Para as medi¸c˜oes do campo distante considerou-se uma abertura da antena um pouco maior do que o fabricante considera, pois os c´alculos foram baseados nas medidas externas da frente das antenas e como estas possuem um borda significativa para o aparafusamento das lentes, os c´alculos foram super-estimados. Com isto, o campo distante n˜ao ´e t˜ao afastado quanto se imaginou a princ´ıpio e assim a amostra poderia ser um pouco menor. De toda forma, ficou definido que deveriam ser medidos, no m´ınimo, dois tamanhos de amostras, com as seguintes se¸c˜oes transversais:
• 500 mm x 500 mm, que atenderia bem `as dimens˜oes especificadas anteriormente; • 304,8 mm 304,8 mm (12” x 12”), medida padronizada por um dos fabricantes dos
materiais de amostras (conforme explicado na pr´oxima se¸c˜ao).
4.5
Amostras de Materiais
Visando consolidar a montagem de medi¸c˜ao, seria necess´ario valid´a-la atrav´es de testes com materiais que tenham um comportamento conhecido, no caso, materiais que tenham as propriedades constitutivas conhecidas, ou seja, materiais de referˆencia.
4.5.1
Politetrafluoretileno
(Teflon)
O Politetrafluoretileno (ou PTFE, de forma abreviada) ´e um pol´ımero mais conhe- cido pelo nome Teflon1. Algumas caracter´ısticas importantes do material s˜ao o fato de
ser resistente `as altas temperaturas, rea¸c˜oes qu´ımicas, corros˜ao e fissura por estresse. A resistˆencia mecˆanica e el´etrica, bem como o fato de ter baixo coeficiente de atrito o tor- nam adequado para diferentes aplica¸c˜oes mecˆanicas e eletromagn´eticas (inclusive como separador diel´etrico em cabos coaxiais, j´a que possui uma baixa tangente de perda).
Al´em do fato de ser um material bem caracterizado, existem muitos experimentos acadˆemicos de medi¸c˜ao das propriedades diel´etricas do PTFE. Isto o torna uma boa refe- rˆencia neste trabalho e seguindo orienta¸c˜oes de tamanho m´ınimo da amostra, encomendou- se uma amostra de PTFE puro nas dimens˜oes de 500 mm x 500 mm e espessura de 10 mm.
1
4.5. Amostras de Materiais
Optou-se por um fornecedor certificado pela DuPont por seguir os processos ade- quados para a obten¸c˜ao de um Teflon puro. Entretanto, a amostra recebida apresentou problemas s´erios e comprometedores em suas dimens˜oes: O tamanho e a espessura vieram acima do especificado, aproximadamente em 510 mm x 510 mm e 10,54 mm, respectiva- mente. Primeiramente, ajustou-se o tamanho de modo que ele ficasse em torno do espe- rado de 500 mm x 500 mm. A espessura, entretanto, varia consideravelmente ao longo da amostra, de tal forma que n˜ao se conseguiu garantir uma superf´ıcie plana.
Para piorar a situa¸c˜ao, a placa veio com uma envergadura acentuada, que n˜ao pˆode ser retirada ou amenizada pelos m´etodos tentados.
Mesmo que a amostra fosse plana, ficou evidenciado que nestas dimens˜oes iniciais, o material enverga consideravelmente pela pr´opria for¸ca da gravidade quando apoiado apenas nas extremidades (´e um pol´ımero muito denso, com 2,17 g/cm3 [29]).
Por ser uma primeira experiˆencia neste tipo de medi¸c˜ao, e devido `a frequˆencia m´a- xima da faixa de trabalho (6 GHz) n˜ao ser t˜ao elevada (comparada a outros trabalhos acadˆemicos), inicialmente subestimou-se a influˆencia de tais imperfei¸c˜oes na extra¸c˜ao das propriedades constitutivas. Entretanto, verificou-se que o m´etodo ´e bastante sens´ıvel a este tipo de varia¸c˜ao, assim, a superf´ıcie superior do material deve coincidir com a super- f´ıcie superior da chapa met´alica utilizada para fazer a calibra¸c˜ao (plano de referˆencia).
Devido a estes problemas de posicionamento imperfeito e dimens˜oes variantes, o material que deveria servir como uma boa referˆencia acabou se tornando um grande desafio.
4.5.2
C-STOCK AK
Visando realizar testes com mais materiais de caracter´ısticas diel´etricas conhecidas e j´a estudadas pelo meio acadˆemico surge a necessidade de testes em outras amostras. Foram ent˜ao escolhidas trˆes amostras da linha C-STOCK AK, do fornecedor Cuming Microwave.
A linha de materiais C-STOCK AK ´e composta de materiais pl´asticos preenchidos com cerˆamica, que possibilitam que o fabricante ajuste a constante diel´etrica do material em valores fixos a serem escolhidos entre 3 e 25. A tangente de perda ´e baixa (menor que 0,002), o que torna tais materiais prop´ıcios `a aplica¸c˜oes diversas em RF e microondas, dentre elas servir de material espa¸cador e para constru¸c˜ao de lentes diel´etricas e radomes.
4.6. Cabos e Conectores
Para este estudo, foram encomendadas trˆes amostras, nas mesmas caracter´ısticas daquelas testadas na referˆencia [11], com constantes diel´etricas iguais a 7, 12 e 15. Por restri¸c˜oes do fornecedor, a ´area da se¸c˜ao transversal de cada placa n˜ao pˆode ser customi- zada nas medidas da amostra de Teflon, ou em qualquer outra dimens˜ao a n˜ao ser 12” x 12”.
Com isto em mente, entende-se que se torna ainda mais importante que o material absorvedor garanta o m´ınimo poss´ıvel de difra¸c˜ao da energia ao redor da amostra. As dimens˜oes de cada uma das trˆes amostras de C-STOCK AK s˜ao 304,8 mm x 304,8 mm (12” x 12”), com espessura de meia polegada (12,7 mm). Outras espessuras s˜ao disponibilizadas pelo fornecedor, por´em a de meia polegada foi escolhida por raz˜oes mecˆanicas e financeiras. Por motivos alheios `a pesquisa, tais amostras n˜ao chegaram a tempo de serem me- didas para fins desta disserta¸c˜ao.
4.5.3
Polimetilmetacrilato
(Acr´ılico)
O Polimetilmetacrilato (ou PMMA, de forma abreviada), tamb´em ´e conhecido pelos nomes Acr´ılico, Perspex ou Pexiglass. Comparado ao Teflon, o acr´ılico ´e um pol´ımero menos denso (1,19 g/cm3 [29]), mais r´ıgido e bem mais barato.
Foram encomendadas duas amostras, nas dimens˜oes de 500 mm x 500 mm e 304,8 mm x 304,8 mm, ambas com espessura de 10 mm. Embora a espessura nominal seja de 10 mm, com o paqu´ımetro percebeu-se que h´a uma certa varia¸c˜ao nesta espessura (variando de 10,03 mm a 10,33 mm).
4.6
Cabos e Conectores
Desenvolveu-se uma disposi¸c˜ao na posi¸c˜ao das antenas e do VNA de tal forma que fosse poss´ıvel um curso de at´e 50 cm de afastamento entre cada antena e a amostra.
Os cabos s˜ao de alta qualidade, com diversos tipos de prote¸c˜ao mecˆanica e blin- dagens eletromagn´eticas. Isto faz com que eles acabem se tornando pouco flex´ıveis, n˜ao permitindo curvaturas acentuadas. A implica¸c˜ao disto ´e uma redu¸c˜ao da distˆancia alcan- ¸cada em rela¸c˜ao `aquela idealizada: Se “perdeu” em torno de 10 cent´ımetros de curso nos telesc´opios de suporte das antenas em rela¸c˜ao ao inicialmente imaginado. De toda forma, os 50 cm de distanciamento s˜ao suficientes para as medi¸c˜oes em considera¸c˜ao.
4.6. Cabos e Conectores
Figura 4.6: Cabos conectados ao Analisador de Redes Vetorial.
Figura 4.7: Conex˜ao entre dois cabos, a fim de se obter um alcance maior.
4.6.1
Cabos
Buscou-se trabalhar com cabos de alta qualidade, certificados pela Rohde & Schwarz, com o m´ınimo de conex˜oes poss´ıvel. Tendo isto em vista e visando chegar a um compri- mento satisfat´orio, houve a necessidade de se especificar trˆes cabos (um deles servindo com uma extens˜ao), pois o comprimento m´aximo disponibilizado pelo referido fabricante ´e de 38” (96,52 cm). O VNA com os cabos conectados ´e mostrado na Figura 4.6. Percebe-se que se obteve um comprimento mais longo na porta 1 atrav´es da conex˜ao de dois cabos de 38”, cuja conex˜ao ´e mostrada na Figura4.7.