Un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) y del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) ha inventado un método novedoso para medir la permitividad de los aisladores con una precisión 100 veces mayor que antes. Se espera que esta tecnología contribuya al desarrollo eficiente de receptores de radio sensibles para radiotelescopios, así como al desarrollo de dispositivos para las redes de comunicación de próxima generación, más allá del 5G/6G.
La permitividad es un valor que indica cómo reaccionan los electrones dentro de un aislador cuando se aplica un voltaje al aislador. Es un parámetro importante para comprender el comportamiento de las ondas de radio cuando viajan a través de los aisladores. En el desarrollo de equipos de telecomunicaciones es necesario determinar con precisión la permitividad de los materiales utilizados para placas de circuitos y columnas y paredes de construcción. Para la radioastronomía, los investigadores también necesitan conocer la permitividad de los componentes utilizados en los receptores de radio.
Convencionalmente, existen varios métodos utilizados para medir la permitividad. Por un lado, está el método de resonancia, el material a medir debe colocarse en un dispositivo llamado resonador, que requiere un procesamiento de precisión del material, a veces de menos de varios cientos de micrómetros de espesor. Uno de sus inconvenientes es que la permitividad solo se puede medir en varias frecuencias específicas. Por otro lado, también se utiliza el método de espacio libre, que se utiliza una aproximación para analizar los resultados de la medición, y el error causado por esto dificulta la medición precisa.
Medición directa de la permitividad
Al idear un método de cálculo para la propagación de ondas electromagnéticas, el equipo de investigación desarrolló un algoritmo analítico que deriva la permitividad directamente en lugar de por aproximación. El equipo utilizó el nuevo método para medir el material de la lente para un receptor que se está desarrollando para el atacama large millimeter/submillimeter array (ALMA) y confirmó que los resultados eran consistentes con otros métodos, demostrando su efectividad en el desarrollo real de dispositivos.
Reducir el error debido a la aproximación por un factor de 100 acelera el proceso de desarrollo. Si la permitividad de los materiales individuales se mide de manera imprecisa, es posible que el producto fabricado real no cumpla con el rendimiento objetivo. Si la permitividad se conoce con precisión desde la etapa de diseño, se pueden reducir las pruebas y errores innecesarios y se pueden reducir los costos.
Asimismo, los resultados de las mediciones de permitividad de materiales utilizando el nuevo método, el análisis de aproximación convencional y el método de resonancia han demostrado que la permitividad se puede medir de forma continua en un amplio rango de frecuencias con un pequeño error.