Capítulo 1
Figura 1.1. Infraestructura Metrológica Española ...2 Figura 1.2. Estructura coaxial analizada como cuadripolos en cascada ...8 Figura 1.3. Metodología de desarrollo del proyecto ...9
Capítulo 2
Figura 2.1. Método en Cavidad Resonante...13 Figura 2.2. Método de Sonda Coaxial ...17 Figura 2.3. Método de Transmisión-Reflexión...18 Figura 2.4. Conductividad térmica del AlN...24 Figura 2.5. Conductividad térmica del BN ...24 Figura 2.6. Conductividad térmica del SiC...25 Figura 2.7. Esquemas de muestras de Nitruro de Boro y Shapal para caracterización
dieléctrica (unidades en cm) ...25
Figura 2.8. Cavidades resonantes cilíndricas CAV-CIL-04 (derecha), CAV-CIL-06 (centro)
y CAV-CIL-08 (izquierda) ...26
Figura 2.9. Muestras cilíndricas de BN (izquierda) de color blanco y shapal (derecha) más
oscuras...27
Figura 2.10. Cavidad resonante rectangular en torno a 3 GHz...29 Figura 2.11. Muestras de NB (superior) y shapal (inferior) para cavidad resonante
rectangular...29
Figura 2.12. Kits de guías de onda en bandas S, X y Ku...30 Figura 2.13. Muestras para medida en guía de onda ...30
Figura 2.14. Medidor HP4291A y detalle del portamuestras ...32 Figura 2.15. Muestras para medida con el medidor de impedancia ...32 Figura 2.16. Muestras para medida en guía de onda ...33
Capítulo 3
Figura 3.1. Conexión de carga a latiguillo de analizador de redes para medida de S11...41
Figura 3.2. Módulo de S11 de la carga 909D para las temperaturas diferentes y en días
distintos ...42
Figura 3.3. Comparación del módulo de s11 en el mismo instante de medida para días distintos....42
Figura 3.4. Diferencia en porcentaje del módulo de s11 en dos días distintos ...43
Figura 3.5. Módulo de s11 de la carga ANNE50X+ para diferentes temperaturas días distintos....44
Figura 3.6. Comparación del módulo de s11 en el mismo instante de medida para días distintos....45
Figura 3.7. Diferencia en porcentaje del módulo de s11 medido en dos días distintos ...46
Figura 3.8. Módulo de s11 de la carga 909D para las diferentes temperaturas y días distintos...47
Figura 3.9. Comparación del módulo s11 de la carga 909D en el mismo instante de medida y días distintos...47
Figura 3.10. Diferencia en porcentaje del módulo de s11 para la carga 909D medida en dos días distintos...48
Figura 3.11. Vista de la carga con el orificio practicado ...48 Figura 3.12. Módulo de S11 de la carga 909D. Día 1...49
Figura 3.13. Módulo de S11 de la carga 909D. Día 2...50
Figura 3.14. Comparación del módulo de S11 para la carga 909D en el mismo instante para los dos días...50
Figura 3.15. Diferencia en porcentaje del módulo de s11 para la carga 909D entre los dos días...51
Figura 3.16. Línea de aire Maury 8043S ...53 Figura 3.17. Medida a temperatura ambiente ...53 Figura 3.18. Medida en baño de nitrógeno líquido...54 Figura 3.19. Módulo de s21 de la línea coaxial para las diferentes temperaturas y días
distintos ...54
Figura 3.20. Comparación del módulo de S21 para la línea coaxial en el mismo instante para diferentes días ...55
Figura 3.21. Diferencia en porcentaje del módulo de s21 para la línea coaxial en dos días distintos.56
Figura 3.22. Resistividad eléctrica del oro ...57 Figura 3.23. Resistividad eléctrica: a) diversos metales, b) acero inoxidable 3xx ...57 Figura 3.24. Conductividad eléctrica del oro...58 Figura 3.25. Conductividad eléctrica del acero inoxidable 3xx ...58
Capítulo 4
Figura 4.1. Tramo coaxial de 7 mm. con anillo dieléctrico simple. Puertos a 1 mm ...63 Figura 4.2. Tramo coaxial de 7 mm. con anillo dieléctrico simple. Puertos a 5 mm ...63 Figura 4.3. Tramo coaxial con anillo central más tramos laterales. Puertos a 1 mm ...64 Figura 4.4. Tramo coaxial con anillo central más tramos laterales. Puertos a 5 mm ...64 Figura 4.5. Tramo coaxial con anillo central más transiciones lineales de dieléctrico. Puertos
a 1 mm...65
Figura 4.6. Tramo coaxial con anillo central más transiciones lineales de dieléctrico. Puertos
Figura 4.7. Tramo coaxial con anillo central más transiciones lineales de dieléctrico y
conductor interno. Puertos a 1mm ...67
Figura 4.8. Coaxial parcialmente relleno de dieléctrico ...68 Figura 4.9. Variación de radios de conductor interior y de dieléctrico para conseguir
continuidad de la impedancia característica Z0...69
Figura 4.10. Tramo coaxial con transición no lineal de dieléctrico...70 Figura 4.11. Anillo dieléctrico de BN de 5mm de espesor...71 Figura 4.12. Anillo de 5 mm de espesor (a) y radio interior reducido (b)...72 Figura 4.13. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales lineales ...73 Figura 4.14. Variación de los radios del conductor interior y del dieléctrico para conseguir
continuidad en la impedancia característica Z0...74
Figura 4.15. Anillo dieléctrico de 2 mm con transiciones laterales no lineales ...75 Figura 4.16. Anillo dieléctrico de 2 mm con transiciones laterales no lineales ...75 Figura 4.17. Anillo dieléctrico de 2 mm con transiciones laterales no lineales ...76 Figura 4.18. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales ...76 Figura 4.19. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales ...77 Figura 4.20. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales ...77 Figura 4.21. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales ...78 Figura 4.22. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales y 5 tramos de
cilindro recto ...79
Figura 4.23. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales y 3 tramos de
cilindro recto ...81
Figura 4.24. Parámetro S11 de las realizaciones...82
Figura 4.25. Media de las realizaciones frente a la media del caso discreto ...82 Figura 4.26. Parámetro S11 del caso discreto, de la media de las realizaciones, media +/- desviación standard y la envolvente máxima y mínima del total de las realizaciones ...83
Figura 4.27. Porcentaje de error del caso discreto frente a la media ...83 Figura 4.28. Parámetro S11 de las realizaciones...84
Figura 4.29. Media de las realizaciones frente a la media del caso discreto ...84 Figura 4.30. Parámetro S11 del caso discreto, de la media de las realizaciones, media +/- desviación Standard y la envolvente máxima y mínima del total de las realizaciones...85
Figura 4.31. Porcentaje de error del caso discreto frente a la media ...85 Figura 4.32. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales y 2 tramos de
cilindro recto ...86
Figura 4.33. Anillo dieléctrico de 5 mm con transiciones laterales no lineales y 1 tramo de
cilindro recto ...87
Capítulo 5
Figura 5.1. Línea con nitrógeno exterior ...91 Figura 5.2. Distribución de temperatura en la línea: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...92 Figura 5.3. Temperatura para y=Cte: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...92 Figura 5.4. Temperatura para x=Cte: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...93 Figura 5.5. Línea con nitrógeno exterior e interior...94 Figura 5.6. Distribución de temperatura en la línea: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...94 Figura 5.7. Temperatura para y=Cte: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...95 Figura 5.8. Temperatura para x=Cte: a) 3 minutos, b) 5 minutos ...95 Figura 5.9. Temperatura media a lo largo del coaxial para 3 minutos ...96
Figura 5.10. Variación de temperatura en conductor interior y exterior respecto a la media
para 3 minutos...97
Figura 5.11. Diferencia de temperatura media entre 3 minutos y 5 minutos...97 Figura 5.12. Comparativa de conductividades eléctricas a lo largo de la línea (lineal) ...98 Figura 5.13. Comparativa de conductividades eléctricas a lo largo de la línea (logarítmico).98 Figura 5.14. Profundidad de penetración (logarítmica) frente a la frecuencia para el oro ...99
Capítulo 6
Figura 6.1. Parte superior del montaje final para el estudio del patrón ...102 Figura 6.2. Cuadripolo de un tramo de línea ...106 Figura 6.3. Modelo circuital de la sección de una línea de transmisión real ...110 Figura 6.4. Coeficiente de Reflexión de la carga Agilent 909D a temperatura ambiente y 20
minutos después de ser sumergida en nitrógeno líquido ...111
Figura 6.5. Distribución de la temperatura en la carga y parte baja de la línea cuando el
nitrógeno líquido está solamente por fuera ...112
Figura 6.6. Esquema de cuadripolo de todo el patrón de ruido por tramos ...112 Figura 6.7. Parámetros S para un taladro de 2mm de diámetro ...113 Figura 6.8. Dependencia de la conductividad del Oro y del Cobre-Berilio con la
temperatura ...115
Figura 6.9. Pieza dieléctrica con transiciones en tramos cilíndricos rectos ...116 Figura 6.10. Módulo del coeficiente de reflexión en diferentes punto del patrón (dieléctrico
de 6mm) ...117
Figura 611. Contribución de la carga a la temperatura de ruido (dieléctrico de 6mm) ...118 Figura 6.12. Contribución de la línea de transmisión a la temperatura de ruido (dieléctrico
de 6mm) ...118
Figura 6.13. Temperatura de ruido para diferentes niveles de nitrógeno líquido ...119 Figura 6.14. Distribución de temperaturas en la parte superior del patrón de ruido ...120 Figura 6.15. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido al gradiente de
temperaturas en la pieza dieléctrica para los casos de 4mm y 6mm ...121
Figura 6.16. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la incertidumbre de la
temperatura ambiente del agua Ta ...123
Figura 6.17. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la incertidumbre en el
control del nivel del nitrógeno líquido ...124
Figura 6.18. Variación de la temperatura de ruido debido a las tolerancias de fabricación de
la pieza dieléctrica y de las modificaciones del conductor interior del patrón de ruido ...125
Figura 6.19. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la rugosidad de los
conductores ...126
Figura 6.20. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la incertidumbre de la
permitividad del nitruro de boro ...126
Figura 6.21. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la incertidumbre de la
conductividad eléctrica del Cu-Be y Au ...127
Figura 6.22. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido a la variación de la
conductividad térmica del Cu-Be y el BN ...128
Figura 6.23. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido al error en la
simulación numérica de los parámetros S ...129
Figura 6.24. Variación de la temperatura de ruido del patrón debido al error en la resolución
Capítulo 7
Figura 7.1. Distribución rectangular ...142 Figura 7.2. Histograma obtenido para la frecuencia de 26,5 GHz en el caso con el nivel del
nitrógeno líquido en su nivel más bajo permitido ...143
Figura 7.3. Representación gráfica del índice de compatibilidad k entre el resultado del
método GUM y MMC para la frecuencia de 26,5 GHz con el nivel del nitrógeno más bajo.145
Capítulo 8
Sin figuras.
Anexo I
Figura I.1. Perturbación por cambio de medio: (a) Cavidad original con medio
(
ε1,μ1)
y (b) cavidad después de la perturbación con medio(
ε2,μ2)
...160Figura I.2. Perturbación por introducción de material: (a) cavidad original y (b) cavidad
con muestra ...161
Anexo II
Figura II.1. Ondas transmitidas y reflejadas por la muestra en una línea de transmisión ....165 Figura II.2. Fase del coeficiente de transmisión ‘envuelta’ y ‘desenvuelta’ ...169
Anexo III
Figura III.1. Constante dieléctrica materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango
de 2 GHz a 3,4 GHz (Medida 1) ...177
Figura III.2. Factor de pérdidas materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango de
2 GHz a 3,4 GHz (Medida 1) ...178
Figura III.3. Constante dieléctrica materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango
de 8,2 GHz a 12,4 GHz y 12,4 GHz a 18 GHz (Medida 1) ...178
Figura III.4. Factor de pérdidas materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango de
8,2 GHz a 12,4 GHz y 12,4 GHz a 18 GHz (Medida 1) ...179
Figura III.5. Constante dieléctrica materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango
de 2 GHz a 3,4 GHz (Medida 2) ...179
Figura III.6. Factor de pérdidas materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango de
2 GHz a 3,4 GHz (Medida 2) ...180
Figura III.7. Constante dieléctrica materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango
de 8,2 GHz a 12,4 GHz y 12,4 GHz a 18 GHz (Medida 2) ...180
Figura III.8. Factor de pérdidas materiales cerámicos a temperatura ambiente en el rango de
8,2 GHz a 12,4 GHz y 12,4 GHz a 18 GHz (Medida 2) ...181
Figura III.9. Constante dieléctrica de la muestra 5 de nitruro de boro ...182 Figura III.10. Factor de pérdidas de la muestra 5 de nitruro de boro ...182 Figura III.11. Constante dieléctrica de la muestra 8 de Shapal ...183 Figura III.12. Factor de pérdidas de la muestra 8 de Shapal ...183
Anexo IV
Figura IV.1. Discontinuidad de nitrógeno gas – líquido ...185
Anexo V
Figura V.1. a) Piezas del patrón de ruido (3) y b) conductor interior con pieza dieléctrica 200 Figura V.2. Piezas del patrón de ruido ensambladas ...201 Figura V.3. Despiece del patrón de ruido con cotas ...202 Figura V.4. Pieza dieléctrica con cotas ...203 Figura V.5. Conductor interior con cotas ...204 Figura V.6. Conductor exterior con cotas ...205
Anexo VI
Figura VI.1. Representación de una Función densidad de probabilidad ...212 Figura VI.2. Función densidad de probabilidad rectangular ...213 Figura VI.3. Función densidad de probabilidad triangular ...214 Figura VI.4. Función densidad de probabilidad en forma de U ...215 Figura VI.5. Función densidad de probabilidad gauassiana ...216
Anexo VII
Figura VII.1. Propagación de las Funciones Densidad de Probabilidad ...224 Figura VII.2. Esquema de la evaluación de la incertidumbre utilizando el MMC...225