[發(fā)明專利]一種基于螺旋諧振器的雙頻段無損介電常數(shù)測量傳感器

有效

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• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113640587B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉小明;張丹;俞碩;王曄;甘露;王海洋
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種基于螺旋諧振器的雙頻段無損介電常數(shù)測量傳感器，該傳感器為二端口器件，由介質層、金屬貼片層和接地層組成，該傳感器在1GHz?4GHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生兩處諧振點，可實現(xiàn)在1.0GHz?2.0GHz和2.1GHz?3.1GHz兩個頻段的介電常數(shù)及介質損耗角正切的測量；本發(fā)明結構簡單，Q值高，靈敏度高，加工難度小，成本低。

技術領域

本發(fā)明屬于微波傳感器技術領域，具體是一種基于螺旋諧振器的雙頻段無損介電常數(shù)測量傳感器。

背景技術

介電常數(shù)是指電解質束縛電荷的能力，介電常數(shù)越大，束縛電荷的能力越強，材料的絕緣性能越好；介質損耗是指在外加電場的作用下，物體由于碰撞、摩擦和自身變熱下?lián)p耗的能量；隨著微波技術的快速發(fā)展，在實際應用中對于介質材料的選取越來越重要，而介電常數(shù)和介質損耗就是衡量介質材料性能的兩個重要參數(shù)；例如，制造電容器的材料要求介電常數(shù)盡量大，介質損耗盡量小；相反地，制造儀表絕緣器件的材料則要求介電常數(shù)和介質損耗都盡量?。欢谀承┨厥馇闆r下，則要求材料的介質損耗較大；所以，通過測定介電常數(shù)及介質損耗角正切，可進一步了解影響介電常數(shù)和介質損耗的各種因素，為提高材料的性能提供依據(jù)。

在實際應用中，表征材料的介電常數(shù)和介質損耗角正切大多采用基于SRR或CSRR的微波傳感器，但是，此類型的微波傳感器在加載不同介質材料的待測樣品時，測試結果受待測樣品的厚度影響較大，因此當待測樣品厚度不同時，通過測試結果反演得出的介電常數(shù)和介質損耗角正切可能差異較大；此外，該類型的微波傳感器諧振頻率點的S21幅值通常較小，因此由S21幅值計算得到的品質因數(shù)也較小，使得微波傳感器的縱向靈敏度受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對背景技術中提到的問題，本發(fā)明提出一種基于螺旋諧振器的雙頻段無損介電常數(shù)測量傳感器，此傳感器在1GHz-4GHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生兩處諧振點，可實現(xiàn)在1.0GHz-2.0GHz和2.1GHz-3.1GHz兩個頻段的介電常數(shù)及介質損耗角正切的測量；本發(fā)明結構簡單，Q值高，靈敏度高，加工難度小，成本低。

技術方案：為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于螺旋諧振器的雙頻段無損介電常數(shù)測量傳感器，該傳感器為二端口器件，由介質層、金屬貼片層和接地層組成，其特征在于,所述傳感器從下到上依次包括接地層（3）、介質層（2）、金屬貼片層（1）；所述接地層鋪設在介質層下表面，并刻蝕有兩個刻槽金屬螺旋結構；所述金屬貼片層鋪設在介質層上表面，包括一段微帶傳輸線、兩塊方形金屬貼片。

進一步的，所述接地層（3）和金屬貼片層（1）的厚度為0.017mm，可在0mm-0.02mm浮動 ,金屬材料可以是具有與金、銀、銅相當導電率的導電材料。

進一步的，所述介質層（2）尺寸為50mm×30mm×1.6mm，采用FR4材料，介電常數(shù)為4.3，損耗正切值為0.02。

進一步的，所述接地層（3）中左側刻槽金屬螺旋結構尺寸為6mm×6mm，由8段刻槽矩形構成，每段刻槽矩形的寬度均為0.5mm，相鄰刻槽矩形的間距為0.5mm。

進一步的，所述接地層（3）中右側刻槽金屬螺旋結構尺寸為4.2mm×4.2mm，由8段刻槽矩形構成，每段刻槽矩形的寬度均為0.35mm，相鄰刻槽矩形的間距為0.35mm。

進一步的，所述金屬貼片層中微帶傳輸線長度為50mm，寬度為3mm，方形金屬貼片的邊長為6mm。

進一步的，所述方形金屬貼片與刻槽金屬螺旋結構均為正方形，二者的中心點關于介質基板對稱。

進一步的，待測樣品放置于刻槽金屬螺旋結構正上方。

1、本發(fā)明具有兩個工作頻段，分別為1.0GHz-2.0GHz和2.1GHz-3.1GHz，每個工作頻段均可對待測樣品的介電常數(shù)及介質損耗角正切值進行測量，且對于不同厚度的待測樣品，測量的結果幾乎相同。