[發明專利]基于襯底集成波導和縫隙電容諧振技術的微波傳感器

有效

• 申請號: 202010060422.3
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111257349B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 黃杰;倪星生
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G01N22/00
• 分類號: G01N22/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

基于襯底集成波導和縫隙電容諧振技術的微波傳感器,該傳感器在襯底集成波導的頂層金屬層刻蝕出環形縫隙以等效為電容，并與襯底集成波導中心的金屬化通孔等效的電感組成諧振結構，微流道芯片附著在襯底集成波導頂層金屬層上。在襯底集成波導的頂層金屬層的左右兩側各刻蝕有兩條關于橫軸對稱的長條形凹槽，在凹槽外側有數個金屬通孔與圍成矩形的數排金屬通孔相連，這些金屬化通孔連接著頂層金屬層與底層金屬層構成諧振腔。本發明將縫隙電容諧振技術與襯底集成波導相結合，利用縫隙電容處電場高度集中及微流道芯片可精準控制微量流體的優點，獲得一個非侵入式、可重復使用、易于與其他平面電路集成的高靈敏度高精度傳感器。

技術領域

本發明屬于微波傳感技術領域，具體涉及適用于檢測液態媒質的微波傳感器。

背景技術

對液態媒質的傳感檢測在各個學科及工業領域中都有非常廣泛的應用與研究。現階段對液態媒質的微波檢測主要有諧振法、自由空間傳輸法等，相較于其他方法，諧振法所具有的高靈敏度、頻點可控、檢測方便、適用范圍廣等顯著特點使其受到研究學者的極大關注與應用。

對于傳統傳感檢測技術所制造的傳感器，其大體積、高成本、低精度、難于集成等缺點，本身就限制了它的應用。特別是在現代檢測技術快速發展的局面下，現代測試系統趨于小型化、集成化、高精度、高抗擾，傳統傳感器更是難以勝任。從另一個角度來看，為了更好的令傳感器產生作用，通常會將傳感器置入大量的試驗樣品中，這種測試方式不僅會造成試驗樣品的污染，還存在試驗樣品大量浪費的缺陷。

申請人之前曾發明了一種基于差分式襯底集成波導重入式諧振腔和微流控技術的微波傳感器（專利文獻號CN109781748?A?)，該傳感器采用襯底集成波導重入式諧振腔作為諧振元件設計傳感器，在每個諧振腔單體中嵌入微流控芯片，將被檢測液體引入誘導電場區域。其通過差分式結構有效提高對環境的抗干擾性，通過內部具有強電場區的襯底波導重入式諧振腔結構提高檢測的靈敏度。但該傳感器的諧振腔結構是由設計在上層蓋板和上層蓋板內的結構共同構成，微流控芯片需嵌入在上層蓋板和上層蓋板內，才能將被測液體引入誘導電場的強電場區，該傳感器的結構還有待于進一步優化，檢測的靈敏性有也有待于進一步提高。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提出一種基于襯底集成波導和縫隙電容諧振技術的微波傳感器，通過使用襯底集成波導使得傳感器具有更加小型化與平面化的優點，引入縫隙電容諧振技術更有效提高傳感器的檢測靈敏度及精度等性能，通過附著在傳感器表面的微流道芯片，使得微流道與環形縫隙的位置重合來達到減少試驗樣品用量的要求，從而避免試驗用量的浪費和污染，同時提高傳感器靈敏度及精度等性能指標，進一步簡化傳感器結構。

本發明的技術方案如下：

一種基于襯底集成波導和縫隙電容諧振技術的微波傳感器，所述傳感器包括與縫隙電容諧振結構相結合后的襯底集成波導和附著在所述襯底集成波導上的微流道芯片構成。

所述的襯底集成波導包含頂層金屬層、中間介質層和底層金屬層，在中間介質層的邊緣位置均勻分布有沿縱軸與橫軸對稱的數排金屬化通孔，以連接頂層金屬層和底層金屬層，橫排和縱排的金屬化通孔圍成矩形，由金屬化通孔形成矩形諧振腔所必須的金屬壁。

所述縫隙電容諧振結構是在襯底集成波導的頂層金屬層的中心區域通過刻蝕出環形凹槽，來形成縫隙電容。并在襯底集成波導的中心位置布置連接頂層金屬層和底層金屬層的金屬化通孔等效為所需電感，與縫隙電容一起組成縫隙電容諧振結構。

所述襯底集成波導的頂層金屬層的左右區域有兩條關于縱軸對稱的共面波導饋電線，用于激勵信號的饋入。進一步，在饋電線的兩側有關于橫軸對稱的數個金屬化通孔，用以約束激勵信號的傳輸范圍，減少能量的損失，提高激勵信號的傳輸效率。