Los sensores resonantes de microondas en tecnología plana son preferidos sobre las cavidades resonantes para la caracterización dieléctrica de materiales debido a su bajo costo, dimensiones reducidas y facilidad de integración. Sin embargo, dichas ventajas se obtienen a cambio de una mayor incertidumbre en las mediciones debido a su menor factor de calidad y a la limitada interacción superficial con el material bajo prueba (MUT, por sus siglas en inglés, material under test). En esta tesis se realiza el diseño, caracterización y análisis de un sensor basado en resonadores acoplados implementado en tecnología de guía de onda integrada en substrato (SIW, por sus siglas en inglés, substrate integrated waveguide). A diferencia de la interacción superficial típica de los sensores planos, el sensor propuesto —compuesto por dos resonadores acoplados encarados— genera una interacción volumétrica entre el campo eléctrico (E) y el MUT colocado en la región sensible entre ambos circuitos. Esta característica reduce la incertidumbre asociada al posicionamiento preciso de la muestra e introduce el factor de acoplamiento como un parámetro adicional sensible a las propiedades dieléctricas del MUT. El sensor propuesto opera en el modo de resonancia de orden negativo mediante un circuito resonante compuesto (CRLH, por sus siglas en inglés, composite rigth/left handed), lo que permite su miniaturización e incrementa la sensibilidad. Adicionalmente, se caracterizó un sensor con alimentación en cuadratura —diseñado a partir de los circuitos resonantes del sensor propuesto pero sin acoplarlo a un segundo resonador— con el objetivo de evaluar las diferencias en la incertidumbre de las mediciones entre el sensor propuesto y un sensor individual convencional. La caracterización experimental de los sensores se realizó midiendo la respuesta en frecuencia ante mezclas de etanol y metanol en viales con variaciones de diámetro, cuantificando así el efecto de las tolerancias de manufactura sobre la incertidumbre en las mediciones. Los resultados demostraron que el sensor propuesto ofrece ventajas significativas: mayor consistencia en los resultados (con menos repeticiones de medición) y un requerimiento de volumen de muestra menor que el sensor de referencia. Mientras el sensor propuesto operó con viales de 1 mL, el sensor individual requirió viales de 4 mL para lograr mediciones confiables. Un análisis gráfico de incertidumbre mediante elipses de confianza en el plano f_s—Q_s confirmó que el sensor propuesto presenta mayor correlación entre parámetros y menor superposición entre muestras, indicando una incertidumbre experimental significativamente menor.

Planar microwave resonant sensors are preferred over resonant cavities for the dielectric characterization of materials due to their low cost, compact size, and ease of integration. However, these advantages come at the expense of higher measurement uncertainty, resulting from their lower quality factor and limited superficial interaction with the material under test (MUT). This thesis presents the design, characterization, and analysis of a sensor based on coupled resonators implemented in substrate integrated waveguide (SIW) technology. Unlike the typical superficial interaction of planar sensors, the proposed design —consisting of two face-to-face coupled resonators— generates a volumetric interaction between the electric field E and the MUT placed in the sensing region between both circuits. This feature reduces the uncertainty associated with the precise positioning of the sample and introduces the coupling coefficient as an additional parameter sensitive to the dielectric properties of the MUT. The proposed sensor operates in a negative-order resonance (NOR) mode using a composite right/left-handed (CRLH) resonant circuit, enabling miniaturization and enhanced sensitivity. For comparative evaluation, a quadrature-fed sensor —designed from the same resonant circuit but without a second coupled resonator— was also charaterized to assess differences in meassurement uncertainty between the proposed sensor and a conventional individual sensor. Experimental characterization was performed by measuring the frequency response of both sensors to ethanol-methanol mixtures contained in vials with diameter variations, thereby quantifying the effect of manufacturing tolerances on measurement uncertainty. Results demonstrated that the proposed sensor offers significant advantages: higher result consistency (requiring fewer measurement repetitions) and a lower sample volume requirement than the reference sensor. While the proposed sensor operated with 1 mL vials, the individual sensor required 4 mL vials to achive reliable measurements. A graphical uncertainty analysis using confidence ellipses in the f_s—Q_s plane confirmed that the proposed sensor exhibits higher parameter correlation and less overlap between sample clusters, indicating significantly lower experimental uncertainty.