype was assembled, as well as the programming of the microcontroller in C language, which will be in charge of managing the system. Finally, experiments and tests with the functional prototype have been carried out to validate its operation.