Diseño de una DML para su aplicación en análisis de hidrocarburos en la banda de Terahertz

Abstract

RESUMEN: Los hidrocarburos tienen diversas cualidades físicas y químicas que requieren ser caracterizadas para su extracción, transportación, refinación y clasificación de sus derivados. Para obtener dichas características existen técnicas de caracterización convencionales como: densidad, viscosidad, índice de refracción y masa molecular. Posterior a estas, existen otras técnicas algunas capaces de arrojar información rápida y confiable sobre las propiedades de un hidrocarburo, como lo es la espectroscopia de infrarrojo (FTIR). La espectrofotometría de infrarrojo (FTIR) es una técnica de caracterización que analiza las vibraciones de los enlaces presentes en una molécula. El espectro electromagnético de infrarrojo se divide en tres regiones; el infrarrojo cercano, medio y lejano, así nombrados por su relación con el espectro visible. El infrarrojo lejano (aproximadamente 400-10 cm-1) se encuentra adyacente a la región de microondas, el infrarrojo medio (aproximadamente 4000- 400 cm-1) y el infrarrojo cercano (14000 -4000 cm 1). En el caso particular de infrarrojo lejano existen una gran cantidad de moléculas con vibraciones propias de este rango de frecuencia, sin embargo los generadores de medios ópticos (láser) presentan una dificultad de operación en bajas frecuencias. Por lo que se busca incursionar en nuevas tecnologías, capaces de operar en estas frecuencias de tanto interés para la detección de materiales presentes en los hidrocarburos, y que a su vez resulten de menor costo y mayor estabilidad de operación. Proponiendo así un sistema de espectroscopia en la banda de 0.1 - 1 THz, el cual requiere de una serie de desarrollos tecnológicos de bajas perdidas, fácil fabricación, y gran compatibilidad. Siendo parte fundamental de estos trabajos las líneas de transmisión, dentro de las cuales se encuentran las microcintas, algunas de estas están basadas en tecnologías emergentes como la DML que debido a sus características resultan en un gran aporte a un sistema de espectroscopia en Teraherz. Llegando a la esencia de este trabajo, donde se exploran los principales factores involucrados en el desarrollo de una línea de microcinta dieléctrica, primeramente analizando los trabajos presentados entorno a la DML, seguido de una comparativa de sus contribuciones, para posteriormente realizar el modelado y compensación de las condiciones paramétricas del software, y después proceder a la construcción del prototipo y mediciones de éste, validando el método de modelado, y sentando la metodología de desarrollo para microcintas que requieran de un proceso de fabricación y caracterización más complejo. ABSTRACT: The hydrocarbons have diverse physical and chemical qualities that require to be characterized for their extraction, transportation, refining and classification of their derivatives. To obtain these characteristics there are conventional characterization techniques such as density, viscosity, refractive index and molecular mass. Subsequent to these, there are other techniques, some capable of throwing fast and reliable information on the properties of a hydrocarbon, such as infrared spectroscopy (FTIR). Infrared spectrophotometry (FTIR) is a characterization technique that analyzes the vibrations of the bonds present in a molecule. The infrared electromagnetic spectrum is divided into three regions; the near, middle and far infrared, named after their relationship with the visible spectrum. The far infrared (approximately 400-10 cm-1) is adjacent to the microwave region, the medium infrared (approximately 4000-400 cm-1) and the near infrared (14000 -4000 cm 1). In the particular case of far-infrared there are a large number of molecules with vibrations characteristic of this frequency range, however, the optical media generators (lasers) present a difficulty of operation at low frequencies. For what is sought to venture into new technologies, capable of operating in these frequencies of interest for the detection of materials present in the hydrocarbons, and which in turn result in lower cost and greater stability of operation. Propose a system of spectroscopy in the band of 0.1 - 1 THz, which requires a series of technological developments of low losses, easy manufacture, and great compatibility. Being a fundamental part of these works the transmission lines, within which are the microstrips, some of these are based on emerging technologies such as the DML that due to its characteristics result in a great contribution to a spectroscopy system in Terahertz. Arriving at the essence of this work, where the main factors involved in the development of a dielectric microstrip line are explored, first analyzing the papers presented around the DML, followed by a comparison of their contributions, to later perform the modeling and compensation of the parametric conditions of the software, and then proceeding to the construction of the prototype and measurements of it, validating the modeling method, and setting the development methodology for microstrips that require a more complex manufacturing and characterization process.