[發明專利]基于微帶互補開環諧振器結構的有源微波傳感器

有效

• 申請號: 202011591212.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112763808B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 趙文生;甘宏祎;王大偉;陳世昌;劉琦;王高峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開基于微帶互補開環諧振器結構的有源微波傳感器，用于測量介質材料的復介電常數。傳感器包括微帶互補開環諧振器結構、有源反饋環路、介質層、金屬薄片，其中有源反饋環路為帶微波放大器MRF947的微帶線環路，可以產生負電阻來補償諧振器的損耗；微帶互補開環諧振器結構由一對饋線和刻槽金屬CSRR結構構成，刻槽金屬CSRR結構為一個方形槽環，槽溝之間的部分為電場強度最大區域，將待測介質樣品覆蓋整個CSRR結構，通過矢量網絡分析儀測量傳感器S參數曲線。本發明具有高靈敏度、高質量因子和超小電尺寸，保證了測量的準確度。

技術領域

本發明屬于微波技術領域，涉及一種有源環路激勵傳感器，特別涉及一種基于微帶互補開環諧振器(microstrip complementary split-ringresonator—MCSRR)結構的用于介質材料復介電常數的微波傳感器。

背景技術

介質材料復介電常數(ε_r＝ε′_r(1-jtanδ_e)，ε′_r表示介電常數，tanδ_e表示損耗值)的準確測量在醫療保健、食品安全、工業制造中起著重要作用。近年來，平面微波諧振傳感器由于其成本低、易于制作等優點得到了廣泛的研究。在微波諧振傳感器中，諧振頻率和質量因數分別與相對介電常數和電損耗有關，即將被測材料樣品(MUT)放置到傳感器上時，由于傳感器諧振腔電容的增加，諧振頻率會向下移動，而由于介電損耗，質量因子會降低。根據頻率響應特性，平面微波諧振傳感器可分為帶通響應和帶阻響應兩種類型。在現有的基于平面諧振式傳感器中，有采用開環諧振器(SRR)和互補開環諧振器(CSRR)耦合微帶傳輸線設計傳感器，這種傳感器的頻率響應表現為帶阻濾波器的特性，并通過諧振點的變化量反演MUT的復介電常數。此外，也有通過微帶SRR(MSRR)和微帶CSRR(MCSRR)結構來設計傳感器，這種傳感器的頻率響應類似于帶通濾波器，即在諧振點傳輸接近于0dB。考慮到介質損耗的特性，帶通傳感器比帶阻傳感器更合適。這是因為介質損耗通常是通過諧振點的大小變化來獲取的，而這在帶阻諧振器中是很難識別的，從而給外圍電路的設計帶來了壓力。

然而，由于導體損耗和輻射的影響，帶通傳感器在測量時的諧振幅值通常比理論值0dB要小得多。為了提高傳感器的分辨率，有必要盡可能地提高質量因子。由于帶微波放大器的反饋環路可以產生負電阻來補償諧振器的損耗，因此可以用來提高傳感器的質量因子。然而，現有的用反饋環路來提高質量因子的傳感器都存在一個不足之處就是它們的靈敏度都很低(不超過0.5×10^-2)，這完全限制了它們的測量范圍。本申請結構的設計主要提高傳感器質量因子(1931.9)和靈敏度(4.67×10^-2)，同時小型化傳感器(電尺寸為)提高實用性。

發明內容

本發明的目的主要針對現有技術的不足，提出了一種結構簡單、高靈敏度、高質量因子、超小電尺寸的微波微流體傳感器。該傳感器由微帶互補開環諧振器結構和有源反饋環路兩部分構成。

本發明按以下技術方案實現：

一種有源微波傳感器，該傳感器為雙端口器件，包括微帶互補開環諧振器結構MCSRR、有源反饋環路、介質層、金屬薄片、輸入輸出端口；

所述介質層上表面設有有源反饋環路、兩條饋線；有源反饋環路位于饋線上方，饋線與有源反饋環路不直接相連，而是以電耦合的方法傳播電磁波；

所述饋線設置在介質層上表面的空白區域，兩饋線位于介質層邊緣側分別接輸入輸出端口；所述輸入輸出端口用于連接SMA連接頭，所述SMA連接頭與矢量網絡分析儀相連通；

作為優選，每條饋線長度為11mm，寬度為2.5mm以匹配50歐姆特性阻抗；

作為優選，兩饋線位于同一直線上。